通過STEM教學(xué)讓學(xué)生提出問題尋找答案

◇王 欣（江蘇：揚(yáng)州市江都區(qū)大橋中心小學(xué)）

傳統(tǒng)的教學(xué)方式，一般是由教師直接講授知識點(diǎn)或者原理，通過做練習(xí)對原理進(jìn)行鞏固，最后再通過做實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)一步鞏固。這樣的教學(xué)忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，缺少了讓學(xué)生帶著問題去做調(diào)查、去尋找答案的過程，而這個過程就是STEM 區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)的地方。STEM 更注重與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系，注重解決問題的過程，為的是訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)的思維以及技能。

STEM 是將科學(xué)、技術(shù)、工程以及數(shù)學(xué)相融合的教育理念，打破了這幾門獨(dú)立學(xué)科之間的界限，采取了問題導(dǎo)向型的學(xué)習(xí)模式，圍繞問題，使學(xué)生運(yùn)用綜合的知識和技能去解決問題，不斷提高學(xué)生創(chuàng)造性解決實(shí)際問題的能力。STEM 更注重的是整個思考和實(shí)驗(yàn)的過程，鼓勵學(xué)生自主思考，提出實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后得出結(jié)論。STEM 提倡采取問題導(dǎo)向型模式來展開課題，經(jīng)過逐步推論和實(shí)驗(yàn)，最終得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。STEM 注重學(xué)科之間的融合，對教師的教學(xué)提出了更高的要求。在備課時，需要我們充分挖掘教材中可以與其他學(xué)科有效融合的部分，注意將學(xué)生相關(guān)學(xué)科的知識點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來。學(xué)生要做到STEM 融合學(xué)習(xí)是有很大難度的，因此需要教師提供明確且詳盡的方法。本文以蘇教版小學(xué)三年級科學(xué)課《把鹽放到水里》為例，運(yùn)用問題導(dǎo)向型模式進(jìn)入課題，引出STEM 綜合教學(xué)模式。

一、導(dǎo)入生活情境，聯(lián)系生活實(shí)際，提出問題

除了知識的融合之外，還要重視與學(xué)生日常生活結(jié)合，選擇日常生活中的情境進(jìn)行導(dǎo)入，將日常生活中的現(xiàn)象與課堂內(nèi)容相結(jié)合，注重內(nèi)容與生活的相關(guān)性。學(xué)生所學(xué)習(xí)的知識只有與日常生活結(jié)合起來，才能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察生活的能力，課本上的內(nèi)容也才會變得更有意義。

例如，在蘇教版小學(xué)三年級上冊第十一課《把鹽放到水里》教學(xué)中，教師可以通過生活中的情境導(dǎo)入：小李的爸爸牙齦發(fā)炎了，去醫(yī)院看牙醫(yī)，牙醫(yī)為其進(jìn)行了消毒。醫(yī)生告訴小李的爸爸，每天早晚應(yīng)當(dāng)用淡鹽水漱口。回到家，爸爸把這個配置漱口用的淡鹽水的任務(wù)交給了小李。可是小李馬上就要考試了，有許多功課要做，他必須快速配置好淡鹽水，這樣他才能繼續(xù)投入學(xué)習(xí)。提問：如何快速配好一杯淡鹽水呢？鹽在水中的溶解速度與哪些因素有關(guān)呢？教師可以通過這樣日常的場景鼓勵大家圍繞問題進(jìn)行思考。

二、充分討論，讓學(xué)生自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)

我們的教材往往會直接給出針對某一課所用到的具體實(shí)驗(yàn)流程和方法。STEM 教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于讓學(xué)生自己動腦筋想辦法，而不是教師直接告訴學(xué)生需要準(zhǔn)備什么工具、實(shí)驗(yàn)中每一步驟應(yīng)該怎樣去做、需要注意什么問題。相反，這些都應(yīng)該由作為學(xué)習(xí)主體的學(xué)生自己去探討，主動去發(fā)現(xiàn)。教師只是在旁引導(dǎo)，把課堂還給學(xué)生。實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主設(shè)計相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，然后記錄實(shí)驗(yàn)過程，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

