基于STEM教育視野下的小學科學課堂的跨學科融合

江蘇省張家港市實驗小學 王 玲

STEM教育最早提出自美國，強調學科之間的交叉融合，建立起科學的思維模式，對創新能力有更多的培養。當下，STEM教育在小學教育界很流行，成為學生學習的良好輔助。作為一門基礎性學科，在小學科學教學中融合STEM教育開發更多的實驗課程和項目實踐課程，可以發展學生的思維能力，跨越學科的學習方式更能激發其科學興趣，促進學生的全面發展。下面，本文就如何實現STEM教育與小學科學的融合做出分析和探討，以期能通過實踐課例充分認識并運用好STEM新型教育理念，更好地適應學生的發展。

一、有的放矢，STEM教育和小學科學課程的特點分析

1.STEM教育特點分析。

STEM教育，是Science（科學）、Technology（技 術）、Engineering（工程）、Mat hemat ics（數學）四個詞的首字母縮寫，故名思議，STEM集上述于一體，是一種綜合教育，目的是能夠發展學生的綜合能力。在學習過程中，它強調學科之間的交叉融合，關注學生理工科思維的提升，和傳統的課堂相比，STEM能給學生充足的時間，避免了學生對創造力的束縛，更加適應學生的發展，在運用綜合能力分析和解決問題的過程中實現融合性的認知，促進學生的全面發展。

2.小學科學課程的特點。

小學科學課程源自“自然課”，是一門實踐性課程，蘊含著生命科學、物理科學、地球與宇宙科學、技術和工程四大方面，意在發展學生的科學意識和科學素質。在現代課程改革之后，填鴨式和灌輸式教學已逐漸被摒棄，知識涵蓋面比較廣的科學課程延伸到學生的探究，枯燥的常識和原理在靈活多變的教學方式中變得多姿多彩。總體而言，小學階段的科學啟蒙教育有如下特點：

（1）人人都能學的科學。小學科學課程為的是能夠讓學生獲得良好的科學教育，要面向全體學生，使每位學生都能獲得公平的學習機會，人人可以做積極的思考，發展學生科學潛能的同時，適應學生的個性發展需要。

（2）以生活中的科學為邏輯起點。基于學生已有的生活經驗和兒童認知特點，體現科學課程的生活情景化教學，使學生在熟悉的情景中了解科學與生活的關系，體會科學源于生活、用于生活，逐步學會運用所學的科學知識去分析和解決生活中的一些實際問題。

（3）以科學探究為最為重要的學習方式。作為學生學習的支持者和引導者，教師應根據教學目標和內容，引導學生親歷科學探究的過程，不同的教學方式與策略，有利于保護學生的好奇心，獲得最佳的學習結果。

（4）科學課程具有開放性。廣泛存在于學校、家庭、社會、大自然、網絡和各種媒體中的多種資源，給教師和學生提供了更多選擇的機會和創造的空間，滿足不同經驗背景的學生學習科學的需要。

3.兩者的共性研究。

現代課程改革要求關注學生的實踐與創新能力。小學科學課程，學生的科學學習方法和科學態度需要進行多方向的培養，滿足不同差異性背景下的學生學習需求，培養學生勇于探究的精神，最大限度地開啟學生頭腦思維。這就需要教師按照現行的教材或課程資源，融合科學和多個學科，從科學課程本身出發實現學科融合的最終目標，促進學生綜合素養的進步和提升。可以說，小學科學課程其實也是一門整合的學科，這些與STEM非常一致。

二、聚焦主題，STEM與小學科學研究融合的價值分析

1.以項目為途徑，發展學生的思維能力和創造能力。

自新一輪基礎教育課程改革，小學科學教師也正經歷了從科學知識—科學教學方法—科學態度的轉變。小學科學課程是學習“四位一體”的科學，跨學科，綜合性極強，有很多探究性的教學內容，更加關注學生的思維能力。STEM教育有著較強的綜合整理能力，將小學科學與STEM融合之后，能為學生提供更多的參與科學實驗與探究的機會，既能彌補學科中的一些短板，實現科學課程深層次改革，也能讓學科進行整合。探究性學習、拓展性學習的方式是動態的，學生的動手能力、學習能力與創造性得到了鍛煉，這與新課程改革的需要相吻合。

