將STEM教育理念滲入實驗教學

〔摘" "要〕" 為契合創新人才培養需求，提升小學科學實驗教學質量，將STEM教育理念與之融合。本文先剖析STEM教育理念核心要義，強調學科深度融合，同時調研小學科學實驗教學現狀，指出存在學科壁壘、教學方法機械等問題，探究融合的適配性。隨后采用情境創設、問題導向、學科融合、多元評價等策略展開教學實踐，以“植物的一生”“聲音”單元教學“自制光影夢幻科技館”“DIY星際探索基地模型構建及演示”等為例。結果表明，該融合打破學科界限，激發學生探索熱情，提升其創新思維、實踐技能與協作精神等素養，不過教學策略仍需持續完善。

〔關鍵詞〕" 小學科學；STEM教育理念；實驗教學

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0070-03

在當今科技飛速發展、全球競爭日益聚焦于創新人才培養的時代背景下，小學科學教育承載著啟蒙學生科學思維、塑造創新能力與培育綜合素養的關鍵使命。作為科學教育的核心組成部分，科學實驗教學不再局限于傳統知識傳授與技能訓練，而是迫切需要融入前沿教育理念，以契合新時代學生發展需求。STEM 教育理念應運而生，打破學科界限，強調科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）與數學（Mathematics）四門學科的深度融合，旨在通過真實情境問題驅動，引導學生綜合運用多學科知識與技能解決復雜問題，培育跨學科思維及實踐能力。這種理念與小學科學實驗教學的結合，恰似為其注入源頭活水，賦予傳統實驗教學新的生命力與延展性。

一、將STEM教育理念滲入實驗教學的分析

（一）STEM教育理念核心要義剖析

STEM 教育絕非簡單地將科學、技術、工程與數學四門學科加以堆砌，其精髓在于深度融合。科學作為探索自然規律、揭示原理知識的基石，引領學生認識世界運行機制；技術是運用科學知識達到實用目標的手段，如利用3D打印技術具象化創意設計；工程側重于設計、開發、實施系統方案，從規劃一座小型生態花園布局到搭建穩固結構皆涵蓋其中；數學則提供量化分析、邏輯推理與模型構建工具，計算植物生長周期數據或結構承重比例時數學不可或缺。四門學科相互交織，如解決太陽能熱水器效能優化問題，需科學闡釋光熱轉換原理（科學），借助電子測溫、智能調控裝置（技術），依循工程流程設計改良裝置結構（工程），精準計算采光面積、能量轉化率等數據（數學）。此融合旨在培育學生高階思維，遇復雜問題能抽絲剝繭、綜合施策，而非孤立應對，塑造跨學科理解與運用能力，契合未來多元融合職場與創新社會需求，為終身學習鋪就思維底色。

（二）實驗教學現狀調研

當下小學科學實驗教學有一定成果，部分學校能依教材開展基礎實驗，激發學生初步興趣。但問題亦突出，學科壁壘森嚴成為首要問題，實驗設計常局限于單一學科，如生物實驗鮮涉物理力學知識輔助，知識呈碎片化，學生難建完整認知圖式。教學方法多“照方抓藥”，按部就班講解步驟，學生機械模仿，抑制探究熱情，缺乏自主提問、設計改進環節，如電路連接實驗，學生未深思不同接法對電路功能影響便倉促操作。實驗內容與生活斷層，多圍繞教材經典卻疏離日常體驗，如研究滑輪組省力原理，未關聯生活中電梯、晾衣架機械構造，致學生難以遷移應用；資源匱乏也成阻礙，專業器材不足、實驗室難滿足分組需求，新興技術教具如VR虛擬實驗資源稀缺，且鄉村學校尤甚，師資專業局限，難以駕馭跨學科深度教學，常顧此失彼，削弱實驗教學育人成效。

（三）融合驅動因素及適配性探究

小學生認知發展如待墾沃土，具強烈好奇心、直觀形象思維主導特征，恰與 STEM融合實驗教學天然適配。此階段兒童對周遭新奇現象敏感，如追問雨后彩虹成因、玩具車動力奧秘，STEM實驗能將抽象疑問具象化，借趣味項目如自制彩虹模擬裝置（融合光學與材料技術）、電動小車改裝競賽（涉及電路與機械工程），將知識“打包”嵌入，滿足求知欲，知識獲取更主動。新時代科技高速發展，人工智能、大數據等重塑生活，社會渴求創新復合型人才，小學作為素養啟蒙關鍵期，傳統實驗教學無力承載多元能力塑造重任。STEM融合模式恰逢其時，模擬智能垃圾分類系統實驗，學生研習傳感原理（科學）、編程控制（技術）、設備組裝（工程）及數據統計（數學），于童年植入創新與綜合能力種子，順應時代潮流，接軌后續學業進階，為未來投身科技前沿、社會創新備下潛力素養根基，是小學教育面向未來轉型的必由之路。