針對如何快速配好一杯鹽水的問題，有的學(xué)生可能會提出使用熱水，鹽在熱水中比在常溫或冰水中化得快，因?yàn)閶寢屧谧鰷臅r候，就是把鹽放到煮開的水里，鹽很快就可以化開。這時，教師就可以進(jìn)行語言上的修正，比如，“這位同學(xué)告訴我們，水的溫度是影響鹽在水中溶解速度的因素”。還有的學(xué)生提出用筷子攪拌一下，鹽會融化得更快些。這時，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生，攪拌和熱水可以加快鹽的溶解，但這些因素只是我們的猜想和假設(shè)，必須使用更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方法來證明我們的猜想。

那么，如何證明攪拌和熱水能夠加快溶解呢？我們可以利用到的工具和材料有哪些？教師應(yīng)進(jìn)一步鼓勵學(xué)生想辦法，如何利用手頭的工具來做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的過程應(yīng)該是怎樣的？會發(fā)生怎樣的現(xiàn)象？此時，我們就要引導(dǎo)學(xué)生來設(shè)計一個合理可行的實(shí)驗(yàn)方案，并且將對比實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和注意事項(xiàng)講解給學(xué)生聽。同時，引入圖示，讓學(xué)生學(xué)會運(yùn)用簡單的圖示來演示自己設(shè)計的實(shí)驗(yàn)。見下圖。

在設(shè)計對比實(shí)驗(yàn)的過程中，教師應(yīng)該提醒學(xué)生對比實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。例如，對比實(shí)驗(yàn)必須用到兩個或兩個以上的實(shí)驗(yàn)組，并且要保證在相同的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。例如，我們要用相同的水量，加入相同質(zhì)量的鹽，只改變一個條件，來看看這個條件是否對結(jié)果有影響。

整理總結(jié)實(shí)驗(yàn)方案后，得出設(shè)計如下：

問題：影響鹽在水中溶解速度的因素有哪些？

假設(shè)1：與水的溫度相關(guān)，溫度越高溶解越快。

實(shí)驗(yàn)材料：熱水、冷水、鹽、量勺、2 個杯子、溫度計、秒表。

1．在相同的兩個杯子里倒入等量的水，一杯用熱水，另一杯加冷水。（倒好后可以用溫度計測量水溫并記錄。）

2．用兩把克數(shù)相同的量勺，同時往兩杯水中放入相同質(zhì)量的鹽。

3．觀察哪一杯鹽溶解得快，并記錄下溶解的時間。

假設(shè)2：攪拌可以加快溶解速度。

實(shí)驗(yàn)材料：水、鹽、量勺、2 個杯子、一根筷子、秒表。

1．在相同的兩個杯子里倒入等量的水，水的溫度相同。

2．用兩把克數(shù)相同的量勺，同時往兩杯水中放入相同質(zhì)量的鹽。

3．一杯用一根筷子攪拌，另一杯靜置。

4．觀察哪一杯鹽溶解得快，并記錄下溶解的時間。

在溶解的時候可以讓學(xué)生用秒表來記錄溶解的速度，讓學(xué)生掌握運(yùn)用科學(xué)的數(shù)據(jù)制作數(shù)據(jù)圖表等技能，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維。制作相關(guān)的圖示，培養(yǎng)學(xué)生的制圖能力以及設(shè)計實(shí)驗(yàn)的能力。

三、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)的過程是非常重要的，教師在條件允許的情況下盡量不要只讓學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)的視頻，而是要把動手機(jī)會留給學(xué)生。學(xué)生只有自己動手操作獲得知識才能真正體會到研究的快樂。做實(shí)驗(yàn)時一定要提醒學(xué)生注意安全，比如，使用熱水時防止?fàn)C傷、使用玻璃杯等易碎品時要輕拿輕放。

在實(shí)驗(yàn)開始之前，我們應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會記錄實(shí)驗(yàn)過程的科學(xué)方法，如，將實(shí)驗(yàn)過程通過圖表的形式表達(dá)，制作出合適合理的表格以及添加合適的文字記錄有助于提升學(xué)生的組織能力，提高實(shí)驗(yàn)效率。

實(shí)驗(yàn)時讓學(xué)生分成小組分別進(jìn)行，每組的各個成員要確定好每個人的任務(wù)，比如，誰負(fù)責(zé)加水，誰負(fù)責(zé)記錄時間，誰負(fù)責(zé)填寫實(shí)驗(yàn)記錄，等。

實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生可以制作出如下表格：

假設(shè)1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：熱水杯中的鹽已經(jīng)明顯減少了，冷水杯中的鹽還有很多。

