STEM項目課程的開發與實施

高先峰

〔摘? ? 要〕STEM教育理念的宗旨是培養學生的理工素養，提高學生的創新創造和合作能力。教師可以進行小學科學STEM項目的驗證型、探究型、創造型和框架型開發，并通過構建良好學習環境、開展科學主題活動和打造特色科學課堂付諸實施。可以結合小學階段科學課程特點，開發STEM項目課程，使STEM項目與小學科學教學有機融合，讓學生的科學素養得到全面提升。

〔關鍵詞〕? 小學科學；課程開發；STEM項目；實施策略

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 19-0055-03

STEM教育是當下比較熱門的話題，其中“S”代表科學，“T”代表技術，“E”代表工程，“M”代表數學，其特征是通過知識的融合，提高學生的科學素養、技術素養、工程素養和數學素養，將學生培養成面向未來科學技術競爭的創新型復合型人才。STEM教育理念最早在美國推出，研究表明，STEM教育有助于教師培養學生的科學探究能力、創新能力、解決問題和溝通的能力。當今時代，經濟社會發展對科學、技術、工程、數學人才的需求迫切，我國教育領域也開展了一系列探索，開發小學科學STEM項目課程，踐行STEM教育理念。在實際教學中，以實踐化、情境化以及綜合性的形式，開展豐富多樣的小學科學教學活動，小學生的知識視野得以拓寬，同時也激發了學生的學習興趣，提高學生的互動交流能力，促進了學生科學素養的全面提升。

一、小學STEM項目存在的問題

（一）教師對STEM教育的內涵不了解

STEM教育最初是美國提出的一種教育理念，之后變成科技教育中最重要的國際分支之一，以新興教育實踐和研究實驗室為主要的教育環境，以科學、技術、工程和數學為承載。然而在我國，STEM教育仍然是一項嘗試，多數教師知其然而不知其所以然，教師也容易將其與學生手工制作等項目產生混淆。然而，這些課程并不包含科學設計的元素，也不符合STEM教育的本質，仍然屬于傳統科學課程的范疇。

（二） 小學科學STEM教學的偏差

STEM教育是一種以問題為導向的教學設計，有效結合了科學、技術、工程和數學四個要素，使學生能夠自主探索和解決問題，激發學生的學習興趣，培養學生的科研能力和創新意識。然而，在實踐中，這種基于項目的調查總是從教師開始，以相同的結論結束。這不符合STEM教育的目的，即讓學生自主研究和解決問題。

二、小學STEM項目課程的開發

（一） 驗證型課程

2022年，中華人民共和國教育部頒發新版《義務教育科學課程標準》，標準設置了13個學科核心概念，其中“技術、工程與社會”“工程設計與物化”兩個核心概念的學習內容是科學、技術和工程。因此，教師可以基于上述標準，設計出綜合和成熟的STEM項目課程。首先，教師應根據課程規定的學習目標，確定課堂上要處理的實驗探究、制作、項目研究等學習活動。其次，教師要認真準備課堂評估和具體行動計劃以及審查教學重點。例如，依據STEM教育理念制訂的“生物的啟示”驗證方案應包括以下步驟：其一，確定一個學習任務，教師向學生測試正六棱柱的抗壓能力。其二，制訂一個課程計劃，教師根據計劃內容，并準備好教具（如砝碼、A4紙、塑料平板等）。其三，在課堂上與學生進行互動，鼓勵學生積極參與學習過程，教師與學生討論并評估該計劃，以確保其準確性和有效性。其四，對計劃的實施過程的有效性進行監測。其五，教師對這一過程進行長期評估，共同反思，加深學生對內容的理解，修改和完善實驗方案，并與學生討論和分析過程中的關鍵因素。

