基于STEM 理念的小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐
——以教科版二年級上冊《做一頂帽子》教學(xué)為例

2021-04-22 13:34:00

福建基礎(chǔ)教育研究 2021年3期

（泉州市第二實(shí)驗(yàn)小學(xué)，福建泉州 362000）

在2017 年教育部頒布的小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，增加了技術(shù)與工程領(lǐng)域的課程內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)和工程創(chuàng)造豐富多彩的人工世界，倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，指出STEM 是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機(jī)地融為一體，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。可見，STEM教育已走向科學(xué)教育的核心區(qū)，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的體現(xiàn)，是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題關(guān)鍵能力的需要。在小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)中，以STEM 理念指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)，搭建學(xué)習(xí)活動，開展學(xué)習(xí)評價等，落實(shí)關(guān)注學(xué)生主體，深化“做中學(xué)，學(xué)中思，學(xué)以用”的探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問題能力、交流與合作能力，發(fā)展創(chuàng)造性、批判性思維，培育求善、求真、求美的熱愛科學(xué)的品質(zhì)等，從而全面提升科學(xué)素養(yǎng)。本文以教科版二年級上冊《做一頂帽子》為例，闡述基于STEM 理念的小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐。

一、跨學(xué)科融合，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)

STEM 教育理念的內(nèi)涵是跨學(xué)科融合，即跨越學(xué)科界限，把科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科的知識和方法進(jìn)行融合應(yīng)用，解決實(shí)際問題。在教學(xué)中，倡導(dǎo)以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、解決實(shí)際問題為導(dǎo)向的課堂體驗(yàn)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)單一學(xué)科知識學(xué)習(xí)的形勢，突出跨學(xué)科、綜合性、整體性、情境性、實(shí)踐性、協(xié)作性、實(shí)證性的深度學(xué)習(xí)。在教學(xué)設(shè)計(jì)時，要分析完成任務(wù)所需要的知識與方法的支撐，明確學(xué)習(xí)流程和學(xué)習(xí)目標(biāo)，羅列出科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的具體目標(biāo)要求，基于目標(biāo)設(shè)計(jì)教學(xué)課時、教學(xué)流程、教學(xué)評價等，突出不同學(xué)科教學(xué)方法的融合應(yīng)用，為設(shè)計(jì)各項(xiàng)體驗(yàn)活動、梳理知識與能力找準(zhǔn)落腳點(diǎn)。

例如，《做一頂帽子》一課，在教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)時，要體現(xiàn)STEM 不同學(xué)科在本課教學(xué)活動中的具體目標(biāo)，針對二年級學(xué)生的心理特征和認(rèn)知規(guī)律，設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)膶W(xué)科學(xué)習(xí)目標(biāo)，為解決實(shí)際問題及搭建更豐富、更適合學(xué)生動手探究體驗(yàn)的活動指明方向，突出科學(xué)知識應(yīng)用、工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、工具技術(shù)使用、數(shù)學(xué)測量周長大小等活動設(shè)計(jì)。在制作帽子前，要明確相關(guān)材料的性能與用途，知道不同材料采用不同結(jié)構(gòu)組合，能制作出功能造型各異的帽子；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖時，能借鑒生活中常見帽子的樣子，簡單設(shè)計(jì)自己要制作的樣式；動手制作時，會用皮尺測量頭圍大小，制作適合的自己佩戴的帽子，會運(yùn)用剪刀、膠布等工具，加工粘合各部分的連接處；在測試時，能對照制作任務(wù)要求進(jìn)行檢驗(yàn)，及時調(diào)整與優(yōu)化。各學(xué)科具體學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)見表1。

二、搭學(xué)習(xí)支架，理清活動結(jié)構(gòu)

STEM 理念下的課堂教學(xué)，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為驅(qū)動任務(wù)，以問題為引領(lǐng)，不斷推動教學(xué)活動的深入。因此，在解讀任務(wù)、梳理問題時，教師需要明確項(xiàng)目任務(wù)關(guān)聯(lián)的學(xué)科領(lǐng)域知識與相關(guān)課程標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系，掌握學(xué)生的已有知識水平和能力結(jié)構(gòu)，根據(jù)跨學(xué)科融合制定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)計(jì)支持完成任務(wù)相對應(yīng)的教學(xué)活動，為學(xué)生順利完成項(xiàng)目任務(wù)搭建適合探究體驗(yàn)的腳手架。

