基于STEM理念設(shè)計專題實驗提高實驗復(fù)習(xí)課的教學(xué)效率

朱杰兵

摘 要：STEM教育與科學(xué)課堂教育本質(zhì)上就是鼓勵學(xué)生多自己的思考;多自己的想法;多自己的創(chuàng)新;不怕范錯誤;充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，鼓勵他們動手實踐，自己找到解決問題的最佳方案。實驗復(fù)習(xí)課在初中科學(xué)復(fù)習(xí)課中占舉足輕重的地位，利用STEM的理念設(shè)計專題實驗，來提高實驗復(fù)習(xí)課的效率，改變學(xué)生在中考實驗探究、分析說理、設(shè)計實驗等題型上的得分較低的情況。通過設(shè)計專題實驗可以充分挖掘?qū)嶒灒憻拰W(xué)生的動手實踐能力和深層思維的發(fā)展，專題實驗中逐步培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

關(guān)鍵詞：STEM理念;專題實驗;實驗復(fù)習(xí);動手實踐;深層思維;高階思維

一、基于STEM理念設(shè)計專題實驗復(fù)習(xí)課的必要性

依據(jù)心理學(xué)家耶基斯和多德森的定律，在一般情況下，動機愈強烈，工作積極性愈高，潛能發(fā)揮的愈好，取得的效率也愈大所以我們的實驗復(fù)習(xí)課如果想調(diào)動學(xué)生積極主動參與，就必須要有嶄新的設(shè)計，而基于STEM理念設(shè)計專題實驗復(fù)習(xí)課正是為了這一所需。

從2018年底，初中學(xué)生綜合素質(zhì)評價已將實驗單獨進行評價并計入綜合評價成績，實驗評價主要包括四個方面的評價觀察能力、動手能力、評價與交流、思維能力幾個方面剛好與筆者提出的專題實驗復(fù)習(xí)的設(shè)計目的吻合。最新2019年初中學(xué)業(yè)水平考試與高中招生實施意見的通知中，2023年中考科學(xué)總分為190分，增加的10分為實驗考查成績。所以在此背景下嘗試?yán)肧TEM的理念進行指導(dǎo)設(shè)計專題實驗復(fù)習(xí)課提高實驗復(fù)習(xí)的教學(xué)有效性是十分有必要的。

二、基于STEM理念設(shè)計專題實驗復(fù)習(xí)課有利于提高學(xué)生課堂的主動性和參與度，促進學(xué)生間更緊密的合作交流。

1.學(xué)生需要積極主動參與的實驗復(fù)習(xí)課

調(diào)查實驗復(fù)習(xí)課是沒實驗，只是機械的做實驗的題目;其次學(xué)生也不喜歡重復(fù)的實驗。而STEM教學(xué)理念強調(diào)學(xué)生四個方面的教育：一是科學(xué)素養(yǎng)，即運用科學(xué)知識理解自然界并參與影響自然界的過程;二是技術(shù)素養(yǎng)，也就是使用、管理、理解和評價技術(shù)的能力;三是工程素養(yǎng)，即對技術(shù)工程設(shè)計與開發(fā)過程的理解;四是數(shù)學(xué)素養(yǎng)，也就是學(xué)生發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、解釋和解決多種情境下的數(shù)學(xué)問題的能力。因此基于這樣的理念設(shè)計的專題實驗，不在單純地重復(fù)教材中的實驗，也不是單獨再現(xiàn)某一個實驗;也不再是通過實驗題目的練習(xí)去鞏固某個實驗;而是將多個核心實驗組合到一起，通過給學(xué)生創(chuàng)造一個接一個的實驗問題和任務(wù)，學(xué)生必須根據(jù)問題去思考，去合作設(shè)計，然后動手實踐，在實踐中又會遇到更深層次的問題和任務(wù)，引發(fā)學(xué)生更深層次的思維和更深層次的合作，學(xué)生感覺這樣的實驗復(fù)習(xí)課是嶄新的，是充滿挑戰(zhàn)的，自然課堂的主動性和參與度就更高了。

2.任務(wù)的解決需要學(xué)生間更緊密的合作交流

專題實驗復(fù)習(xí)課，目的在于復(fù)習(xí)實驗的重點和難點;在于培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的深層思維能力;在于提高學(xué)生動手實踐解決綜合性問題的能力;所以在專題實驗復(fù)習(xí)課中，我們自然會設(shè)計有挑戰(zhàn)性有梯度的實驗問題和實驗任務(wù)，而很多任務(wù)的完成需要學(xué)生的緊密合作，需要學(xué)生思維的碰撞，深度的交流討論。例如在七年級上冊的實驗復(fù)習(xí)中可以將體積的測量、質(zhì)量的測量、密度的測量等核心實驗綜合起來，運用STEM理念設(shè)計一個專題實驗復(fù)習(xí)課。“一顆螺絲帽的秘密”給學(xué)生一個待測螺絲帽和相關(guān)實驗器材，讓學(xué)生選擇合適的器材，設(shè)計好測量方案，學(xué)生動手進行實踐，有的學(xué)生負(fù)責(zé)觀察、有的負(fù)責(zé)測量、有的負(fù)責(zé)記錄，而對測量的結(jié)果和誤差原因的分析又需要他們的深度思考和交流。在完成這一任務(wù)后，如果再將選擇器材中的人量筒等器材去除，學(xué)生就會遇到困難和挑戰(zhàn)，他們需要進一步的合作交流，去思考如何解決，這樣的實驗專題復(fù)習(xí)課堂學(xué)生參與度和學(xué)生的積極主動性，合作交流情況自然不言而喻了。

