基于STEAM教育理念下的小學科學實驗資源的開發與實踐研究

摘 要：基于STEAM教育理念開展小學科學實驗資源的開發與實踐研究，對于當前教育改革的大背景有著重要意義。STEAM教育理念集科學、技術、工程、藝術、數學多學科知識于一身，內涵豐富，極具前瞻性。對于小學科學教育，STEAM教育理念不僅能擴大學生的知識面，更能培養學生綜合運用知識解決實際問題的能力。本文對STEAM教育理念的內涵進行剖析，闡述其對小學科學教育的意義，詳細討論如何整合多學科知識，開發出豐富多樣、貼近小學生認知水平的科學實驗資源。同時，結合具體教學實踐案例，生動形象地展現如何在教學中有效地運用這些資源，切實提升學生的綜合素養與創新能力，為小學科學教育改革與發展提供極具價值的參考。

關鍵詞：教育理念；STEAM；科學素養；創新能力

一、概述

隨著時代的發展，社會對人才的需求更為多樣化，具備多學科知識和綜合實踐能力的創新型人才成為需求熱點。小學科學教育是培養學生科學素養和創新思維的重要基礎階段，單一學科的教學模式已經無法滿足現代教育的需要。STEAM教育理念強調科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）和數學（Mathematics）多學科的結合，注重學生在實踐中學習和運用知識，培養學生的綜合素養和解決實際問題的能力。將STEAM教育理念引入小學科學教育，開發與之相適應的科學實驗資源并進行實踐，對提高小學科學教育質量、促進學生全面發展有著重要的現實意義。

二、STEAM教育理念的內涵與特點

（一）內涵

STEAM教育理念并不是科學、技術、工程、藝術、數學這五大學科的簡單疊加，而是強調學科的相互關聯與深度融合。它以現實世界中的問題為導向，引導學生利用多學科知識和方法，通過設計、制作、測試等實踐活動，尋找問題的解決方案。在此過程中，學生在掌握各學科基礎知識和技能的同時，培養了學生的跨學科思維、創新能力、團隊協作能力、溝通表達能力等綜合素養。

（二）特點

打破學科界限，引導學生運用多學科知識解決復雜問題，讓學生認識到不同學科知識之間的內在聯系，形成較為完整的知識體系。注重學生的親身實踐，通過設計實驗、制作模型、開展項目等活動，學生能夠在實踐中體驗科學探究的過程，提高動手能力和解決實際問題的能力。重視培養學生的創新思維和創造能力，鼓勵學生在實踐中提出新穎的思想和方案，充分發揮學生的創新能力。

三、STEAM教育理念對于小學科學實驗教學的意義

（一）豐富教學內容與形式

傳統的小學科學實驗教學一般以科學知識的傳授、實驗技能的訓練為主，內容單一，而STEAM教育理念的嵌入又為科學實驗教學帶來了活力。整合多學科知識，實驗內容豐富多樣，具有科學探究、技術應用、工程設計、藝術審美和數學計算等內容。比如，在“制作簡易太陽能熱水器”的實驗中，學生既要用科學知識了解太陽能的轉化原理，還要用工程知識進行熱水器的結構設計，用數學知識計算熱水器的集熱面積和水溫變化，用藝術知識對熱水器進行美化。這種多學科融合的實驗教學形式，可以培養學生的學習興趣，讓學生在更廣闊的知識中探索、學習。

（二）培養學生綜合素養

小學科學教育除了要使學生掌握科學知識以外，更重要的是培養學生的綜合素養。STEAM教育理念下的科學實驗教學，在教學過程中注重學生體驗，在解決實際問題的過程中，培養學生的創新思維、批判性思維、團隊協作能力、溝通表達能力等。比如，一個小組合作完成一個科學項目，需要學生共同討論實驗方案、分工協作進行實驗操作、分析實驗數據并匯報實驗結果。在這個過程中，學生既提高了科學探究能力，又鍛煉了團隊協作和溝通表達能力，學會了如何在團隊中發揮自己的優勢，共同解決問題。

（三）提高學生應用知識的能力

STEAM教育理念強調知識運用于真實的情境之中，在實踐中解決真實世界的問題，使學生更好地理解和掌握知識。在小學科學實驗教學中，結合生活實際引進與生活實際息息相關的實驗項目，可以使學生認識到科學知識在生活中的廣泛運用，提高學生應用知識、遷移知識的能力。再如“設計環保垃圾桶”的實驗項目中，學生需要利用科學知識了解垃圾分類的原理和方法，利用技術手段設計垃圾桶的智能感應裝置，利用工程知識確定垃圾桶的結構和材料，利用藝術知識設計垃圾桶的外觀造型。通過這樣的實踐活動，學生能將所學的多學科知識融會貫通，并運用到實際問題的解決中去，從而提高學生對知識的理解和應用能力。