2.以跨學科為核心，促進學生學科體驗式的成長。

在現階段的教育體系當中，STEM教學模式正逐漸受到重視，其應用價值逐步凸顯，但在我國，STEM教育興起較晚，仍屬一個新的課題。小學階段是學生發展認知的關鍵時期，而STEM教學模式能夠突出學科整合的特點，增強學生的知識學習力，培育學生綜合運用多學科知識去分析和解決問題的意識與能力，注重過程的提升，學生在自我探究中完成科學教學活動，不斷地提升自我認知，在聯合多個學科的過程中建立起不同的思維，在發展學生的知識遷移能力的過程中感受不同知識學科的學習，促進學生學科體驗式的成長。

3.以新技術為支撐，激發學生科學興趣與團隊協調力。

STEM教學模式實現跨學科整合，使課堂教學更貼近生活，鼓勵學生能夠積極參與，在這樣的過程中，學生會加強互動，動手操作，綜合運用多學科知識，使整個課堂更具活力、生機與特色，在體現科學學科獨特魅力的同時，也讓學生感受到了不一樣的學習體驗，大大激發了學生的科學興趣。例如，鉆木取火的實驗，在實施的過程中，教師可以提供新實驗、新設備，有些教師也會把STEM和學科游戲相結合，使學生的學習熱情得到高漲。設計鉆木取火的實驗時，可以小組合作的形式開展，促進學生之間的交流，開展相關的分析與論證，尋找問題的解決途徑，從而了解到火花產生的條件和鉆木取火的原理。以技術為橋梁，融入有趣的生活問題，結合實驗步驟代入實驗原理，這樣的過程充滿了趣味性，增強了學生的探究欲望，關注新技術及其實踐應用，在不知不覺中讓學生創造更多的成就。

三、深層多維，STEM思想在小學科學教學中的融合運用

在小學科學教學活動中，STEM的融合運用能擺脫傳統教學的限制，以問題或以項目為途徑切入教學，采用綜合知識解決問題，為學生搭建適宜學生學習、成長的教學方案，為教學帶來更多的可能，更好地促進學生的成長。

1.設計有挑戰的實驗，促進學生跨物質思考。

教材是教學的重要參考，但高效的課堂不能照本宣科，而是需要教師根據教學內容及學生特點，靈活改編調整、優化處理，既要使原教材應有的效益不減，又要實現創新的增值有效，做到“用教材教，而不是教教材”。

例如，五年級上冊“土壤中有什么”一課，在談話導入、成功吸引學生注意力之后，教師可以順勢引導學生通過直覺、想象等創新方法假設性地說一說土壤中有哪些東西，再讓學生在學習小組內用自主實驗的方式驗證自己的猜想，這對五年級的學生來說非常具有挑戰性。作為學生自主實驗的引導者、支持者，教師應引導學生在組內制定觀察活動計劃，結合四年級時所學的“檢驗食物營養”的知識內容，通過類比的方法與所要解決的問題建立關聯，大膽進行推理。通過對土壤的觀察，學生得出了這樣的猜想：“食物中最重要的營養——蛋白質是用火燒的方法進行檢驗的，會發出刺鼻的氣味。動物身體的主要組成物質就是蛋白質，土壤中黑色的營養成分是動植物腐爛后形成的，所以土壤中的黑色物質有可能就是蛋白質變成的，是同一種營養以不同的形態存在。如果真是這樣的話，用火燒的方法就能檢測。”正是在教師這樣有意義的引導下，學生用聯想、推理的創新思維方法得出了令人“驚訝”的結論。在后來的實踐檢測中，學生利用火燒的方法驗證了腐殖質的確會發出刺鼻的氣味，不僅能使觀察實驗更加有序、高效，避免了枯燥的說教，更能發展學生的創新思維。

STEM教育理念的融入，保證了科學探究的有效性，同時又能以更寬闊的視野對教材進行剖析與挖掘，兼顧工程實踐的創新性，更好地實現了對學生情感、態度、價值觀的培養。

2.設計有價值的問題，促學生跨現象聯系。

思維因問題而深入，有效的提問，能激發學生善于思考、主動探究。跨學科學習的方式，為提問創設條件，教師要善于利用問題為學生確立探究的動因和目標，促進學生跨現象聯系，并帶著問題去探索，千方百計去論證和檢驗，培養自主探究的思維品質和科學素養。