（二） 探究型課程

在小學科學課程中運用調查法教學時，教師應引導學生識別和解釋課程中的未知現象，并進行數據搜集和分析，讓學生能夠在此基礎上正確解釋結果。教師應評估學生探究過程的所有階段，包括選題、想法的產生、提問、數據搜集、問題分析、策略制定、合作整合、創造過程、反思和綜合、展示、分享和交流。例如，關于空氣污染的STEM課程可以基于以下學習階段來開發。其一，為了幫助學生理解和概念化空氣質量指標，教師可以創建圖形圖表，幫助學生了解空氣質量的監測及其作用，并鼓勵學生通過不斷研究，了解空氣污染的來源。其二，讓學生了解溫室效應，并動手創建了一個模型來解釋它。其三，教師通過與學生討論和互動，探討全球臭氧層消耗的原因和后果，并討論解決這一問題的有效措施。其四，調查室內空氣污染的來源，以確定和探索有效的預防措施。其五，教師可以利用空氣模型來加深學生對空氣污染控制裝置的理解，引導學生借助這些裝置，更好地理解科學問題。

（三） 創造型課程

STEM技能以科學課程為基礎，采用創新的教學模式。其教學目標是使學生能夠設計和創造一個物體，同時引導他們設計、創新和開發物體，鍛煉他們從不同角度分析、思考問題的創新性思維，以更好地理解知識概念，提出新穎的觀點和方法。例如，在新授“警報器設計”相關內容時，教學步驟如下：其一，教師給學生講一個關于報警場景的故事；其二，教師向學生講授電路設計的基本原理，由學生設計功能電路圖，教師給予相應的指導；其三，小組進行合作設計，在聽取學生匯報后，教師給予適時的引導，整合學生設計的報警電路以及設計原理；其四，讓學生完成相關測試，檢驗報警電路系統；其五，學生之間相互交流各組的設計，探討報警電路的改進方案，讓報警器更加實用；最后，大家展示各自的創新和改進的報警器，共同探討整個過程中的不足之處。這樣，就提高了學生對設計和創造新物體的認識，有效調動了學生參與STEM學習的積極性。

（四） 框架型課程

STEM課程的主要結構是將工程當作主要線路，然后在解決問題的過程結合科技知識、數學知識以及科學技術的知識構建知識體系，從而提高學生的綜合素養。學生在解決教學中的工程問題時，其整個過程就是進行STEM教學的過程。STEM教學中包含的工程是最重要的組成部分，但是教師也可以根據學生的實際能力引導學生重新對工程設計進行調整。因此，學生在解決工程問題時經常會在各個操作步驟中轉換，最后再按照原定的實際線路繼續解決，依舊在整個框架內實施。

三、小學STEM項目課程的實施

（一）營造良好學習環境

教師在STEM教學實踐中，必須結合當地的實際情況以及學生的現狀，營造良好的學習環境，讓學生在潛移默化中接受STEM教育，形成相應的科學觀念，提升學生的科學認識，讓學生科學素養得到提高。以小學科學《七色光》一課的教學為例。在導入階段，主要是白光演示激發思維導入。首先，我提問學生最喜歡什么顏色呢？為什么喜歡這個顏色？學生自由回答各種彩色。然后，我適時提出，我最喜歡白色，因為它是最復雜的顏色。由此激發學生的好奇心，彩色那么豐富，而白色那么單純，怎么會是最復雜的顏色呢？對學生的思維產生一次撞擊，沖擊了學生的前概念。接著，我通過演示實驗，讓學生親眼見到白光變成七種顏色的光，引發學生的思考：這到底是怎么回事呢？從而激發學生學習興趣。在這樣的學習環境下，我繼續創設一個模擬自然彩虹形成的學習環境，即室外實驗模擬彩虹形成。讓學生描述見過的彩虹，觀看彩虹錄像，引導學生回憶、感觸生活中很多地方也有彩虹現象。經過討論，引發學生的思考，挖掘學生對彩虹產生原因的初步認知，為后續實驗以及深入探究做好鋪墊。然后，介紹室外制造彩虹的方法，帶著學生到室外自己動手制造彩虹。這樣的方法，以最接近真實彩虹的形成方式，讓學生確實感受到了光學的奇妙，對彩虹的形成原理有了初步的、感性的認識。

