貫徹STEM教育理念打造“立學課堂”

◇張小榮（江蘇：海安市城南實驗小學）

雖然科學教育作為基礎科技教育，至關重要，但是受到傳統應試教育思想的影響，并未受到應有的重視，長期作為“副科”被忽視。科學技術是人們認識世界、改造世界的基本手段，推動人類社會的飛速進步，在素質教育改革背景下，科學教育也逐步受到關注與重視，但是卻存在以理論教學為主的不良形式。為此，新編蘇教版教材還專設了若干針對技術與工程領域的主題單元和STEM 學習項目。STEM 教學理念要求小學科學教育回歸生活，不僅凸顯項目體驗的真實性，增加學習的意義性和趣味性，還指向科學概念的建構和高階思維的發展，并且要與其他學科實現交叉融合。通過設計開放的項目任務驅動學生，使得學生在項目分析、設計、操作與展示等活動中，實現“學中立”，從而切實提高學生的動手實踐能力與創新發明能力，是打造“立學課堂”的不二法寶。

具體來說，小學科學教師可通過如下方式貫徹STEM 教學理念，嘗試打造“立學課堂”。

一、基于真實情境設計項目任務，引發學生學習需求

陳鶴琴先生在兒童認知論中強調了“直接經驗”的重要性，論證了學生學習依靠直接體驗的認知規律。科學本就是從人類生活中探究出的一般規律與關鍵技術，STEM 教育理念也強調在真實情境中發布項目任務，旨在通過項目操作促使學生運用各科知識綜合解決現實中出現的問題，以便促使學生實現自主探究學習，從而構建屬于自己的知識體系。實際上，在科學教學中更需要創設真實情境。小學生活潑好動，注意力容易分散，枯燥的知識原理不能吸引他們的注意力，真實的生活情境能調動小學生的學習積極性，使其能長時間關注項目學習，主動思考，產生學習的深度需求。因此，小學科學教師應根據真實情境設計、發布項目任務，切實激發學生的探究學習欲望，并以真實情境去引導學生聯系生活經驗，積極思考，遷移其他學科的關聯性知識，一并用來解決項目學習中遇到的問題。這就是“立學課堂”倡導的將學生放在“課堂的中央”，使學生在“學中立”。

在“制作秋天的最后一支雪糕”項目探究中，學生雖然喜歡吃各式各樣的雪糕，但是很少有人親自參與制作過雪糕，缺少動手制作的生活經歷。為了讓學生成為科學課堂的主人，我設計創設了真實的生活情境：展示豐富多彩的雪糕圖片，引發學生情感的共鳴，讓學生說出自己最喜歡吃的雪糕口味，由此觸發本課的項目探究：如何制作雪糕？制作雪糕需要哪些材料？制作雪糕最關鍵的條件是什么？

項目的開設貼近學生的生活實際，討論的問題能激發學生主動探究的欲望。這幾個問題可引導學生初步思考：在沒有冰箱這一硬件設施的前提下，如何在科學課上制造出較低的溫度，探究制作雪糕的可行性。大多數小學生雖然并未制作過雪糕，但是對溫度的感受是比較直接的，學生首先提出了制作雪糕最關鍵的條件是需要較低的溫度。他們說出了很多制造較低溫度的方法：干冰降溫、液氮降溫、冷庫降溫等等。而此時我讓他們觀察教室四周，能不能發現他們需要的制冷設備，很顯然學生找不到。

有制作雪糕的需求，但是又不給學生提供制冷的設備，學生陷入認知瓶頸。此時我拿出生活中最普通的碎冰，讓他們討論能不能用冰塊降溫來制作雪糕。冰塊的溫度很低，絕大多數學生認為應該可以為制作雪糕創設適宜的溫度條件。在充分討論的基礎上，學生分組進行制作雪糕的初步嘗試。學生按照自己設計的實驗來選擇實驗器材，進行分組實驗。我則饒有興趣地加入他們的隊伍，和他們一起觀察，聽取每一小組的不同見解。初步嘗試結束，我請小組派出代表到前面來匯報，學生踴躍述說著自己觀察到的實驗現象，并且一致肯定冰塊雖然能降低溫度，但是這個溫度只能降到0 攝氏度左右，不能使雪糕溶液凝固。所以學生初次嘗試制作雪糕宣告失敗。

在創設真實情境時，小學科學教師要尊重學生的認知經驗，不能想當然地提出脫離學生認知水平的問題，否則難以順利發布項目任務，不利于構建“立學課堂”。在學生初步嘗試的過程中，他們討論得出的實驗方案、觀察到的實驗現象、得到的實驗結果，包括遇到的實際問題，都是屬于他們自己的，他們就站在課堂的“中心”，是課堂真正的主人。

二、組織學生參與項目分析活動，設計項目實施方案

在開展項目操作活動之前，小學生應圍繞項目主題設計探究方案，在項目學習單中寫明解決問題的方式方法，并在此過程中將科學、數學、技術與工程知識整合為一體，遷移各學科知識中有利于完成項目任務的關鍵知識，從而真正成為學習的主人，在項目實踐中立學。為此，待學生順利進入真實的問題情境后，小學科學教師便可督促學生參與項目分析活動，使得學生能以小組合作的形式共同探究操作原理、設計項目實施計劃，切實優化學生的探究行為，引導學生發現問題、解決問題。