（四）適應未來社會發展需求

未來社會是一個科技飛速發展、知識更新換代極快的社會，需要具備跨學科知識和綜合實踐能力的創新型人才。小學科學教育作為基礎教育的重要環節，肩負著培養未來創新人才的重任。STEAM教育理念下的科學實驗教學，注重學生綜合素養和創新能力的培養，使學生從小學就能夠接觸和體驗多學科融合的學習方式，為今后學習和工作打下堅實的基礎。通過開展基于STEAM教育理念的科學實驗教學，學生能夠更好地適應未來社會的發展需求，成為具有國際競爭力的創新型人才。

四、基于STEAM教育理念的小學科學實驗資源開發原則

（一）科學性原則

科學實驗資源的開發必須基于科學的知識，要保證實驗的內容和方法的科學性。實驗設計要符合科學原理，實驗操作要規范，實驗數據要準確可靠。實驗資源的開發要充分考慮小學生的認知水平和接受能力，選擇適宜小學生的科學知識和實驗內容，避免太復雜或太抽象的知識和實驗，影響學生的學習興趣和積極性。

（二）綜合性原則

而STEAM教育理念則強調多學科的融合，所以在開發小學科學實驗資源時要注重各學科知識的有機整合。實驗內容應涉及科學、技術、工程、藝術、數學等多學科，使學生在實驗中能夠綜合運用多學科知識解決問題，培養學生的跨學科思維能力。如“制作風力發電機”的實驗中，既有科學中的電磁感應原理，又有工程中的機械設計和技術中的電機制作，還可以運用數學知識計算風力發電機的發電效率，運用藝術知識對風力發電機進行外觀設計。

（三）實踐性原則

小學科學實驗教學是讓學生親歷科學探究的過程，可以提升學生的動手能力和解決實際問題的能力。因此，在開發實驗資源時，要注重實驗的可操作性和實踐性，讓學生在實驗中自己動手操作，觀察實驗現象，記錄實驗數據，分析實驗結果。實驗材料要易于獲取，實驗步驟要簡潔明了，便于學生在課堂上或課外進行實踐操作。

（四）創新性原則

創新是STEAM教育的核心目標之一，在開發小學科學實驗資源時，要注重培養學生的創新思維和創造力。實驗設計要具有一定的開放性和探索性，鼓勵學生在實驗過程中提出自己的想法和見解，嘗試不同的實驗方法和解決方案。例如，可以設計一些具有挑戰性的實驗項目，讓學生在解決問題的過程中發揮創新思維，培養學生的創新能力。

（五）趣味性原則

興趣是最好的老師，小學科學實驗教學要激發學生的學習興趣，讓學生在輕松愉快的氛圍中學習科學知識。在開發實驗資源時，要注重實驗內容的趣味性和吸引力，選擇一些貼近學生生活、富有趣味性的實驗主題，如“自制彩虹”“會跳舞的鹽”等。同時，可以運用多媒體、故事、游戲等多種形式，增加實驗教學的趣味性，提高學生的學習積極性。

五、基于STEAM教育理念的小學科學實驗資源開發策略

（一）挖掘教材資源，拓展實驗內容

小學科學教材是科學實驗教學的重要依據，但教材中的實驗內容往往較為單一，難以充分體現STEAM教育理念的多學科融合特點。因此，教師要深入挖掘教材資源，對教材中的實驗進行拓展和延伸，將科學、技術、工程、藝術和數學等多學科知識融入其中。例如，在學習“聲音的產生”這一內容時，教材中主要通過讓學生觀察物體振動發聲的實驗來探究聲音產生的原理。教師可以在此基礎上進行拓展，引導學生運用工程知識設計和制作一個簡易的樂器，如橡皮筋吉他、吸管排簫等，運用數學知識測量樂器的音高和頻率，運用藝術知識對樂器進行裝飾，使樂器更加美觀。通過這樣的拓展實驗，學生不僅能夠深入理解聲音產生的原理，還能綜合運用多學科知識，提高學生的綜合素養。

（二）結合生活實際，開發實驗項目

生活是科學的源泉，許多科學知識都來源于生活實際。因此，在開發小學科學實驗資源時，要緊密結合學生的生活實際，選擇一些與學生生活密切相關的實驗項目，讓學生在熟悉的情境中學習科學知識，提高學生對知識的應用能力。例如，在學習“物體的沉浮”這一內容時，可以設計一個“打撈沉船”的實驗項目。讓學生運用科學知識了解物體沉浮的原理，運用工程知識設計打撈方案，選擇合適的材料制作打撈工具，如用氣球、繩子、吸管等材料制作簡易的打撈裝置。

同時，學生也可以利用數學知識計算打撈工具的浮力及打撈所需的拉力，利用藝術知識對打撈工具進行外觀設計。這樣的實驗項目可以讓學生把所學的科學知識與生活實際緊密聯系起來，從而提高學生學習的興趣和解決實際問題的能力。

