STEM教育理論下的小學科學教學實踐探索

張海琴

摘要：STEM教育近年來在教育領域被廣泛應用，越來越多的教育工作者認識到該教育模式的實踐價值，積極地將其運用于教學中，打造以STEM教育理念為基礎的學習課堂，引導學生依托實際情境處理問題，提高學生的知識吸收融合速度，助力學生科學核心素養的提升。本文立足STEM教育理念，結合小學科學教學實際情況，著重分析有關教學策略，旨在為各位同人提供借鑒參考。

關鍵詞：STEM教育；小學科學；教學策略；研究分析

以任務驅動為載體的STEM教育，是一種融合多學科的跨學科教育模式，其能讓學生在完成任務的過程中收獲技能知識。同時，STEM教育關注情境式學習及現實問題，遵循“以生為本”的教育原則，并著眼于工程設計，注重培養學生科學與工程素養，以及運用跨學科知識處理現實問題的綜合能力。STEM不只是一門課程，它還是一種教學理念。即使是完成相同的目標或者任務，也可以擁有不同的方案、設計與步驟，無需刻意關注最后的結果，重點在于反思與完善過程。一方面提升學生綜合探究能力，另一方面培養其團隊協作能力，進而促進學生學科綜合素養的提升。

1? ?STEM教育的基本概述

1.1基本內涵

STEM教育是一種具有跨學科特點，且強調多學科融合教學的綜合性教育模式，即利用統一化的手段、方法，幫助學生提高其知識技能水平，同時讓學生做到變通處理生活中遇到的難題。在STEM教育的界定上，很多研究人員意見相左，其中獲得較大支持率的是以下兩種見解：其一，STEM教育的實質是課程，主要指向多門學科或者四門課程間的相互融合，是以有目的整合各學科知識的形式解決現實問題的一類課程；其二，STEM教育是指囊括多門學科和多套教學方案的一種課程教學手段。事實上，在有關STEM教育內涵的界定上應防止“一刀切”，無論將其視為學科還是課程，抑或是教學手段和學習途徑，雖然在界定STEM教育時均有不同側重，但最終指向卻相同，即把存在聯系又彼此獨立的課程、學科相融合作為整體。

1.2主要特征

1.2.1跨學科

在STEM教育的諸多特征中，跨學科是最核心的特征，但并不是指STEM教育會把重心放置于指定的學科或者學科界限，而是重點強調融合多門學科知識來處理實際問題，如科學、工程和數學等。STEM教育是把這些學科組合為存在明顯關聯性的整體，并非隨意疊加不同的學科。

1.2.2綜合性

一方面，這一特征表現在教育目標上，主要是為了讓STEM教育與學校教育產生聯系。通過STEM教育，學生能夠學習很多理論知識，在現實生活中遷移運用到工程、科學等領域，進一步豐富其思考方式，使學生相互合作或者獨立開展調查研究與創新設計。另一方面，在具體的教學實施中能展現很多優勢功能，例如，STEM中包含的相關理論知識，技術與工程等。

1.2.3開放性

STEM教育無論在課程內容還是教學評價等方面，均展示出明顯的動態性及開放性。不同于傳統教育，STEM教育認為知識一直處在動態發展中。STEM將側重點放到理解知識上，所以選擇課程內容時更具包容性，不會只局限在知識本身，而是突出強調將知識遷移運用到現實生活中，處理實際問題。

1.2.4實踐性

STEM教育對于研究技術、工程等有關知識具有重要作用。通過深度講解技術與工程，旨在提升學生解決問題的綜合能力，以及對實踐本身與學習過程的高度重視，證明STEM教育的實踐性。此外，其實踐性也表現在實際教學活動中，立足實踐并將項目作為支撐，鼓勵學生積極參與探究實踐，讓學生將所掌握的經驗、知識更好地融入生活，意識到知識源于生活。