二、將STEM教育理念滲入實驗教學的路徑

（一）情境創設，激發探索內驅力

情境創設策略在基于STEM教育理念的小學科學實驗教學中，是激發學生學習熱情與探索欲望的關鍵起始點。小學生處于認知發展的初期，形象思維占據主導，具體、生動且富有生活氣息的情境能夠迅速吸引他們的注意力，使其仿若身臨其境般融入知識探索之旅。從教育心理學角度而言，情境為學生搭建起了連接抽象知識與實際生活的橋梁，讓原本孤立的科學概念、復雜的技術手段、系統的工程架構以及精確的數學原理，轉化為情境之中切實可感、觸手可及的任務元素。

就拿教科版科學三年級下冊“植物的一生”單元教學來講，教師精心構筑了“植物魔法莊園拯救行動”這一情境。神秘的魔法莊園里，各類植物幼苗莫名萎靡不振，亟待學生施展“魔法”施救。實驗起始，學生滿懷好奇地檢測土壤肥力，手持簡易檢測試劑，細致比對酸堿度試紙變色情況，挖掘植物生長不良的土壤科學因素；緊鑼密鼓地開啟改良行動，親手調配有機肥料，掌控發酵技術要點，操作小型翻耕工具疏松土壤，熟練掌握一系列農業技術實操；工程規劃上，依據不同植物光照、水分需求特性，巧妙布局莊園種植區域，精心設計灌溉溝渠走向，保障每株植物都能享受適宜生長條件；數學計算更是貫穿全程，精準核算每日澆水量、施肥周期時長，依據植物生長速率預估未來產量，靈活套用面積、體積公式規劃種植間距與土地利用率。學生沉浸于這場趣味盎然的植物拯救大冒險，在情境的浸潤下，知識不再晦澀難懂，實踐操作得心應手，探索熱情持續升溫。

（二）問題導向，激活思維引擎

問題導向策略仿若強勁引擎，為小學科學實驗教學在STEM軌道上的疾馳提供核心動力。精心設計的一系列由淺入深、邏輯緊密且層層遞進的問題，如同閃耀的思維航標，巧妙引領學生沖破知識迷霧，直抵學科內核。小學生天生好奇心爆棚，恰似敏銳的思維探險家，而極具針對性、啟發性的問題恰似誘餌，精準觸發他們主動思考、深度鉆研的本能沖動。

例如，在教科版科學四年級上冊“聲音”單元教學進程中，教師巧妙地拋出問題梯隊：“校園文藝匯演舞臺音響效果不佳，如何妙手回春？”開篇問題“聲音怎樣在空氣中傳播并產生豐富音效？”瞬間激活學生對聲波振動特性、頻率振幅關聯以及回聲反射原理的探索熱忱，實驗驗證聲音傳播規律，自制簡易聽診器、土電話等趣味小裝置深入感知科學原理；隨著“哪種新型聲學材料能優化舞臺吸音隔音效果？”跟進，學生馬不停蹄地開啟材料吸音系數測定、隔音屏障搭建技術攻關；“怎樣巧妙布局舞臺音響設備，確保全場音效均衡無死角？”激發工程思維大爆發，綜合權衡音箱懸掛高度、角度微調，以及觀眾區聲學覆蓋范圍規劃；收尾“若要升級音響功率，電負荷提升多少才安全？”驅使數學運算強勢登場，歐姆定律、電功率公式信手拈來，精確權衡功率增幅與電路承載極限。學生在問題指引下抽絲剝繭、反復調試，思維利刃在磨礪中越發鋒利，實操技能也日臻嫻熟。

（三）學科融合，編織知識經緯

學科融合策略無疑是 STEM 教育理念落地生根的核心“編織機”，細密編織小學科學實驗教學的知識錦繡。傳統教學慣于將學科分而治之，致使知識如一盤散沙，孤立難通。而融合策略秉持整體性、系統性思維，將科學、技術、工程、數學視為有機共生、血脈相連的統一體。