（二）開展科學主題活動

在日常教學中，教師可以結合當地實際情況或者根據某些社會熱點現象，結合STEM教育理念，設計STEM項目課程，開展科學主題活動。在活動中，學生可以更好地掌握一些科學知識，提高自身的科學探究能力，提升創造能力、溝通交流能力和解決問題的能力，發展科學思維。例如，2020年新冠疫情突如其來，面對這種新型冠狀病毒，如何讓學生也能科學地參與“防疫反擊戰”？我們學校進行了STEM課程“防疫小能手”的開發，開展了STEM“防疫保護工具”科學主題活動。讓學生學習各種防疫知識與技能，對防疫用具進行探索性學習。通過各種活動體驗，讓學生“學、做、研、悟”，提升學生在真實的問題情境中解決問題的能力。3～6年級開展制作防疫裝備主題活動“防疫裝備我會做”，如防疫口罩制作活動。首先讓學生了解各種防疫口罩類型和結構，對防疫口罩進行分析與設計。在設計時，關注口罩材料，進行大膽的創新；在制作時，學生細致測量、認真裁剪，最終制作出了既美觀又實用的防疫口罩。又如自制護目鏡活動：首先讓學生了解新冠疫情的科普知識，觀看疫情相關的新聞，掌握一些基本的防疫知識，知曉護目鏡在防疫中的重要作用；然后學習護目鏡特點和功能，再通過設計、選材、動手制造，體驗制作的樂趣以及成功時的喜悅，同時明確科學防護的重要性和嚴謹性。通過開展主題活動，學生在實踐中了解與掌握了防疫裝備的特點、功能，經歷設計、選材、測量、制作等技術方法，最終制作成各自的防疫裝備，而且在制作活動中，學生不斷對各自的設計方案進行改進，既樹立了科學的防疫觀念，又培養了學生的動手實踐能力，提高了學生的科學素養。

（三）打造特色科學課堂

在小學科學教學中，運用STEM教育理念，打造特色的科學課堂。在STEM課堂上，學生的主體地位得到了充分凸顯，教師則擔任引導者、幫助者的角色。學生將多方面知識進行有效整合，運用各種技能，進行論證、設計、制作、交流。這樣，既拓展了學生的跨學科知識面，又提升了學生的認知能力，發展了學生的科學思維，促進學生科學素養的形成。以蘇教版小學科學教材《觀測星空》一課為例。教師可以通過五個環節來完成所需的教學內容：一是視頻欣賞，創設情境，導入新課；二是通過連接“北斗星”，進行第一次建模；三是通過軟件starwalk2，讓學生自主了解認識星座，形成概念；四是通過制作星座放映器進行第二次建模，建立“我的星座”；五是觀看習近平總書記與神舟飛船航天員通話的實況，拓展教學活動，激發學生的興趣。通過這一系列的活動，特別是二次建模和運用軟件觀測星空，有效打造了具有STEM特色的科學課堂，激發學生學習興趣，增長了學生跨學科知識，提升學生的科學素養。

總而言之，在小學科學中實施STEM教學，教師首先要充分掌握STEM教育的真正含義，學校要與時俱進地開發STEM項目課程，積極提倡STEM項目教學，充分彰顯新時代教育理念對科學學科教學改革創新的推動作用，構建一個和諧、平等的科學教學氛圍，為學生科學素養的全面提升而努力。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]袁軍.探究基于STEM教育視角的小學科學課例[J].小學科學（教師版），2018（3）：17.

[3]張曉芳.基于STEM教育的小學科學教學實踐探究[J].教育界（基礎教育），2019（10）：44-45.

[4]薛夢.小學科學STEM教學策略探微[J].江西教育·教海泛舟（小學教學），2019（2）：73-74.