STEM教學理念在小學科學課程中的應用與思考

尤勝響

【摘要】隨著信息技術的發展，固有的教育方式已經不能滿足學生的學習和發展需求。新時期，信息技術的應用為小學教育增添了活力，大大提高了小學教育的效率。當前，信息技術已經成為課堂教學的重要輔助工具，STEM教育理念與多媒體系統功能相結合、與生活實踐相結合、與探究式學習相結合，更大程度上激發了學生學習的積極性，改進了教學方法，提高了學生的學習興趣。本文列舉了部分課例，簡要地分析了STEM教育在小學科學課程教學中的應用策略，以期促進教學效率的提升，促進學生的全面發展。

【關鍵詞】科學教育;STEM教育;應用與思考

STEM教育理念已經得到眾多教育專家和教育工作者的認可。STEM教育以培育學生的核心素養為中心，重點培養學生的邏輯思維、自主學習能力。隨著互聯網技術的不斷成熟，在小學科學教學中引入STEM理念，打破了傳統的教學方式，創設了全新的學習環境。

一、小學科學課堂融入STEM教育的核心價值

（一）學科大整合，跨知識界的統一

STEM教育是基于科學（Science）、數學（Mathematics）、技術（Technology）、工程（Engineering）的跨學科的教育。從STEM教育涉及的學科在提高學生科學素養中的作用來看：科學是反映自然、社會、思維等客觀規律的知識體系;數學是研究空間形式和數量關系的一門科學;技術是解決問題的工具、方法和經驗的總稱;工程是運用科學原理和技術手段創造人工物體的過程和途徑。STEM教育并不僅僅是把科學、技術、工程和數學這四個詞堆疊在一起，而是以翔實的腦科學、認知科學和教育科學研究為基礎，將四門學科的教學緊密相連，以整合的教學方式引導學生掌握知識和技能，提升其遷移知識的能力，從而體現教育的真正意義。

以“建蘿卜高塔”一課為例，這一課要求學生利用50根牙簽和一根胡蘿卜建一座最高最穩的高塔。學生要通過科學探究找到最穩定、最省材的結構，要通過數學計算得出最高可以設計多少層，要思考把胡蘿卜切成多少塊，要通過動手操作找到搭建的技巧，還要在設計和安排中考慮人員分工和協作的問題。課程雖小但對學生的成長的影響是有目共睹的。學生從小就開始接觸技術和科學，了解科學，這對他們以后的學習和融入社會有積極影響[1]。

（二）將學生的項目化實踐活動與科學教學相聯系

一般來說，傳統的教育知識點是源于生活的，教學內容的取材也是源自生活。不斷有研究者提出要將學生的知識生活化，將知識應用于生活、實踐于生活。這種知識生活化的教學方式雖對學生以后融入生活有很大的促進作用，但只是局限于生活，并沒有考慮到生活以外的世界，這就局限了學生的思想，對開發學生的智力是不利的。如果采用 STEM教育模式，這種情況就會得到改善。STEM教育主張學生從小接觸科學，接觸未來世界，不局限于他們所生活的社會環境，主張用科學的手段去解決生活中的問題。久而久之，學生就會形成系統的科學思維模式，這對學生的長期發展是大有裨益的。

小學科學教師要結合學生的生活經驗和他們的知識儲備來選取合適的教學策略，引導學生進行探究，培養學生學習科學的興趣，從而提高課堂教學效率，促進學生科學素養的提升。例如，在教科版科學上冊“建高塔”一課中有這樣的問題：“高塔不倒的秘密是什么？”傳統的教材是讓學生利用塑料瓶和沙子自主研究教科書提出的三個問題：塑料瓶怎么放最容易倒？怎么放最不容易倒？你覺得高塔不倒的秘密是什么？學生初步設想上小下大、上輕下重的物體不容易倒。正常的拓展探究活動是要求學生用三個裝滿水、裝半瓶水、裝小半瓶的水的飲料瓶同時放在木板的同一端，然后抬起木板放瓶子的一端，看哪種狀態更加穩定，哪種更容易倒下，以此來證明“上小下大，上輕下重”的結構狀態更穩定，不易倒下。

接觸STEM理念之后，筆者就設計了“建高塔”的環節，首先讓學生觀察生活中的高塔的結構，然后讓學生大膽設想生活中的高塔具備了怎樣的結構才能屹立在風中而不倒，并把自己的發現應用在實際的建造中，建造不容易倒的“高塔”。整個搭建過程，學生都在不斷的失敗中進行探索，他們對最優方案的確定過程也是對高塔特點的總結過程。

這個活動既是對前一個活動研究結論的應用和再檢驗，也是一個繼續研究的過程，同時體現了工程與技術的教學目標。像這樣讓學生以小組為單位進行驗證的活動，激發了學生的探究精神和了解科學本質的欲望，收到了較好的教學效果。

