小學科學課程STEM教學設計策略例談

歐文龍（甘肅省莊浪縣北城九年制學校）

STEM 教育將科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四門學科整合在一起，在STEM 教育發展初期，其被定義為“跨學科的應用型教學方法”。配合不同的教學板塊，學生能夠在認知科學知識的同時完成學習任務，掌握科學的學習方法，讓學生在科學課程上形成自主探究、總結歸納的良好素質。

一、圍繞科學落實STEM 教育，回歸育人本質

相比傳統的教學方式，STEM 教育不僅關注學生的課業成績，而且其教育重心更偏向于學生的綜合發展。傳統教育如同一架天平，將學生與教師擺放在天平的兩端，而重心則偏向于教師。在小學科學課堂上，STEM 教育強調學生獲取知識并加以利用的過程，強調學生在對應環節獲取相應能力的增長，將書面知識具體化，變成可活用的現實工具。教師要抓住小學科學課程科學性、綜合性的特點設計教學活動，以“科學”為出發點，調動學生的學習熱情。在選擇教學素材的過程中，教師可以考慮從現實生活入手，圍繞生活中的科學現象激發學生主動參與教學的興趣，培養學生的科學素養。

例如，在教學教科版《義務教育教科書·科學》（以下統稱“教材”）三年級上冊“冰融化了”這節課時，教師可以向學生提出探究問題：寒冷的冬天水會結成冰，當太陽出來的時候，冰又會慢慢融化成水，冰的融化受到哪些因素的影響？“冰融化了”這一現象極為常見，能夠有效激發學生的探究熱情，使其針對“冰在什么情況下會融化”這一話題開展探究活動。有的學生認為，冰放在陽光下就會融化，所以冰的融化與陽光有關。還有的學生認為，冬天寒風呼嘯，即使有陽光冰也沒有融化，冰的融化應與溫度有關。學生結合生活現象開展探究活動，教師設計科學實驗：準備溫度計、冰塊、酒精燈等材料，觀察冰融化的最低溫度，思考陽光和溫度哪一個是導致冰融化的主要條件。借助科學原理激發學生的探究興趣，讓學生在探究的過程中了解科學知識，主動完成認知、實踐等任務。在科學實驗的過程中，借由對變量的調整來設計實驗：溫度是影響冰塊融化的主要因素，冬日里陽光下的冰不會融化，是因為溫度沒有達到熔點。在STEM教育理念下，小學科學教育不能只從授課上進行考慮，還要積極開發學生的科學思維，實現綜合化教學。

二、配合技術落實STEM 教育，提高教學效率

小學生由于其心理和生理的發育還不成熟，理解能力也略有欠缺。對于深層次的知識不能很好地接受、理解，抽象的理論知識也難以激發學生的學習興趣，教育難度相對較大。因此，教師可以基于學生的學習特點重新設計教學方案，借由現代教育技術組織教學，為學生創造更為直觀的學習環境，將學生的注意力吸引到課堂教學活動中，鼓勵學生觀察、學習、思考。教師要選擇多元化的教學方式與學生進行互動，結合STEM 教育，以技術為切入點，提升學生的科學素養和學習能力。

例如，在教學教材四年級下冊“導體和絕緣體”這節課時，教師要幫助學生認識導體和絕緣體的概念，正確掌握科學知識。在開展教學活動的過程中，教師可以基于STEM 教育中的“技術”進行實驗：準備小燈泡、銅導線、橡膠線等材料進行通電實驗。學生發現，銅導線與電源連接之后小燈泡亮起，但是將銅導線換成橡膠線則不能使小燈泡發亮。基于這一現象，學生認識到了物體的導電性和絕緣性特點。在隨后的教學活動中，教師則可以應用現代教育技術展示各種生活現象：電工穿橡膠靴子、戴橡膠手套進行維修工作；閘門上多設計橡膠圈包裹開關位置。教師展示過后，學生將所掌握的科學知識應用起來。在現代教育技術的支撐下，教師將教學過程記錄下來，鼓勵學生結合現代信息化平臺搜集科學知識，了解有關科學概念。用“技術”發起教學，落實自學，有助于學生養成獨立自主的學習習慣。

三、針對工程開展STEM 教育，實現系統育人

STEM 教育中的“工程”要求學生進行系統化的學習，除了鍛煉學生的科學思維，更要綜合訓練學生的理解能力、思維能力和實踐能力。教師要嘗試應用系統性、層次性更強的教學模式，鼓勵學生在接觸理論知識的同時展開自主探索，挖掘科學知識。在開展科學教學的過程中，教師要設計成熟化、系統化的育人指導模式，加強對學生的管理教育，培養學生的科學素養。教師可以以“工程”為出發點，以自主探究、自主學習為基本要求，逐步提高學生的科學素養。

例如，在教學教材五年級下冊“設計我們的小船”這節課時，教師便可以針對“工程”開展STEM教育，完成教學指導任務——學生需要利用橡皮泥制作小船，對密度、浮力等關鍵知識進行探究。但是，橡皮泥的密度和重量過大，很難浮在水面上，如何設計小船成了首先要解決的問題。結合鐵片與鐵塊、木塊與鐵塊等材料，學生做出假設：要讓小船浮在水面上，可以從兩個角度進行考慮，即物體的面積足夠大，物體的重量足夠小。橡皮泥的重量是固定的，但可以通過改變橡皮泥的面積的方式來制作小船，保障小船能夠浮在水面上。借由思考、實踐等環節的配合，讓學生重新掌握科學知識。STEM 教育理念下的“工程”將教育活動定義為一個系統、綜合的過程，更加重視學生科學思維的培養。因此，教師要鼓勵學生多角度探究、多角度思考，提高科學教學質量。

四、利用數學落實STEM 教育，探究理性科學

數學下的科學教育是激發學生理性思維和理性認知的教育過程，其將科學課程中的數學知識提取出來，以數學問題為跳板，開發學生的理性思維。數學下的科學教學不一定完全圍繞著數學課程展開，但是借助多元數學知識與數學概念的配合，學生同樣能夠得到分析數學知識的機會，從而形成科學意識。由此可見，圍繞數學知識發起授課，整合科學課程的教學任務，有助于學生形成理性思維。

例如，在教學教材六年級下冊“一天的垃圾”這節課時，教師可以鼓勵學生利用所掌握的數學知識對家中一天所產生的垃圾重量進行調查：使用千克、克等基本質量單位統計垃圾的重量，然后借由表格對垃圾進行分類。統計結束后，對可回收垃圾、不可回收垃圾分別進行記錄，完成“我家一天的垃圾統計”的探究，并深入思考垃圾的來源及應該如何處理垃圾。用數學方法解答科學問題，能夠培養學生的科學學習能力。STEM 教育是以自由、高效為特點的教育指導活動，在育人工作中，教師可以嘗試將“數學”的探索權交給學生，鼓勵學生提出問題、搜集答案，培養學生的求知欲。教師要為學生提供自由發揮的空間，借由多種方式整合數學知識，從而逐步提升學生的科學素養。

與傳統教學模式相比，STEM 教育將多元素整合帶入教學活動中，幫助教師重新設計教學方案。在改變傳統教學模式的同時，STEM 教育擺脫了“灌輸式”教學的短板，將學生作為教育的主體和決定者，重新定義教學活動的前進方向。在小學科學課程中開展STEM 教育，在幫助學生吸收課程知識的同時，更有利于學生個性思維和創新思維的發展，為學生的終身發展奠定堅實的基礎。