三、基于STEM理念設(shè)計專題實驗復(fù)習(xí)課有利于培養(yǎng)深層思維、高階思維能力;有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力;

1、學(xué)生深層思維高階思維能力的培養(yǎng)是中考的方向和解決綜合性問題的需求

縱觀近年來無論是溫州各地市的試題考查還是浙江省的各市區(qū)的中考，無一例外的都注重對學(xué)生思維能力的考查，而輕記憶和背誦。平時學(xué)生對反復(fù)呈現(xiàn)的實驗或習(xí)題的考查往往得分情況良好，而在重思維能力考查的題型上，如實驗探究、分析說理等題型上丟分嚴(yán)重。所以我們通過設(shè)計專題實驗復(fù)習(xí)課，通過創(chuàng)新實驗方案的設(shè)計，實驗方案的優(yōu)缺點的分析，誤差的分析，采用不同的實驗方法達(dá)到同樣的測量目的。這樣的專題實驗設(shè)計的確能快速有效地培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力和動手實踐能力。仍以七年級上冊體積的測量、質(zhì)量的測量、密度的測量專題實驗復(fù)習(xí)課為例。在完成一些基礎(chǔ)任務(wù)后，缺失量筒的情況下如何利用玻璃管自制量筒，這就需要給玻璃管標(biāo)注刻度，必須測量出一定體積的水，而一定體積的水沒有量筒只用天平和燒杯又怎么測量呢？這就結(jié)合了水的密度，只需要測出一定質(zhì)量的水，最終通過學(xué)生的一層層的思考分析，最終問題落實到如何測出一定質(zhì)量的水？然后才能動手實驗，具體分工合作。在這樣的過程中學(xué)生的深層思維能力自然而然地得到了很好的鍛煉和培養(yǎng)。

2.創(chuàng)新能力和意識能拓展學(xué)生思維的寬度和廣度豐富學(xué)生解決問題的角度，有利于學(xué)生更巧妙、更多方法去解決問題。

創(chuàng)新能力是技術(shù)和各種實踐活動領(lǐng)域中不斷提供具有經(jīng)濟價值、社會價值、生態(tài)價值的新思想、新理論、新方法和新發(fā)明的能力。在專題實驗復(fù)習(xí)課中，我們可以借助于STEM理念設(shè)計精巧的綜合性實驗，來突出培養(yǎng)這方面的能力。比如在八年級的科學(xué)實驗中，電學(xué)實驗是非常核心的實驗，而伏安法測電阻又是重中之重。那么我們可以創(chuàng)設(shè)一個電阻測量的專題實驗復(fù)習(xí)課，有電流表和電壓表來設(shè)計測量方案，去除電壓表，只用2個電流表;或去除電流表，只用2個電壓表;或者提供定值電阻;或者采用單刀雙擲開關(guān)等等模式。鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，并不斷分析方案的可行性、操作的簡便性。并不斷修正方案，加上滑動變阻器去多次測量，提高測量的準(zhǔn)確性等。這樣一個電阻測量的問題，就有了不同的思考角度，一個測量電阻的實驗就有了不同的設(shè)計。學(xué)生的今后在解決綜合問題時，思維的局限性就會被打開，解決問題的方法和策略自然也就會更靈活。

四、總結(jié)反思

根據(jù)發(fā)展性教育理論，發(fā)展的三個方面包括觀察力，思維能力和實際操作能力。觀察對于發(fā)展學(xué)生的智力有極其重要的意義，如果具有很強的觀察力，則會通過各種途徑獲得很多的知識。培養(yǎng)觀察力，就是啟發(fā)了求知欲。知識和發(fā)展之間有某種“剪刀差”，要始終注意發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力，培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性和創(chuàng)造性。實際操作能力是學(xué)生發(fā)展的重要因素。筆者已經(jīng)采用這樣的專題實驗復(fù)習(xí)課進行實驗復(fù)習(xí)課的教學(xué)，并與名師工作室的同行們一起進行探討和研究，并設(shè)計了一些專題實驗復(fù)習(xí)課，基本得到認(rèn)可。但基于STEM理念設(shè)計專題實驗復(fù)習(xí)課，對教師本身而言準(zhǔn)備起來需要一些時間和精力。所以，必須做好合適的專題選擇。總體而言，基于STEM理念設(shè)計專題實驗復(fù)習(xí)課，能有效促進我們的實驗復(fù)習(xí)課教學(xué)的有效性。有助于培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的深層思維和高階思維能力，更加有利于促進學(xué)生的動手實踐和合作交流能力的提高。

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