論基于STEM的小學科學課程教學設計研究

劉浪

摘要：小學科學教師如果能夠將STEM的理念應用到科學課程教學設計中，不僅能夠提升學生的跨學科思維，還能夠提升學生解決問題和分析問題的能力，有效推動了課程的整合發展。本文以小學五年級科學教學《太陽能熱水器》作為案例，詳細分析了STEM教育理念下小學科學課程設計的方法，期待本次研究能為小學生的綜合成長，小學科學教學質量的提升提供依據。

關鍵詞：基于STEM;小學科學;教學設計

引言：在當下的小學科學教學當中，逐漸涌現出越來越多的問題。為了有效解決教學當中存在的問題，小學科學教師勢必要進行課程設計上的創新和改良。而STEM教育理念主要是通過整合多領域知識，旨在培養學生的綜合能力。小學科學教師可以嘗試將STEM教育理念融入于小學科學課程設計當中。本文主要針對STEM教育理念下小學科學課堂教學設計方法展開探究，詳情如下。

一、STEM教育的內涵

小學科學教師首先得厘清三個問題：什么是STEM教育？STEM教育與現有的課程有什么關系？有一部分教師明白，其實STEM指的就是科學、技術、數學、工程這四門學科。

（一）科學

科學主要包含與自然界相關的問題，以經過實證的解釋來給出合理答案，可以反映出自然與社會中客觀存在的規律系統[1]。

（二）技術

技術其實就是解決問題所有工具與方法的統稱。有經驗的科學教師會知道，原來在自然科學的教學里面很注重技術設計，或者是技術制作。

（三）數學

數學是一門用來探究空間形式和數量關系的學科，可以說數學就是一種可以用來分析的工具。

（四）四門學科之間的關系

科學、技術、數學、工程之間具有相關性，技術應用于工程，數學應用于科學，科學發展是得益于技術工程的發展。工程主要是培養創造力，要面向造物世界，要設計搭建模型和構建系統。科學是應用科學方法，發現周圍世界的規律。

二、小學科學教材中的STEM課程體系設計

（一）STEM課程設計要點

1. 源自身邊的工程與技術問題

源自身邊的工程與技術問題，突出STEM課程的特征。下圖是一到六年級的STEM單元，這些內容都是源自于學生身邊的工程與技術問題，有一些問題是前文單元涉及到的問題，到這個單元進行STEM的探討。我們在教材里面實現STEM單元設計，真正有課時保障的落實到課堂教學里面，可以說是標志著STEM教育進入常態的課程和教學。

2.實現科學探究向STEM的轉變

教師在教學過程中要將遇到的問題積極轉變為STEM問題，在解決問題的時候也會涉及到科學原理，因此從工程和技術的方向展開設計才能更輕松地實現科學、工程與技術的同步發展。

3.突出STEM課程的特點

在設計單元的時候要思考依據前面的STEM課程特征六點，要思考每個單元課程設計。

（二）STEM課程設計案例

首先教師需要創造一個源自身邊的情境，提出問題設計要求，給學生補充學生背景經驗，最后進行問題解決或工程設計。比如五年級上課本《太陽能熱水器》，第一單元是熱傳遞，認識熱對流。第三單元是光，光沿直線傳播，太陽光由不同顏色組成，布頭顏色、材料吸收和反射光的能力不同，設計太陽能熱水器知道選擇黑色還是白色，還有光反射，這是給學生STEM課程學習的時候提前鋪墊的背景經驗。第五單元是認識太陽能熱水器，要認識太陽能熱水器的結構，比如有集熱，有角度架、儲水箱、反射板，太陽能熱水器的原理是黑色吸熱能力最強、熱對流、反射光能集中太陽能，有了這些經驗就開始制作簡易太陽能熱水器，首先要設計，然后制作，最后是改進與交流。

在太陽能設計教學當中，主要包含以下步驟：

1.回顧太陽能結構和原理

首先教師要帶領學生回顧太陽能的結構和原理，同時還要鼓勵學生通過討論來確定出太陽能熱水器的設計方案，這時候教師提供材料，學生開始設計。

回顧太陽能熱水器結構和工作原理的時候，給一個太陽能熱水器簡單剖面圖，熱水箱在上面，集熱管是黑色，有一個傾角。里面會有熱水、冷水熱對流。

然后要了解工程項目，設計一個情境，如非洲醫療隊地方沒有熱水。每個小組設計一個能在15分鐘內能讓200ml的水升溫的簡易熱水器。

2.討論確定方案

接下來討論簡易太陽能熱水器的方案，設想可能利用哪些材料可以制作太陽能熱水器。這樣在此基礎上逛各種“材料超市”，了解各種材料的價格，進行成本核算，初步選定設計方案[2]。

3.完成設計方案

最后完成簡易太陽能熱水器的設計方案，列出需要材料種類、數量、架構、工具，繪制太陽能熱水器設計圖，簡單評估本組設計的可行性，預測加熱效果。

4.評價量表

在單元后會給一個回顧單，也是一個單元評價。回顧單的形成是有依據的，教師們如果學過科技學堂里關于STEM案例教學，會熟悉這個撰寫工程建議，有四個角度，設計、預算、檢驗與數據、綜合陳述。

三、結束語

綜上所述，本文探究了基于STEM教育的小學科學課堂教學設計方法，經過此次研究發現，以STEM教育為基礎設計小學科學教學設計能夠有效促進小學生綜合能力成長，值得推廣。

參考文獻：

[1]宋怡，祁宇，馬宏佳. 小學科學教師視角下的STEM教學特征——基于扎根理論的質性研究[J]. 基礎教育，2020，17（5）： 22-33.

[2]蘇聰.基于STEM教育理念的小學科學教學設計研究--以科教版《形狀與結構》單元為例[D].湖北：華中科技大學，2019.