例如，教科版科學五年級上冊“光”單元拓展項目——“自制光影夢幻科技館”。科學探究階段，學生像一群執著的光學探險家，懷揣無盡好奇，全身心投入光的微觀世界中。圍繞光的折射、反射、衍射這些奇妙現象，他們以實驗室為陣地，展開了一系列嚴謹且趣味十足的實驗。在三棱鏡分光實驗中，學生手持三棱鏡，迎著日光仔細調整角度，看著那一束白光穿越棱鏡后幻化成斑斕光譜，驚嘆之余，反復琢磨折射角度與光色分離的微妙關系，記錄數據、對比分析，逐步揭開光色散的神秘面紗；平面鏡成像陣列實驗更是考驗耐心與細心，他們小心翼翼地排列多面平面鏡，擺放不同物體，從多角度觀察成像個數、大小及位置變化，一次次調整鏡子間距，一點點明確反射定律在復雜情境下的運用，精準捕捉光傳播路徑的每一次“轉向”，為后續實踐鞏固理論根基。技術實操維度，親手組裝激光雕刻機、智能光影秀控制器，精心編寫光影變幻程序代碼，實現光與影的奇幻互動；工程架構環節聚焦科技館空間布局，巧妙設計光學展示區、互動體驗區結構，甄選特種光學材料打造穹頂光影劇場，確保光線均勻漫射、特效震撼呈現；數學精算全程保駕護航，精確計算透鏡焦距、光路角度，合理調配光源亮度、色彩比例，依場館面積與參觀人流量預估能耗及設備運維成本。學生分組協作各展其長，親眼看見知識融合催生創意碩果，沉浸式感受跨學科力量的磅礴偉力。

（四）多元評價，校準成長軌跡

多元評價策略宛如精準校準學生STEM學習成長軌跡的精密導航羅盤，全力破除傳統單一結果評價的狹隘桎梏，全方位、多維度掃描學生學習全程動態。從時間跨度審視，既密切關注學習過程的點滴積累與階段性蛻變，又深度考量關鍵節點成果品質；從能力范疇考量，聚焦知識理解深度、技能實操熟練度、思維拓展敏捷度、協作溝通順暢度等多元能力進階指標；從態度維度洞察，細膩捕捉學生參與熱忱高低、創新精神活躍度、堅韌毅力持久度等非智力關鍵因素。

例如，學期末綜合測評之際，針對教科版科學六年級下冊“宇宙”單元重磅項目——“DIY星際探索基地模型構建及演示”，評價流程有條不紊鋪展。小組率先開啟自評模式，依據創意新奇度、天文知識科學性、模型結構穩固性、資源利用合理性逐項深度剖析，毫不避諱揭示設計建造瑕疵與優化空間；繼而班級互評盛大啟幕，各小組巡回觀摩，針對模型天體運行模擬精準度、探測設備布局合理性、能源供應可持續性等焦點展開激烈爭辯，于觀點碰撞中拓展思維視野；教師壓軸定調，綜合考量學生實驗全程參與活躍度、復雜難題攻克表現力、團隊協作協調貢獻度審慎打分，精心雕琢個性化評語，盛贊閃光點，為后續進階精準導航。回溯全程評價數據寶庫，學生仿若手握成長“放大鏡”，清晰洞察軌跡走勢，精準鎖定進階靶點，奮楫篤行邁向更高階STEM學習新征程。

三、結語

總而言之，將STEM教育理念融入小學科學實驗教學意義非凡且成果初顯。通過打破學科界限，科學不再是孤立理論，技術為實操助力，工程賦予構建藍圖能力，數學保障精準度量，四者緊密交織于實驗教學全程。情境創設策略成功點燃學生求知欲，使其沉浸探索；問題導向策略促使思維進階，引領學生深挖知識；學科融合策略編織起完整知識網絡，強化綜合運用；多元評價策略全方位校準學習軌跡，激勵學生持續奮進。學生收獲的不僅是科學知識，更有創新思維、實踐技能以及團隊協作精神等多元素養提升。但前行之路仍漫漫，尚有諸多細節待打磨，需教育者持續鉆研，確保此教學策略日臻完善，讓小學科學實驗教學持續釋放魅力，為學生成長筑牢根基。

參考文獻

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