例如，《做一頂帽子》一課，根據(jù)已經(jīng)制定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，結(jié)合學(xué)生已有知識結(jié)構(gòu)與能力水平，對各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行分析、細(xì)化和整合，梳理本課體驗(yàn)活動流程，從而確定教學(xué)活動內(nèi)容和形式。在搭建體驗(yàn)活動時，要突出STEM 課程跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動的設(shè)計(jì)理念，其基本活動主要包含問題驅(qū)動、明確任務(wù)；繪制草圖、方案論證；動手搭建、完善模型；檢測調(diào)試、迭代優(yōu)化；展示交流、評價反思等五個環(huán)節(jié)。在解決制作帽子的體驗(yàn)活動過程中，遵循建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理念，鼓勵學(xué)生小組協(xié)作、主動探究，反復(fù)嘗試與分析，不斷修正與改進(jìn)，探尋制作帽子的最優(yōu)策略，成功制作出一個牢固、適合且美觀的帽子，最后進(jìn)行展示評價、體驗(yàn)欣賞。具體學(xué)習(xí)流程見表2。

表1 《做一頂帽子》學(xué)習(xí)目標(biāo)

表2 《做一頂帽子》學(xué)習(xí)流程活動安排

三、真問題情境，驅(qū)動學(xué)習(xí)任務(wù)

STEM 教育理念的核心是創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境的問題，以問題驅(qū)動學(xué)習(xí)任務(wù)，在探索中尋找問題的解決辦法，學(xué)習(xí)活動隨著解決問題不斷深入，直至挑戰(zhàn)任務(wù)成功。真實(shí)問題情境能夠促進(jìn)學(xué)生主動地參與學(xué)習(xí)，以頭腦風(fēng)暴、小組合作等方式，激活學(xué)習(xí)思維，在解讀情境任務(wù)中確認(rèn)目標(biāo)、尋找資源、建構(gòu)路徑、解決問題等，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科之間的相互融合，充分調(diào)動學(xué)生的高級思維來解決問題，達(dá)到知識應(yīng)用的深層次學(xué)習(xí)和理解性學(xué)習(xí)。STEM 理念對課程任務(wù)進(jìn)行情境化表述，使任務(wù)更容易與學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來。［1］因此，要注重創(chuàng)設(shè)能夠吸引學(xué)生興趣并提出問題的情境，突出真實(shí)且貼近學(xué)生生活，與學(xué)生的日常活動緊密結(jié)合，確保學(xué)生理解自己的任務(wù)和挑戰(zhàn)是什么，并感到有挑戰(zhàn)性。

例如，《做一頂帽子》一課，在提出研究任務(wù)時，立足學(xué)生的學(xué)習(xí)生活實(shí)際，創(chuàng)設(shè)問題情境：“同學(xué)們，今年校園科技節(jié)要舉辦帽子時裝秀，展示造型和功能各異的自制帽子。本次活動需要參賽人員以小組為單位，運(yùn)用身邊的環(huán)保材料，設(shè)計(jì)制作一頂帽子，要求牢固、適合，舞臺效果好。你們需要完成分析、設(shè)計(jì)、制作、測試、展示等任務(wù)，期待你們精彩的表現(xiàn)。”利用學(xué)校舉行的每年一屆的科技節(jié)活動為真實(shí)情境，創(chuàng)設(shè)一個適合學(xué)生年齡特征的挑戰(zhàn)任務(wù)，留足時間和空間，充分調(diào)動學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)探究的熱情。通過經(jīng)歷一系列的體驗(yàn)活動，促使學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識制作牢固、精美、有創(chuàng)意的帽子，提升學(xué)生的綜合能力。

四、重探究體驗(yàn)，鼓勵嘗試創(chuàng)新

STEM 理念下的教學(xué)過程，注重創(chuàng)設(shè)活動體驗(yàn)，讓學(xué)生在體驗(yàn)嘗試中不斷反思，在一次次試錯中不斷修正，優(yōu)化解決問題的策略，促進(jìn)學(xué)生在反思內(nèi)省中發(fā)展。體驗(yàn)活動往往是不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的過程，需要不斷嘗試，在問題中再設(shè)計(jì)、再制作，再測試、再改進(jìn)，很多優(yōu)秀產(chǎn)品都是在不斷迭代中誕生的。［2］在STEM 課程解決問題的過程中，學(xué)生經(jīng)歷解讀問題明確任務(wù)、探討思路設(shè)計(jì)方案、交流質(zhì)疑完善設(shè)計(jì)、對照設(shè)計(jì)選擇器材、團(tuán)結(jié)協(xié)作搭建模型、反饋測試優(yōu)化產(chǎn)品等探索過程，每一個學(xué)習(xí)體驗(yàn)活動是相對靈活、開放的，在探討解決問題的方法時，沒有絕對的答案，更多是通過頭腦風(fēng)暴的形式尋求問題的解決方案。通過協(xié)作和動手探究的方式開展學(xué)習(xí)活動，對所要解決的問題任務(wù)進(jìn)行原型的設(shè)計(jì)和建造，在交流研討、反復(fù)試錯的過程中，不斷優(yōu)化解決問題的方法，并最終完成解決問題的任務(wù)。整個過程注重探究以及對實(shí)踐過程的反思，在交流、借鑒和調(diào)整中，不斷反思改進(jìn)解決問題的策略，在實(shí)踐—認(rèn)識—實(shí)踐中，不斷優(yōu)化創(chuàng)新，進(jìn)而提出新的問題，激勵學(xué)生實(shí)施新一輪的探索研究。

