依托STEM 教育理念提升學生科學探究能力

☉俞 菲

伴隨著新課改的深入發展，作為小學科學教師，要與時俱進創新教學手法，在科學課堂中融匯STEM 教育理念，來提升學生的科學素養，塑造豐富、高效的科學課堂，實現教學實踐的重組。基于STEM 這一綜合性強、實踐度高、跨學科的教育理念，本文將就如何提升小學科學教學的效能提出相應策略，以此來有效培養學生的科學探索熱情和問題探究解決能力。

一、創設生動化場景，讓學生融入課堂

（一）通過有效提問，設立情景，引導學生融入課堂

STEM 教育理念作為綜合性的融合理念，是包含問題情境的，這就需要教師在科學課堂進行教育實踐時，要通過策略性的提問創設問題情境，讓學生層層投入到問題情境之中，一步步引導學生發現問題、解決問題，讓學生擁有真切感受，體驗到科學學習和實踐帶來的成就感和多種樂趣，激發學生的學習欲望和對科學知識的探究欲，培養學生的科學探究能力和科學實踐活動能力，讓其更有主動性地投入到課堂之中，使整個課堂達到最大化、最高質教學效能。設計具有價值的問題，促使學生進行跨現象的聯動。例如在學習科教版五年級上冊《光是怎樣傳播的》這一課時，本來的實驗是三張紙上面的小孔在一條直線上才能看到物體，還有就是紙管的彎曲度會影響觀察結果。這些現象來佐證光是沿直線傳播這一觀點，教師就可以通過提問引導學生親自見證光是不是沿直線傳播的。教師可以通過提問“通過什么辦法可以看到光的傳播路線”來讓學生思考，最終得出在粉塵多的環境可以看到光傳播路線的結論。之后，再提出更深層次的問題，就是把原來學習過的溶解概念引入，如果把可溶解的顆粒變成顆粒，那么當光穿過這些顆粒的時候，還能不能看到直線的光呢，之后就交給學生進行推理、論證、實驗、檢驗。通過這樣的方式，能夠訓練學生的創新思維，擴充學生的知識版圖。

（二）教學策略靈活化，注重情景化教學

小學科學學科的教學本質就是教師引導學生發現、探索、解決科學問題的一個過程，在這個過程中，教師要建立起一個培養學生自主進行科學探究和投入科學實踐活動的有效途徑。例如在開展科教版四年級上冊《我們關心的天氣》這節課的時候，就可以在課堂導入環節中，向學生提出系列問題：“各位同學請看，我們今天天氣是什么樣的呢？”“你們看天氣預報時，都看到有哪些天氣呢？”“你最喜歡哪種天氣呢？”“你最喜歡在什么樣的天氣做什么事情呢？”這些問題就為學生創設了一些生活化的場景，讓學生輕松地進入課堂思考。之后，再拿出天氣符號的圖卡，讓學生看看知道哪些，并分析符號設計的來源。接著，再讓學生思考討論不同天氣對我們的生活造成了什么樣的影響，帶來了什么好處和壞處。在學生思考的同時，再從云層、降雨、氣溫、風這些方面來闡釋分析，讓學生掌握基本的天氣現象，對天氣符號有所認知。這樣就比照本宣科的教學更能達到教學目標，得到更佳的教學效果。［1］

（三）把握學生心理，引導學生論述

STEM 教育理念注重培養學生的科學素養，要讓學生始終保持提問的積極性，培養其善于解決問題的熱情，具備相應的能力。小學階段的學生對新鮮事物充滿了好奇心，有很強的求知欲，因此教師在教學過程中要抓準學生這一心理特征，鼓勵學生表達看法，培養學生的推斷能力和綜述能力。例如在學習科教版三年級上冊《水和食用油的比較》這一課時，教師可以請學生對食用油、純凈水進行外觀觀察，從兩者的形態、性能、應用場景進行闡述。學生一般會從兩者顏色、用途來說。在學生對其有基本的認知后，教師從科學的角度出發來解釋兩者的區別，如水是自然水質，主要是由自然環境處理；食用油則是人工從原材料中進行榨取提煉而來。在學習科教版三年級上冊《我們周圍的空氣》這一課時，教師可以對空氣成分進行測定，讓學生簡述空氣成分，再探討空氣存在的意義和大氣層的功能。在學生回答氧氣、氫氣、二氧化碳等常規答案后，告訴學生人體吸入氧氣，呼出二氧化碳，而植物的光合作用則是吸入二氧化碳呼出氧氣等等。這個過程中教師根據教學內容鼓勵學生根據看到的現象表達推測并進行概述，激發學生的學習興趣和表達欲望，同時感受到科學的強大。

