開展小學(xué)STEM教育的思考

顧健彭

STEM教育是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的英文縮寫。STEM教育理念最大的特征是跨學(xué)科的知識(shí)融合，從某些角度上來說與中小學(xué)的綜合實(shí)踐課程非常契合。STEM教育在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)注意科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科的融合，而不應(yīng)該是簡單的學(xué)科疊加。在具體的實(shí)施過程中，四門學(xué)科的位置是一致的嗎？筆者認(rèn)為，小學(xué)科學(xué)作為一門基礎(chǔ)性、綜合性課程，無論是課程特點(diǎn)、價(jià)值追求還是育人目標(biāo)，都為STEM教育教學(xué)在小學(xué)學(xué)段提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)，以科學(xué)學(xué)科為主導(dǎo)的STEM教學(xué)也許更有探究性和可操作性。筆者以《水果發(fā)電》為例，進(jìn)行STEM教育教學(xué)設(shè)計(jì)的闡述。

一、融合學(xué)科，使STEM更具可操作性

在STEM教育中，科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)之間存在著相互支撐、相互補(bǔ)充的關(guān)系，四門學(xué)科關(guān)系如此緊密，在實(shí)踐教學(xué)中任何一門學(xué)科都不能獨(dú)立存在。筆者在不斷地實(shí)踐和思考中發(fā)現(xiàn)在小學(xué)STEM教育中，將四門學(xué)科有效融合開展STEM教育教學(xué)，會(huì)使課程更有探究性和可操作性。

追本溯源，小學(xué)科學(xué)本就是包含科學(xué)、工程、技術(shù)的綜合性課程。教育部頒布的《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：“當(dāng)今世界，科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，為人類在更大范圍、更深層次上認(rèn)識(shí)并合理利用自然提供了可能。科學(xué)技術(shù)推動(dòng)了生產(chǎn)力的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)的繁榮和社會(huì)的進(jìn)步，促進(jìn)了人們的生產(chǎn)方式、生活方式和思維方式的變革。科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)每一位公民的科學(xué)素養(yǎng)提出了新的要求。”由此我們發(fā)現(xiàn)，小學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，“科學(xué)”與“技術(shù)”兩個(gè)詞語本就綁定在一起，并且“科學(xué)技術(shù)”一詞在課程標(biāo)準(zhǔn)中多次出現(xiàn)。此外在“課程性質(zhì)”這一章節(jié)中，課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出：“小學(xué)科學(xué)課程是一門綜合課程，理解自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題須要綜合運(yùn)用不同領(lǐng)域的知識(shí)和方法。”要求需從“技術(shù)與工程”等四個(gè)領(lǐng)域，綜合呈現(xiàn)科學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法，甚至強(qiáng)調(diào)了科學(xué)課程要與并設(shè)的數(shù)學(xué)等課程相互滲透，以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。因此，實(shí)施小學(xué)科學(xué)課程，本身就要樹立“大科學(xué)”理念。小學(xué)科學(xué)在實(shí)施過程中，有必要適切融合工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等各個(gè)學(xué)科核心要素，以深化學(xué)習(xí)內(nèi)容，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

