例談如何將STEM教育與小學(xué)科學(xué)教學(xué)融合

☉姚陽陽

我國現(xiàn)代素質(zhì)教育提倡的是全面育人、綜合發(fā)展，這與STEM教育理念不謀而合。STEM教育的優(yōu)勢在于能夠讓學(xué)生以較為完整、開放的方式去探究科學(xué)知識，將不同學(xué)科中細(xì)碎的知識點、技能點連接起來，在頗為有趣的學(xué)習(xí)任務(wù)中鍛煉學(xué)生的綜合能力。小學(xué)科學(xué)課程是以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)和信息意識為己任，使學(xué)生能夠取得文化知識、實踐技能、創(chuàng)新能力、探究精神、道德品質(zhì)等多維度的成長。教師可將STEM教育理念巧妙融入小學(xué)科學(xué)課堂中，圍繞課程知識點，設(shè)計、開發(fā)一系列學(xué)習(xí)活動，鼓勵學(xué)生通過自己的努力，結(jié)合所學(xué)的多個學(xué)科知識，解決實際問題，實現(xiàn)對知識的吸收和內(nèi)化。

一、STEM教育概述

STEM教育來自美國，它集合了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四個科學(xué)方面的知識與技能，注重培育學(xué)生的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，更加強調(diào)發(fā)展學(xué)生自身的素養(yǎng)與技能，讓學(xué)生掌握知識情景化應(yīng)用的能力，根據(jù)問題任務(wù)的背景和條件找出解決途徑，靈活應(yīng)用知識與技能去解決實際問題［1］。

STEM教育涵蓋了四個特定學(xué)科的知識，它的教育方法是跨學(xué)科、多維度、綜合性的，并不是將這四個學(xué)科的知識分別教授給學(xué)生，而是將不同學(xué)科的知識、技能融合起來放入到一個具體的情景之中，讓學(xué)生去學(xué)習(xí)、理解、分析、實踐、總結(jié)［2］。在開展STEM教育時基本都會采用數(shù)字化、信息化手段進行教學(xué)，例如，計算機編程、機器人技術(shù)、游戲開發(fā)、3D打印、電子電路、幾何代數(shù)等項目。

二、STEM教育與小學(xué)科學(xué)融合的實施原則

為了讓STEM教育與小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)順利融合，教師在實踐過程中可遵循以下原則：

第一，因材施教原則。STEM教育在我國的發(fā)展時間不長，許多教師對于STEM教育的具體實踐方法還沒有一個較為清晰的計劃。那么，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中融入STEM教育初期，老師需要對班級學(xué)生的學(xué)情、性格特點、實際能力進行觀察與評估，為學(xué)生挑選最為適合的STEM學(xué)習(xí)項目。

第二，啟發(fā)性原則。小學(xué)科學(xué)課程中的STEM教育實施應(yīng)當(dāng)以啟發(fā)為主，讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下能夠初步產(chǎn)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，并在此基礎(chǔ)上樂于接觸數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程等更為深層次的跨學(xué)科知識技能。

第三，循序漸進原則。小學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)還處于較為基礎(chǔ)的階段，教師在實施STEM教育與小學(xué)科學(xué)課程融合時應(yīng)當(dāng)采用循序漸進、由淺入深的教學(xué)方式，從較為簡單的生活科學(xué)現(xiàn)象開始引導(dǎo)學(xué)生思考，指引學(xué)生發(fā)散思維，嘗試一些容易上手的小實驗、小任務(wù)、小制作，提高科學(xué)課堂的教學(xué)成效，讓學(xué)生習(xí)慣于這種項目式的動態(tài)學(xué)習(xí)方式［3］。

三、STEM教育與小學(xué)科學(xué)融合的實踐策略

（一）利用數(shù)字教學(xué)技術(shù)，豐富課堂學(xué)習(xí)體驗

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，先進的計算機技術(shù)、人工智能、機器人等開始走入了小學(xué)科學(xué)的課堂，教師可借助數(shù)字化、信息化的STEM教育技術(shù)，帶領(lǐng)學(xué)生走進科學(xué)世界的大門，感受科技力量的魅力，從而激活學(xué)生進一步學(xué)習(xí)、探究的興趣。

例如，教授教科版小學(xué)科學(xué)三年級下冊第三單元第一課《仰望星空》。星空與宇宙自古以來就是人們樂于觀察、探究的問題，無邊無際的宇宙對于小學(xué)生而言充滿著神秘。教師可從這節(jié)課入手，借助信息化手段將最前沿的宇宙奧秘展現(xiàn)在學(xué)生面前。在課前，教師可通過互聯(lián)網(wǎng)搜集宇宙題材的經(jīng)典紀(jì)錄片，帶領(lǐng)學(xué)生一同觀看《宇宙時空之旅》。透過紀(jì)錄片的鏡頭，學(xué)生將會了解到人類認(rèn)識宇宙的過程，震撼而感動。然后，教師可通過視聽影像資料與學(xué)生分享當(dāng)今世界上最新的宇宙發(fā)現(xiàn)，以及航空類的發(fā)明創(chuàng)造，激活學(xué)生進一步學(xué)習(xí)的積極性。最后，教師可在課堂上組織一次小小的頭腦風(fēng)暴，邀請學(xué)生對太陽、地球、月球以及宇宙的相關(guān)問題猜測，談一談他們心中的設(shè)想，可以一邊說、一邊畫。例如，用“宇宙是怎么產(chǎn)生的？地球是怎么出現(xiàn)的？你認(rèn)為黑洞是什么？時光機真的可以回到過去嗎？”等這樣的問題點燃學(xué)生心中科學(xué)探索的火花，將STEM教育思想與小學(xué)科學(xué)課堂充分結(jié)合。