例如，《做一頂帽子》一課，學(xué)生親歷“選擇做什么樣子的帽子，分析制作帽子的結(jié)構(gòu)、材料及制作方法，設(shè)計(jì)制作帽子的款式，優(yōu)化設(shè)計(jì)制作方案，動手制作帽子，對照標(biāo)準(zhǔn)測試調(diào)整優(yōu)化，展示評價反思，進(jìn)一步改進(jìn)提升”這一完整的體驗(yàn)過程，在活動中有獨(dú)立思考，有團(tuán)隊(duì)合作，有交流評價；有設(shè)計(jì)繪圖，有動手搭建，有產(chǎn)品測試。學(xué)生在層層遞進(jìn)的活動體驗(yàn)中，像科學(xué)家、工程師一樣，在動手動腦中探索解決問題的策略，精益求精，制作牢固、適合、精美的帽子，為科技節(jié)“帽子秀”活動而努力。在解決問題、完成任務(wù)的過程中，學(xué)生分析與解決問題能力、交流與合作能力、動手實(shí)踐和創(chuàng)新能力，以及追求真、善、美的熱愛科學(xué)的品質(zhì)等，都得到培養(yǎng)和提升。

五、用評價量規(guī)，助推活動實(shí)施

基于STEM 理念的教學(xué)評價，要繼承傳統(tǒng)科學(xué)課評價學(xué)生過程性與終結(jié)性評價相結(jié)合的方法，但更加突出學(xué)習(xí)過程的形成性評價，結(jié)合課程流程設(shè)計(jì)，采用量規(guī)進(jìn)行評價。量規(guī)是一種真實(shí)性評價的方式，適合進(jìn)行形成性評價。［3］量規(guī)評價從學(xué)習(xí)目標(biāo)分級細(xì)化、研討交流語言表達(dá)、團(tuán)隊(duì)合作達(dá)成效果等方面，設(shè)計(jì)評價量表。針對學(xué)習(xí)任務(wù)，從科學(xué)知識掌握，工程設(shè)計(jì)、制作、檢測、優(yōu)化，參與合作等方面進(jìn)行描述，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，清楚自己要做什么、怎么做以及做成什么樣的效果。指導(dǎo)學(xué)生層層深入，開展相對應(yīng)的學(xué)習(xí)活動，全面指導(dǎo)學(xué)習(xí)活動的實(shí)施。教師設(shè)計(jì)指導(dǎo)活動和評價要素，使小組合作更深入，充分調(diào)動每一個學(xué)生的潛能，為解決問題出謀獻(xiàn)策，在反復(fù)實(shí)踐中優(yōu)化解決方案。

例如，《做一頂帽子》一課，在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動評價量表時，主要從設(shè)計(jì)帽子、選擇材料、制作工藝、功能效果、交流展示，分工合作和學(xué)習(xí)習(xí)慣等方面進(jìn)行評價，分別制定詳細(xì)的評價量化標(biāo)準(zhǔn)及分值。在學(xué)習(xí)流程提出制作帽子任務(wù)時，就需要給學(xué)生呈現(xiàn)本評價量表，組織學(xué)生解讀本表并明白解決任務(wù)過程中具體的衡量標(biāo)準(zhǔn)與評價計(jì)分情況，明確制作帽子中各個體驗(yàn)活動所要達(dá)成的目標(biāo)與效果，最終結(jié)合評價得分情況，評選出最佳小組，從而激發(fā)學(xué)生的探究熱情。這樣的評價量表，體現(xiàn)學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中思、學(xué)以用的探究過程及探究實(shí)效，對學(xué)生解決實(shí)際問題能力、溝通協(xié)作能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力和科學(xué)態(tài)度等素養(yǎng)培養(yǎng)進(jìn)行量化評價。學(xué)習(xí)活動評價量表詳見表3。

表3 《做一頂帽子》學(xué)習(xí)活動評價量表