探究創(chuàng)新，小學(xué)科學(xué)和STEM教育有共同價(jià)值追求。從STEM教育產(chǎn)生背景和發(fā)展目標(biāo)來看，STEM教育的出現(xiàn)是源于20世紀(jì)80年代美國對(duì)科技人才缺失的反思。他們?cè)噲D通過STEM 教育培養(yǎng)中小學(xué)生的科學(xué)思維能力和科技創(chuàng)新素養(yǎng)，成為提高國民科學(xué)素養(yǎng)，保持國際競爭力的重要教育方式。而現(xiàn)階段，我國科技人才同樣缺乏，特別是高端科技領(lǐng)域，創(chuàng)新型人才的缺失更為嚴(yán)重，這也正是我國各級(jí)教育部門和眾多學(xué)校熱衷于探索實(shí)踐STEM教育的重要原因。STEM是一種偏理科的綜合學(xué)科交融教育，科學(xué)探究是STEM教育的主要學(xué)習(xí)形式之一，創(chuàng)新意識(shí)是STEM教育的主要培養(yǎng)目標(biāo)，要求一線教師和學(xué)生對(duì)一個(gè)課題項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)探討時(shí)，在學(xué)習(xí)方法和教學(xué)形式上進(jìn)行不斷創(chuàng)新。簡單地說，沒有探究和創(chuàng)新，STEM教育就會(huì)缺失其學(xué)科價(jià)值和靈魂，失去其發(fā)展的動(dòng)力。而科學(xué)探究正是小學(xué)科學(xué)最重要的課程活動(dòng)方式，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)正是小學(xué)科學(xué)最重要的育人目標(biāo)。課程標(biāo)準(zhǔn)中，培養(yǎng)創(chuàng)新一詞出現(xiàn)14次，探究一詞出現(xiàn)了164次。通過這個(gè)數(shù)字可以看出，創(chuàng)新對(duì)小學(xué)科學(xué)，特別是低學(xué)段教學(xué)來說可能要求偏高，但科學(xué)探究不僅是小學(xué)科學(xué)的核心、目標(biāo)，也是小學(xué)科學(xué)重要的學(xué)習(xí)方式。因此我們不難發(fā)現(xiàn)，探究創(chuàng)新是小學(xué)科學(xué)和STEM教育共有的價(jià)值追求。

思維拓展，小學(xué)科學(xué)和STEM教育有著共同的育人目標(biāo)。小學(xué)科學(xué)既是一門基礎(chǔ)性課程，又是一門實(shí)踐性課程。作為基礎(chǔ)性課程，科學(xué)課堂需要讓學(xué)生了解符合他們認(rèn)知水平的生活常識(shí)和科學(xué)知識(shí)，探究一些常見的自然現(xiàn)象，解決一些簡單的生活實(shí)際問題，提升他們的科學(xué)核心素養(yǎng)。但是科學(xué)核心素養(yǎng)的提升不僅僅是科學(xué)知識(shí)的儲(chǔ)備，更重要的是讓學(xué)生掌握基本的科學(xué)方法，通過各種活動(dòng)性課程，發(fā)展他們的邏輯性思維、創(chuàng)新性思維、發(fā)散性思維、逆向性思維等能力。小學(xué)科學(xué)課程上需要進(jìn)行大量的實(shí)踐活動(dòng)，這些活動(dòng)能夠積極有效地鍛煉和提升學(xué)生的思維能力，這也是小學(xué)科學(xué)重要的育人目的。STEM教育是一門濃厚的理科性綜合課程，其核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和科學(xué)思維能力。工程性思維和科學(xué)性思維都是綜合性思維，培養(yǎng)學(xué)生這些綜合性思維能力，一是需要學(xué)生掌握一定的科學(xué)技術(shù)理論知識(shí)，二是在日常的學(xué)習(xí)實(shí)踐中，由教師不斷地引導(dǎo)他們運(yùn)用邏輯性思維、創(chuàng)新性思維等多種思維方式，去發(fā)現(xiàn)問題、討論問題、解決問題，以提升學(xué)生思考問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)。由此看來，STEM教育作為一種高階思維人才培養(yǎng)模式，小學(xué)科學(xué)課程不僅為其提供了一定的知識(shí)儲(chǔ)備，更提供了豐富的思想方法。因此，筆者認(rèn)為小學(xué)科學(xué)課程在思維培育方面與STEM教育有著高度的契合性，有著共同的育人目標(biāo)。

二、開展活動(dòng)，體現(xiàn)STEM跨學(xué)科理念

“水果發(fā)電”教學(xué)活動(dòng)是小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)“電和磁”單元的知識(shí)衍生。在教學(xué)設(shè)計(jì)之初，為了讓學(xué)生通過信息化手段多了解水果發(fā)電知識(shí)，體現(xiàn)STEM教育的跨學(xué)科理念，筆者做了三個(gè)活動(dòng)：

活動(dòng)一：要求學(xué)生在課前制作以“水果發(fā)電”為主題的賀卡和手抄報(bào)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)水果發(fā)電科學(xué)原理的自主學(xué)習(xí);活動(dòng)二：課堂上，組織學(xué)生利用銅片和鎂片插入不同水果形成閉合電路，點(diǎn)亮小燈泡。通過實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生了解到水果的數(shù)量、種類、金屬片插入的深度等因素都會(huì)影響小燈泡的亮度;活動(dòng)三：要求學(xué)生利用水果電池制作一個(gè)手工作品，將其作為新年禮物送給父母。