（二）緊扣科學(xué)課程知識，創(chuàng)編趣味實踐活動

在STEM教育與小學(xué)科學(xué)融合過程中，教師可緊扣科學(xué)教材知識點設(shè)計一些趣味實驗，或是在原本教材實驗的基礎(chǔ)上進行拓展，引導(dǎo)學(xué)生靈活運用數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程多學(xué)科知識，讓學(xué)生自主設(shè)計、分析、實踐、觀察，最后提交完整作品，交由教師點評［4］。

例如，教科版小學(xué)科學(xué)三年級上冊第二單元《我們來做“熱氣球”》的教學(xué)目標(biāo)是要讓學(xué)生通過熱氣球了解其背后的空氣受熱后體積膨脹的原理，激活學(xué)生對空氣相關(guān)科學(xué)知識的好奇心和探究欲望。在學(xué)生動手參與制作熱氣球?qū)嶒灂r，教師可對實驗活動進行一定的拓展和補充，引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程方面的知識與技能，融合STEM教育方法。首先，教師可以借助多媒體設(shè)備播放現(xiàn)代各地旅游景區(qū)的熱氣球項目，要求學(xué)生認(rèn)真觀看，然后導(dǎo)入今天的主要課題。問題1：“視頻中的熱氣球是怎樣升空的？依靠的是哪種動力？熱氣球的高度是怎樣控制的？”邀請學(xué)生以兩兩組隊的方式開展討論，鼓勵學(xué)生發(fā)散思維和聯(lián)想能力。當(dāng)學(xué)生說出自己的分析后，教師可繼續(xù)播放熱氣球短片，讓學(xué)生了解熱氣球升空和下降的具體操作過程。其次，帶領(lǐng)學(xué)生開展“熱氣球”制作任務(wù)。在原有材料的基礎(chǔ)上可添加更多制作素材，例如，吸管、熱熔膠、蠟燭、垃圾袋、打火機、口罩、折紙等，讓學(xué)生利用自己所學(xué)過的多學(xué)科知識去制作屬于自己的熱氣球。要求學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意和想象力制作熱氣球，并且對熱氣球飛起來后將熱氣球的升空時間、高度進行測量。教師可挑選一些獨具創(chuàng)意的熱氣球作品，邀請學(xué)生上臺展示與分享熱氣球作品的制作過程和飛行數(shù)值。教師可進行逐一點評和引導(dǎo)，讓學(xué)生對自己的熱氣球作品再設(shè)計和完善。

（三）融入STEM教育方法，實現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)

STEM教育方法強調(diào)的是將學(xué)生的學(xué)習(xí)過程放置在一個具體的學(xué)習(xí)任務(wù)或合作項目中，要求學(xué)生自主去完成作品的制作、設(shè)計與展示。小學(xué)科學(xué)課堂上教師可以巧妙融入STEM教育方法，圍繞科學(xué)課程知識點和重難點，開發(fā)一系列開放式的項目，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)過的多學(xué)科知識與自身的動手能力去設(shè)計作品。

例如，教科版小學(xué)科學(xué)三年級下冊第一單元第七課《我們的過山車》。本單元主要教授物體的運動，學(xué)生從物體運動的原理開始學(xué)習(xí)，掌握和了解物體在不同斜面上的運動方式以及運動的快慢。而這節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)就是要讓學(xué)生自己設(shè)計一款能夠使用的過山車。首先，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生一同觀賞世界十大過山車的3D視頻，學(xué)生可戴上3D眼鏡以沉浸式的方式去感受不同造型、材質(zhì)、速度過山車的刺激體驗，在最大程度上激活學(xué)生的動手創(chuàng)造熱情。其次，學(xué)生需要以團隊合作的方式設(shè)計一款獨一無二、富有創(chuàng)意的過山車，從造型設(shè)計、材料選擇、制作、測試、調(diào)整，到最后展示，完全由學(xué)生自主設(shè)計完成。教師可與每組學(xué)生一同交流，為學(xué)生提供扶持、意見與幫助。這樣，既鍛煉了學(xué)生多學(xué)科方面的知識與技能，又開發(fā)了他們的創(chuàng)造能力與創(chuàng)意思維，而且鞏固了有關(guān)于物體運動的知識點，真正將STEM落實到了小學(xué)科學(xué)課堂中。

綜上所述，STEM教育方式的指導(dǎo)下，小學(xué)科學(xué)課堂將會與學(xué)生的實際生活、先進便捷的高新科技結(jié)合，為小學(xué)生帶來更加新奇、有趣、震撼的科學(xué)學(xué)習(xí)體驗。