（三）應用信息技術，豐富實驗資源

隨著科技的迅猛發展，信息技術為小學科學實驗教學提供了海量資源與多元手段，給小學科學實驗教學帶來了全新的活力。教師通過多媒體課件，把抽象的科學知識通過圖文并茂、動態演示的方式展現出來，實驗原理容易理解。虛擬實驗軟件的應用更是突破了傳統實驗的時空限制，學生即使身處課堂也可以“動手”操作各類復雜實驗。而在線學習平臺則是連接課堂內外的一座知識橋梁，例如，對于地球公轉、火山噴發這類在課堂上難以操作的實驗，多媒體視頻能及時準確捕捉關鍵瞬間，以高清畫面展示實驗現象，使學生如臨其境；虛擬實驗軟件給學生提供了自主探索的機會，學生能夠任意調節參數，深刻了解實驗過程的微妙變化。此外，在線學習平臺集科學實驗為一體，實驗視頻包含了從基礎到拓展的科學實驗，實驗報告為學生提供了規范撰寫的范例，拓展閱讀則涉及科學的前沿，引發學生的好奇心，鼓勵學生課后自主探索，真正將STEAM教育理念中的多學科融合與自主探究精神融入學習，全方位提高科學素養與綜合能力，為小學科學教育開辟嶄新局面。

六、基于STEAM教育理念的小學科學實驗資源實踐效果與反思

（一）實踐效果

1.學生綜合素養得到提升

通過開展基于STEAM教育理念的小學科學實驗教學，學生在科學、技術、工程、藝術和數學等多學科知識的學習和應用方面取得了顯著進步，學生的創新思維、批判性思維、團隊協作能力、溝通表達能力等綜合素養得到了有效培養和提升。學生在實驗過程中能夠積極思考、主動探索，提出自己的想法和見解，并通過實踐操作驗證自己的想法，解決實際問題。

2.學習興趣與積極性顯著增強

基于STEAM教育理念的科學實驗資源，以其豐富的趣味性和真實的情境性，極大地激發了學生對科學學科的興趣。學生不再將學習視為枯燥的知識灌輸過程，而是主動參與到充滿挑戰與樂趣的實驗項目中。例如，在“自制彩虹”這類趣味實驗中，學生親眼見證奇妙的光學現象，好奇心被充分點燃，進而更積極地探索背后的科學原理。這種興趣驅動下的學習，使得學生在課堂內外都表現出更高的學習熱情，主動查閱資料、討論交流，形成了良好的學習氛圍。

（二）實踐反思

1.教師專業素養有待提升

STEAM教育理念下的科學實驗教學的實施，對教師的專業素養提出了更高要求。教師既要精通科學的學科知識，又要具有技術、工程、藝術、數學等多學科知識儲備，以及跨學科教學能力。然而在實踐中發現，部分教師受傳統學科教學思維的束縛，跨學科知識相對薄弱，難以在教學中對多學科知識進行有機融合，影響教學效果。因此，不斷加強教師的跨學科培訓，提高教師的專業素養，是繼續推進STEAM教育理念在小學科學實驗教學中的應用。

2.教學時間與資源的限制

豐富多彩的科學實驗項目往往是需要較多教學時間來實施的，從實驗設計、材料準備到實驗操作、結果分析與總結，各個環節都有充足的時間保障。但在實際教學過程中，由于課程安排緊湊，教學時間有限，部分實驗項目無法深入開展，學生很難真正體驗整個實驗過程。另外，實驗資源的準備也比較困難，如一些特殊的實驗材料、先進的技術設備等，無法滿足教學的要求，這就在一定程度上制約了實驗資源的開發與實踐。學校及教育部門要合理調整課程設置，給STEAM教育實驗教學留下足夠的時間，加大實驗資源的投入，確保教學的順利進行。

結語

基于STEAM教育理念下的小學科學實驗資源開發與實踐，是小學科學教育適應時代發展需求、培養學生綜合素養的重要舉措。通過對STEAM教育理念內涵與特點的深入挖掘，按照科學性、綜合性、實踐性、創新性、趣味性等原則，采用挖掘教材資源、結合生活實際、利用信息技術、開展社團活動等多種開發策略，可以開發出豐富的小學科學實驗資源。在實踐中，通過“自制水火箭”“校園生態系統調查”等具體的實驗項目案例，說明這些資源在提高學生綜合素養、激發學生學習興趣、提高學生知識應用能力等方面，取得了良好的效果。但在實踐中也暴露出教師專業素養有待提高、教學時間與資源有限、評價體系不完善等問題，針對這些問題，要進一步加強教師培訓，優化課程設置與資源配置，建立完善的評價體系，促進STEAM教育理念在小學科學實驗教學中得到進一步的運用與發展，為培養出具有創新精神和實踐能力的未來人才奠定堅實的基礎。

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作者簡介：王冰（1988— ），女，漢族，陜西富平縣人，本科，助理實驗師，教育學院實驗室主任，研究方向：電氣工程及其自動化。