二、開展多元化教學，提升課堂高效能

（一）創新多元教學，提升教學質量

STEM 教育理念注重各個學科之間的橫向關聯，如果缺乏各學科知識的融合，疏于學科能力的發展，學生通過學習知識探究構建知識體系的進程就只能局限在紙上談兵階段。教師在教學過程要注意對課堂進行優化和升級，讓教學變得更加具有高效性、實效性。教師基于STEM 教育理念開展教學時，更要注重使用豐富的教學手段來培養學生的綜合認知能力，并得到全方面的培養和提高。例如在學習科教版四年級下冊《點亮小燈泡》這一課時，首先在課堂導入時采用多媒體教學法，給學生展示各式各樣的小燈泡的圖片導入到課堂之中；然后，提問學生這些燈泡是否好看明亮，讓他們知道好看是因為點亮起到的效果，他們是否想知道燈泡為什么會亮。這樣喚起學生的好奇心后，引入課堂教學內容，并配備燈泡實驗的材料，讓他們看清組成燈泡的零件是什么，注意力集中到為什么一些小零件能夠亮光。之后，教師向學生剖析小燈泡的結構，并請學生拿起彩筆將燈泡的樣子和內部的組成結構畫出來或是繪制自己心中最美麗的小燈泡。待學生知識掌握較好后，可以組織學生分組進行燈泡演示實驗，進而實現學生多方面全方位技能的鍛煉和提高。在課堂上，可以讓學生進行分組合作，讓學生互相討論，各自展現掌握的知識，實現知識共享互補，也使得課堂更加生動有趣，培養學生的創新和實踐能力，并使學生有課堂參與感和融入感。

（二）運用直觀有效表達方式，幫助學生認知科學問題

STEM 教育要求運用數學、技術、設計等手段進行學習和整合并解決實際科學問題，這能讓學生在發展融合其他學科能力的同時，為科學學習提供助力。例如在學習科教版三年級上冊《哪種材料硬》這一課時，課本中是用木片、卡紙、鐵釘和塑料尺互相刻畫然后比較劃痕，之后根據實驗結果來比較物體軟硬程度，然后填寫數學統計表。在開展這節課的教學時，可以運用STEM教育理念來重新進行這一環節，讓學生能夠擁有一種更加直觀的方式，真切感受實驗結果。教師以此為切入點，在學生完成實驗后上臺匯報結果，讓大家對各種物體的硬度進行排序。而在闡釋這樣排序的理由感覺困難時，共同設計制作更一目了然的數學統計表格，讓大家再次加強對所學知識的學習，并能夠以更加有條理的方式來表達。這是對教學內容的一種有效豐富和擴充，也是學科間的有機整合，在提升科學實踐活動開展效果的同時還發掘了學生其他學科的應用能力，對學習知識進行了有深度有層次的挖掘。運用直觀式的教學表達方式，同時對教材內容進行拓展深化，將STEM 教育理念作為融合其他學科知識技能的橋梁，讓學生可以綜合運用多學科知識，這對學生綜合素養的發展、科學實踐能力的提升和創新精神的培養等都起到了積極的作用。［2］