假設(shè)1 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：溫度會影響鹽溶解的速度。鹽在熱水中溶解的速度快，在冷水中溶解的速度慢。

假設(shè)2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：攪拌的杯中，鹽的顆粒已經(jīng)看不見了，沒有攪拌的杯中，杯底還有許多鹽的顆粒。

假設(shè)2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：攪拌會影響鹽在水中的溶解速度。攪拌，鹽溶解得快；不攪拌，鹽溶解得慢。

小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟得到數(shù)據(jù)，教師做好引導(dǎo)，讓學(xué)生運(yùn)用數(shù)據(jù)來解釋現(xiàn)象。例如，學(xué)生可以把所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析（數(shù)學(xué)的方法），并找出其中的規(guī)律：鹽在水中溶解的速度隨著溫度的升高不斷加快。我們還可以引導(dǎo)學(xué)生畫出曲線圖。橫軸表示溶解的時間，豎軸表示水的溫度，得到大概一個這樣的曲線（見下圖）。

此外，教師還應(yīng)對學(xué)生的思維進(jìn)行拓展：還有沒有其他可以影響鹽在水中溶解速度的因素？最后發(fā)散思維，問問學(xué)生：還有哪些物質(zhì)可以溶解在水中？這些物質(zhì)的溶解速度是否也跟溫度相關(guān)？在課下，可以給學(xué)生布置相關(guān)作業(yè)：回到家中，用最短的時間配一杯淡鹽水。

在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)工具的簡陋以及許多不可控的因素，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果往往不都是準(zhǔn)確的，甚至大多數(shù)時候有很大誤差。但是STEM 教育注重的是科學(xué)思維養(yǎng)成的過程。作為教師，我們要放手讓學(xué)生自己設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，不要擔(dān)心失敗，而是讓學(xué)生在失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)踐鍛煉中不斷提高解決問題的能力。

隨著學(xué)生知識水平的不斷提高，他們所獲得的知識也由簡到繁，由易到難，解決問題的能力也會逐漸提高。但是思維的培養(yǎng)是基礎(chǔ)。在小學(xué)階段，我們要培養(yǎng)小學(xué)生自主探究的能力，運(yùn)用數(shù)學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法來進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思維能力。觀察鹽在水中的溶解速度雖然屬于簡單的實(shí)驗(yàn)，但是我們也應(yīng)該讓學(xué)生擁有運(yùn)用科學(xué)的手段去證實(shí)假設(shè)的思維和方法。

四、展示分享

由學(xué)生制作科學(xué)展板，將自己設(shè)計實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思過程以及實(shí)驗(yàn)步驟通過圖片、文字、圖表等形式記錄整理，制作成科學(xué)展板向?qū)W生和教師展示。在展示的過程中可以說說小組的設(shè)計方案有哪些優(yōu)點(diǎn)，還有哪些需要改進(jìn)的地方；如何得出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果；將實(shí)驗(yàn)結(jié)果聯(lián)系我們的生活，可以給我們的生活帶來哪些方便，給我們哪些啟發(fā)；等等。

在這樣的展示分享過程中，每一個學(xué)生都是積極的參與者。學(xué)生之間相互交流，不斷反思，可以使學(xué)生體會到自己動手的樂趣，感受認(rèn)真做一件事情帶來的成就感，帶動學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。

如今，我們學(xué)校的課程很大一方面的問題是學(xué)科知識與實(shí)際生活毫無關(guān)系，學(xué)科與學(xué)科之間缺乏關(guān)聯(lián)性，學(xué)生不明白自己學(xué)習(xí)的科目在日常生活中有什么用處。知識變成了枯燥的概念，成了為考試而不得不學(xué)的苦差事。通過STEM 教學(xué)，學(xué)生可以針對生活中的現(xiàn)象提出問題，尋找解決方案以及做出預(yù)測。在此過程中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)有效地解決工程問題的方法，綜合運(yùn)用自己所學(xué)的知識，融會貫通，運(yùn)用科學(xué)方法設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，并且測試和分析結(jié)果。

基于學(xué)生知識技能水平以及實(shí)驗(yàn)材料的局限性，學(xué)生得出的結(jié)論會有一定的偏差，但是我們應(yīng)當(dāng)明確，STEM 的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新解決問題的能力。這是一個過程，不可能一蹴而就，應(yīng)該讓學(xué)生在嘗試和錯誤中得到鍛煉，在實(shí)踐中得到提升。