二、小學科學課堂融入STEM教育的實施途徑

（一）利用現代化信息設備彌補傳統教學的短板

傳統教學中，教師一般通過語言對學生進行引導，這種引導往往是很難進行的，因為學生的生活閱歷少，無法完全理解教師所說的內容，因此這種教學方式并不符合學生的認知特點。而教師利用現代化信息設備可以彌補傳統教學的短板。仍然以“建高塔”活動為例，教師首先出示并介紹古今中外各具特色的高塔，讓學生在欣賞中思考這些高塔會遇到哪些力的影響，塔為什么高聳入云而屹立不倒呢，利用這一方式提高學生對科學課堂的學習興趣，讓學生的思考也更有方向。所以，信息技術的引入能夠打破時間與空間的限制，在很大程度上滿足學生的學習需求。在STEM課堂的情境創設和問題聚焦環節中，學生更容易找到問題的共性和研究的方向。

（二）利用多媒體的系統功能指導教學活動

新時代背景下，信息技術手段在一定程度上彌補了傳統教學的短板，傳統教學中，教師要承擔繁重的教學任務，在選材上要準確，而且要確保內容淺顯易懂、可操作性強，能夠激發學生的學習興趣，這些條件看起來很容易，但是疊加起來就給教師的教學工作造成了很大的困難，降低了工作效率。現代媒體中各種程序的應用可以讓教師的教學工作更加自由，讓教學變得更加輕松，這樣既節約了教師的時間，又提高了工作效能。例如，“建高塔”活動中，學生每人都有一張設計圖，怎樣讓學生分享到這些各具特色的設計呢？教師可以利用多媒體的系統投屏功能，把小組中每個“小工程師”的方案都展示在屏幕上，這樣，小組匯報時，對每個人的優劣評價和最終方案匯總的過程就會清晰地展示在大家的面前。在這個過程中，學生需要對自己的認識進行不斷的整理、反思和修正，這既促進了學生概念的建構，也促進了學生思維品質和能力的提升，同時對擴大學生的知識面、活躍現場氣氛及激活學生思維都有重要的促進作用。此外，教師利用這些先進的技術指導學生學習，可以在備課方面減少精力，把更多的注意力放在學生的教育上，有效提高課堂教學效率，這些對于達成STEM課堂的教學目標——更好地提升學生的協作意識、工程意識，扎實地培養學生的創新精神和探究意識，都有著不可替代的作用。

（三）開展探究式學習提升學生核心素養

對于小學科學學科來說，教師應重點提升學生自主學習能力，培養學生的自主探究精神，激活學生的科學思維。將STEM理念融入小學科學課堂，教師可以通過探究式學習模式讓學生像科學家那樣開展研究，主動學習。探究型課堂是指對現在存在的事物或者現象進行反思和提問，使學生敢于提問、敢于探究，即在操作的過程中提出問題、分析問題、收集數據、總結結論，從而讓學生一步一步地去探究和思考。例如，在教學“空氣污染”這一部分內容時，首先，教師要引導學生了解空氣的具體構成，哪些是必要構成部分，哪些是污染元素;其次，教師要指導學生調查生活中哪些因素會造成空氣污染，造成的后果是什么;再次，教師要帶領學生分析空氣中的有害物質的產生原因是什么，并通過扇形圖對其進行展示;最后，教師要啟發學生思考、交流這些污染元素怎樣才能得到消滅，通過什么手段才能得到控制。這樣的過程能夠讓學生充分了解空氣污染的后果，以及怎樣去治理污染。采用STEM理念能使學生更加主動地接觸生活，能開發學生的腦力和想象空間，能在一定程度上鍛煉學生的動手能力、實踐操作能力及邏輯思維能力。

（四）科學課堂與生活實踐融合培育科學精神

在科學教育中，大部分的知識來自生活實踐，教師將STEM教育理念融入教學之中，讓科學課堂與社會實踐相結合，從而培養學生的科學精神。例如，學完“簡單機械”這一單元后，學生掌握了斜面、杠桿、滑輪等工具的應用原理，教師就可以給學生準備“4根15厘米的吸管、一段25厘米的棉線、幾張A4紙、幾根牙簽、一塊橡皮泥”，然后讓學生利用這些材料設計一款可以自動升旗的裝置，要求：旗子離開起點的距離越高，成績越優秀。怎樣創造性地使用材料才能讓成績最好？學生在實際應用中運用了超級頭腦風暴法，測量評價環節中，一個又一個想法呈現出來，比如，一根棉線可以分成4根更細的線，吸管也可以裁成升旗繩，利用課桌增加旗子起點到終點的距離等。課堂上每一聲驚嘆、每一處創造其實都是對形成科學精神和科學素養最好的解釋。

STEM教育模式主要是采用科學的方法對學生進行教學，主張讓學生用科學的方法探究世界，并主張將知識、能力與實踐相融合。教師在課堂上運用工程模式，采用技術手段，結合數學思想對學生開展教學，讓學生潛移默化地接受科學的理念，接受科學的訓練，能有效提高學生的科學思維能力，促進學生核心素養的提升。

【參考文獻】

李雅.幼兒園科學教育融入STEM教育的核心價值與實施路徑[J].小學科學（教師版），2018（12）：7.