（三）融入STEM 教育理念活動，改變課堂結構

因為STEM 教育理念對小學科學課堂教學策略的改變，科學課從理論知識的側重開始傾向于實踐能力與知識探究并行，兩者相輔相成、共同促進。因此，在教學活動要注意保證知識探究的系統性，還要注重學生實踐能力的培養，讓學生能夠學以致用，保持遞進的知識探索欲望，提高學生的學習積極性和知識的應用能力。例如在學習科教版三年級上冊《空氣占據空間嗎》這一課時，教材中是以烏鴉喝水的故事進行導課的，讓學生自主思考在瓶子里面裝入一些水之后，使用幾根吸管以及一塊橡皮，能不能在不傾斜瓶子的前提下，利用空氣將水從瓶子里壓出來。在得到結果后，再用下一個實驗對其進行驗證，就是在一個杯子的杯底放入一團衛生紙，然后把杯子豎著放進水里，提問學生這時這團衛生紙是否會被水打濕，以及為什么。在STEM 教育理念下，應該基于此加入實踐環節，對課堂教學結構進行調整，在烏鴉喝水的故事導入課堂后，對學生強化空間等關鍵詞的概念，然后完成杯子衛生紙實驗。這時進行思維延伸，試問這時在杯底打上一個洞結果會有什么變化，有什么現象發生，讓學生更進一步來進行猜測推斷，通過思考和實踐來驗證自己的想法，通過討論和設計完成用空氣擠走水的實驗的構想。整個教學過程都以學生主動性為基準，讓科學研究不再嚴肅枯燥，實驗完成率很高，讓科學探究更具有效能保障，達到融合的良好效果。

三、加強自主化實踐，發現并解決問題

（一）完成作品制作，提升科學熱愛

小學階段的學生正處于愛思考、勤動手的時期，如果在科學學習的過程中實踐的需求得不到滿足，學生的綜合運用知識能力就會較低。基于STEM 教育理念，在學習科學知識的基礎上，還需通過實踐活動提高科學活動動手實踐能力。例如在學習科教版小學五年級上冊《運動和力》章節時，則可以組織學生在學習科學理論知識的同時，進行《設計制作小賽車》的教學實踐活動，找準契合學生興趣這一點，并在STEM教育理念的全程指引下完成小賽車的整個設計制作進程，讓學生在實踐中切實感受到運動和力的奧妙，體驗科學的奇妙之處。教師帶領學生進行材料準備，熟悉需要用到的工具的使用方法，再一起制定修改設計方案，一致確認后再進行草圖繪制，然后再進行作品的制作與展示，讓學生感受科學奧妙，熱愛科學。首先，播放賽車的比賽視頻和圖片，向學生提問賽車的設計特點，并引導學生提起擁有自己制作的小賽車的熱情，再引出課堂內容即設計制作小賽車。其次，由學生觀察、提問、交流、探討、匯報，大家分享各自觀察所得和知識儲備，輪胎應該如何設計防滑，車身如何設計才能在車輛行駛中更加平穩等等。最后，學生各自分組確立設計方案，領取制作材料進行制作，再完成各組之間進行賽車比賽。這個活動全程以STEM教育理念為引導，學生能保持極大的參與熱情，課堂創新實踐氛圍濃厚，學習主動性強，開展分組研討，實現互動互補，團體合作解決問題的能力提高。［3］

（二）加強課堂訓練，提升課堂效率

課堂訓練是鞏固課堂學習知識的有效手段，能夠有效培養學生的學習探究能力，也是學生實踐能力的集中體現。要融入STEM教育理念來完善一堂科學課的訓練，就要創立更加有效的課堂訓練來促進學生對所學科學知識有更深入的接收和掌握，進而保障課堂訓練的質量。訓練的手法是多樣的，如實踐操作、科學場景演繹、走訪大自然、科學數據統計與分析、科學場景實地探訪等等，不僅可以拓寬學生橫向的學科知識面，也有利于學生科學綜合素能的提升和自身綜合素質的塑立。例如在學習科教版六年級上冊《多種多樣的植物》這一課的時候，為了讓學生能夠更加直觀真切地觀察和記錄到各種類型植物變化，可以開展一些實體考察活動，讓學生真正面對真實的植物，并引導學生在活動前通過查閱百科書籍或者網站，了解不同植物的生長發育情況，并進行記錄備注，然后帶領學生前往植物種植基地，由種植負責人傳授真實的植物種植經驗和生長情況記錄講解。之后，再把種子分發到學生手中，按照學到的科學種植方法進行種植，定期進行生長記錄登記。通過這種實踐實地的方式，融合了多個學科的知識點為一體，讓學生的綜合能力得到切實提高。［4］

總之，STEM 教育理念與小學科學教學兩者融會貫通、相輔相成，一個作為理論基礎，一個運用于實踐，在培養學生科學知識和技能的基礎上，共同促進科學教學設計模式的創新與完善，激發了學生學習科學的興趣，提高了學生課堂學習效率，促進了學生的科學素養和綜合素質全面發展。