活動(dòng)一指向美術(shù)設(shè)計(jì)，活動(dòng)二偏向科學(xué)探究，活動(dòng)三則是創(chuàng)意設(shè)計(jì)和價(jià)值體現(xiàn)，三個(gè)活動(dòng)組合成一次STEM活動(dòng)，都是圍繞“水果發(fā)電”這一主題展開，集合了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)甚至藝術(shù)等多個(gè)學(xué)科元素。教師通過STEM教學(xué)方式，讓學(xué)生通過信息手段了解一些基本的科學(xué)原理，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。但在后來的課堂復(fù)盤重審時(shí)，筆者意識(shí)到了這節(jié)課的缺失之處：STEM教育的學(xué)科融合，不應(yīng)該是不同學(xué)科的簡單疊加，而是要把各學(xué)科碎片化的知識(shí)不斷地融合，讓整個(gè)學(xué)習(xí)的過程轉(zhuǎn)化為一個(gè)學(xué)生通過探究世界相互聯(lián)系而提升能力的過程。

基于對(duì)STEM的思考，對(duì)于“水果電池”活動(dòng)的教學(xué)筆者重新進(jìn)行構(gòu)建和設(shè)計(jì)。在讓學(xué)生了解到水果的數(shù)量、種類、金屬片插入的深度等因素都會(huì)影響小燈泡的亮度之后，教師進(jìn)一步提出探究性問題：影響小燈泡亮度的根本原因是什么？通過教師引導(dǎo)和小組合作，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)水果中的酸性物質(zhì)才是小燈泡發(fā)光的根本因素。由此，學(xué)生對(duì)水果電池的研究從淺表層向深層次拓展，從表象研究向根本性研究轉(zhuǎn)變，也就是從“What”向“Why”的提升。那么對(duì)于“水果電池”的研究是不是就結(jié)束了？我們是否還可以進(jìn)一步的探究？其實(shí)到這一階段，課程的實(shí)施還停留在“科學(xué)發(fā)現(xiàn)階段”。如何將我們的學(xué)習(xí)從發(fā)現(xiàn)向設(shè)計(jì)、建造甚至發(fā)明進(jìn)一步推進(jìn)呢？由此，可以從兩個(gè)方面提醒學(xué)生，一是因?yàn)樗乃嵝蕴刭|(zhì)導(dǎo)致小燈泡亮度發(fā)生變化，由此我們可以通過逆向思維思考一下，是否可以通過小燈泡亮度的強(qiáng)弱制作一款簡單的水果酸（甜）度測(cè)試裝置？二是本節(jié)課我們通過水果制作了一個(gè)簡單的閉合電路，點(diǎn)亮小燈泡，但“水果電池”仍有不便攜帶和保存的問題，該問題如何解決？可不可以利用身邊的酸性物質(zhì)，制作一個(gè)簡單便攜的電池模型？通過以上兩個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生在掌握基本科學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，運(yùn)用簡單的工程意識(shí)和技術(shù)手段來設(shè)計(jì)一些簡單的科學(xué)裝置。由此，本次“水果電池”STEM教學(xué)活動(dòng)，以科學(xué)學(xué)科為主導(dǎo)，充分融合技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)各學(xué)科要素，基本體現(xiàn)STEM教育的核心理念。

綜上所述，從課程標(biāo)準(zhǔn)、價(jià)值追求、育人需求等多個(gè)方面來思考，小學(xué)科學(xué)都應(yīng)該是STEM教育在小學(xué)校園落地生根的最好平臺(tái)，并且在具體的實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)該發(fā)揮主導(dǎo)作用。另外，作為小學(xué)科學(xué)教師也應(yīng)該提升自己的綜合素質(zhì)，多嘗試運(yùn)用STEM教育理念，創(chuàng)新自己的教學(xué)手段，會(huì)有意想不到的教學(xué)成就感。

■ 編輯/陸鶴鳴