以《光是怎樣傳播的》一課的教學為例，教科書上的實驗是通過“3張紙上的小孔在1條直線上才能看見物體”和“紙管的彎直對觀察的影響”驗證光的傳播路線。在此基礎上，教師還可以設計更有探究性的問題，讓學生用證據去證明“光是沿直線行走”。“耳聽為虛，眼見為實”，學生通過創設粉塵的環境，親眼看見光是沿直線行走，以實驗對結論進行驗證。因勢利導，引導學生對此現象進行分析：“光本是看不到的，但照在呈分散狀的小顆粒物體上我們可以從受光照的物體感受光的傳播路線。”隨即，教師提出更深層的問題：“粉塵是顆粒，我們原來學過的溶解是把可溶解顆粒變成微粒，當光穿過這些微粒時能不能看到直線的光？”接下來的時間交給學生進行先推理論證，再實踐檢驗。

上述教學中，以問題解決為導向，對學生提出了更高的要求。通過實驗中的現象分析對學生的創新思維和創造能力實現了多維度和深層次的訓練。通過跨現象聯系，學生發散思維被激活，課堂也因此而變得精彩紛呈。

3.善用思維工具，促學生多角度思維。

不是所有的教材內容都適合對學生進行創新思維的培養，而需要教師能夠根據創新思維形式的特點，結合科學教材“大單元、雙螺旋”的編排體系，基于課標對教材進行挖掘：具有縱向知識聯系的；具有橫向知識類比性的。結合社會現實情況，進行創新改進，引導學生多角度進行問題分析，提高學生的科學核心素養。

例如，六年級下冊科學第八課《環境問題和我們的行動》，本課的重點是加深學生對環境問題的理解，增強環境保護意識，課中沒有任何實驗。但是，只要設計得合理，教學用的錄像、照片及資料同樣能創設多角度思考問題的機會，成為發展學生創新思維的資源。譬如，教師可以把學習活動重新整合、優化成如下兩個部分：

第一部分：羅列出影響地球環境的不利事件，借用維恩圖，可以找出人類的生存與需求是造成環境被破壞的最大因素。這一過程可以通過圖表對學生的邏輯思維與逆向思維進行訓練。

第二部分：教師引導學生多角度看待環境問題，將學生分成思考方向不同的小組進行策略探討，然后在全班交流分享，再通過組際合作得到一個基于綜合考慮的倡議。

適當調整、改編、拓展教材內容后，不僅能使學生學習得輕松有趣，更能培養學生想象、關聯、逆向等思維能力，使學生的學習由被動到主動，順利地達成了教學目標，這也正是STEM的重要目標之一。

4.創設原點思考機會，促學生逆向思維。

原點思考，就是讓學生站在問題產生的最初時、空、地進行問題關鍵的找尋，進行解決問題關鍵的思考。這是科學發現與創新創造的源頭，也是知識與能力底層構建的出發點。

比如，在講解托盤天平的使用時，大多是教師以定律的方法讓學生接受“左物右碼”的放置規律，而這樣的做法恰恰讓學生錯失了可以站在原點思考的機會。教學中，教師不妨讓學生自己動手探究：為什么要“左物右碼”？帶著這樣的疑惑，讓學生去驗證“只有游碼可用時，把物體放在右邊的托盤根本沒辦法進行重量的稱取（同向）”。通過實驗過程得出的結論，遠遠比死記硬背更容易理解和記憶，同時，訓練了學生的逆向思維能力，學生的設計與創新能力也在有效的實驗過程中得到了進一步的發展。

融入STEM教育理念，使學生經歷和體驗教材內容以外的知識，在充滿趣味的學習氛圍中豐富學生對生活事物的經驗認知，呈現有效的、高質量的學習，自然而然地掌握學科知識。

總之，小學科學教學整合STEM課程在大力呼喚素質教育的今天可謂勢在必行，但它不是簡單的結合，而是需要教師在真正理解STEM教育精髓的基礎上，把眾多孤立學科的相關內容整合成一個互相聯系的統一的整體，從而引導學生能夠綜合運用知識去解決一個實際問題，這是一個新的學習平臺，是一種跨學科的體驗。教師應充分認識并運用好STEM新型教育理念，完美地融入科學課堂中。跨越學科的學習方式，使學生的創新能力、合作能力及綜合應用能力在更多的拓展中得到有效發展。