在“制作秋天的最后一支雪糕”項目探究中，學生要用溫度計測量裝有冰塊的燒杯內部的溫度，以此來驗證冰塊能否制造出較低的溫度。在此期間，他們以小組為單位，由小組長領取項目學習單、實驗用品，在小組內觀察燒杯外壁所產生的變化，填寫項目學習單，記錄實驗觀察結論。這時，我發出疑問：“不銹鋼杯子的外壁出現了小水珠，這個水珠從何而來？你覺得這個小水珠與生活中的什么比較相似？你能找出它們之間有哪些相似之處？”通過這一系列問題的回答，學生發現他們竟然制造出了生活中的小露珠。這些露珠是他們自己做出來了，所以他們能很輕松地描述出小露珠是空氣中的水蒸氣遇冷凝結而成的，根本不需要教師再三去講述原理、再三去強化記憶。這樣得到的知識是牢固的，是構建的。

學生正確認識了“露”形成的原因，但是他們制作雪糕的項目實踐卻遇到了困難。是知難而退還是迎難而上呢？學生全部選擇迎難而上。面對困難，毫不退卻，堅持到底，這種科學探究精神展現出了“立學課堂”的“立人”本質。

如何制造出更低的溫度是項目實施過程中遇到的最大難題。為了啟發學生的思維，我播放了一個“下雪不冷化雪冷”的小視頻，并由此引導學生自主探究出加速冰塊融化以獲取更低溫度的項目原理。憑借前期的實驗觀察與論證經驗，本班學生認為，使用大量的冰塊，并且讓冰塊快速融化可以讓室內溫度變得更低。一波三折的課堂、曲折坎坷的探究道路，讓學生感受到學習的艱辛與挑戰，更讓他們感受到戰勝困難的喜悅與自豪。

三、通過科學實驗落實項目操作，生成項目探究成果

通過小組合作分析項目實施計劃，讓科學的思維碰撞出火花，確定解決問題的一般思路，可以讓學生的邏輯思維變得更加清晰、探究計劃變得更加可行。而在這一階段中，小學科學教師要提供良好的動手實踐環境，使得學習小組能積極參與科學實驗，論證項目猜想，自主解決項目探究問題，從而順利生成項目探究成果。待各小組完成項目實驗論證任務后，以小組為單位在科學課上展示項目成果，講解項目探究步驟與具體操作方法，將研討、匯報的活動結合起來，切實實現“立學課堂”改革，為提升學生的科學認知能力做好充足準備。

在“制作秋天的最后一支雪糕”項目探究中，本班學生憑借自己的生活經驗猜測，在冰塊中加入鹽可以加快冰塊的融化速度，而這一猜想是在實際生活中通過閱讀得到的。為了讓各小組驗證這一科學猜想，驗證加速溶解后能不能得到更低的溫度，我給各小組準備了鹽、冰塊、電子溫度計。學生擦拭燒杯外壁的水珠，將鹽加入裝有冰塊的燒杯中并攪拌，使用溫度計測量燒杯內部的溫度，觀察燒杯外壁的變化，在項目學習單中填寫具體步驟、每一個步驟所產生的實驗現象。

正是因為STEM 項目式學習注重學生的動手操作探究，所以學生才能借助實驗檢驗自己的猜想，從而獲得最真實的科學體驗。這就是南通市“立學課堂”所倡導的課堂表現形式。隨后各小組在班級內展現實驗探究成果，匯報學生神態大方、自信，語言描述準確、到位，他們就是這一節科學課上最亮的“仔”。

在描述實驗現象的過程中，學生說到了燒杯外壁生成了白色冰晶，自然而然，學生就聯想到這個冰晶和生活中的白霜比較相似。城市的學生看到白霜的機會很少，而實驗室里面，他們和白霜零距離接觸。通過圖片的對比，善于觀察的學生一下子就發現了杯子外壁的冰晶和大自然白霜的相似之處，在實驗的過程中，他們敏銳地推測出大自然白霜形成的原因。這就是知識的運用和遷移，這就是高效的“立學課堂”。

接下來，便是本次項目探究的“重頭戲”，即各小組要親自制作雪糕，將雪糕溶液注入模具，將模具放入加了鹽、冰塊的燒杯中，最終成功做出了雪糕。除了展現項目學習單、項目成品之外，學生還可欣賞自己制作的各式雪糕，切實激發了學生的學習積極性，使其感受到科學的神奇魅力。接下來，學習小組總結“露和霜”形成的相同和不同之處，從形象的科學實驗中歸納出抽象的科學原理，這就是“立學課堂”注重的科學知識構建過程。

四、進行項目總結與拓展，讓科學回歸生活

科學來源于生活又服務于生活，科學知識在生活中的應用十分廣泛。在本次項目式探究活動中，學生運用科學知識制作出了美味的雪糕。這個項目基于真實的生活情境展開，歷經了科學的探究過程，又回歸于生活。

在項目總結環節，我讓學生把目光從課堂延伸到生活之中，列舉了印度小哥制作雪糕賺錢的小案例，引導學生核算項目成本、售賣雪糕的利潤空間等，使得學生將科學與數學知識結合起來，并且從課堂學習回歸現實生活。

學生在項目核算中了解了材料價格，了解了制作成本，核算得到這個項目的毛利情況，再進一步核算人工成本，從而了解社會生活現狀，體會到生活的艱辛與不易。科學課堂和遙遠的生活實際其實有著千絲萬縷的聯系，科學“立學課堂”讓學生的學習更貼近生活。

總而言之，STEM 教育理念追求的是提高學生利用各學科知識解決現實問題的能力，并且使得學生具備創新素養、實踐素養與學習素養，真正為學生的終身發展做準備。為此，小學科學教師應在STEM 教育理念的引領下構建“立學課堂”，使得學生能以自主姿態參與項目設計與分析論證活動，切實提高學生的科學探究與動手創新能力，促使學生樹立正確的探究意識，優化學生的思維品質，促進學生良好科學素養的形成與發展。