1.3注意事項

開展STEM教育與科學課程的深度融合，需要在實踐的基礎上，形成多元化的課程融合實踐體系，促使不同學習能力學生的科學思維得到發展，提升學生的科學實踐能力。小學科學教學實踐中涉及的知識內容需要通過實踐的方式進行呈現，不僅需要符合科學的教學原則，為學生創造科學有序的實踐機會，還要讓學生積極主動地參與到實踐中，進一步探索科學知識，提升學生的操作能力和想象能力。教師應注重與學生之間的互動交流，避免課堂教學過于注重理論知識講解，忽略與實踐操作的關聯性，導致學生失去利用科學知識進行探究的欲望，這樣就無法培養學生的實踐能力。

1.3.1注重開放性和應用性

基于學科融合的STEM課程開展，教師需要面向全體學生進行科學教學實踐引領，帶領學生根據學習內容進行系統化的教學規劃設計，設計與STEM教育相融合的、多種類型的科學教學實踐項目。學科融合的STEM課程具有內在邏輯性和外在關聯性，能使學生在STEM學習項目中學會運用已學知識，借助合理的解決方案檢驗過程，討論修正結果，幫助學生在開放性、應用性的學習任務中形成科學的認知，提升其設計能力，增強其探究意識。

1.3.2注重真實情境下的問題解決

基于項目驅動的STEM課程開發與實施，需要在學校全面支持的背景下，為學生構建真實的情境。具有創造性的科學教學實踐的設計與開發，能促使學生在STEM項目學習中提升科學探究能力。因此，教師應注重科學教學實踐設計的真實性，聚焦與生活實踐相聯系的真實科學問題。同時，教師要重視對學生在科學教學實踐中實踐操作能力、溝通能力、創新能力和協作能力的培養，以開放性的學習過程和協作性的探究驅動學生的協作與對話。

2? ?STEM教育理論下的科學教學策略

2.1創設科學學習情境

小學生對于技術與工程知識的理解存在一定難度，所以STEM教育和小學科學教學的融合，應兼顧學生的認知與能力水平。中年級的學生通過之前的課程學習已經具備了一定的自主探究能力，知道如何學習簡單的技術與工程?！爸谱饕粋€降落傘”便是以仿生學原理為依據，選用常見的生活材料嘗試探究設計一個生活化的科學實驗，旨在讓學生初步掌握仿生學的基本原則，并將其遷移運用到日常生活中，為學生今后運用此類仿生學案例奠定基礎。教師可先通過謎語游戲的形式讓學生快速進入學習狀態，在謎語中引出這堂課的主要觀察對象蒲公英，同時為制作降落傘的研究項目做好鋪墊。學生通過觀察蒲公英種子，能直觀地發現蒲公英的種子會隨風飄散傳播，然后教師在PPT上展示蒲公英種子飛行的圖片，引導學生構建降落傘和蒲公英種子之間的聯系，確定本次的探究主題。

2.2策劃科學教學環節

以“制作一個降落傘”為例，教師可以設計“構建降落傘”“模型檢測及優化”“交流評價”這三個環節。首先，教師通過展示降落傘的圖片，引導學生思考降落傘的設計者由蒲公英種子獲得的啟示有哪些、降落傘主要由幾部分構成，在學生思考的過程中滲透仿生學的知識。利用小學生喜歡動手操作的特點，為學生準備制作簡易降落傘的實驗材料，如輕薄的塑料袋、黏土（輕質）、線繩等。需要注意的是，不要讓學生直接單獨制作，而是要以小組為單位進行。一是避免學生因為盲目行動而浪費材料，二是提升學生的團隊協作能力。有的學生會提出降落傘應具有優良的穩定性，外形輪廓應流暢等觀點，此時教師應總結并指導各組學生將自己的實驗方案加以完善。為了讓學生直觀了解制作降落傘的步驟，教師可結合各組實驗方案的重疊部分，在PPT上展示一套完整的制作流程，供學生參考。其次，各小組在規定時間內完成降落傘的制作后，教師告知具體的檢驗規則：各小組將降落傘在相同的高度放飛，記錄好降落傘在空中停留的時間，同時觀察其能否平穩降落，檢測次數為兩次，在參與檢測的過程中，學生能了解到數學的測量方法和處理數據的基本知識等。有些小組的實驗結果并不理想，此時教師應引導其思考如何使降落傘更加緩慢地降落，如何調試降落傘模型，待學生調試完成后再進行兩次試驗，對比之前的記錄結果，直觀呈現改進程度。最后，檢驗降落傘模型之后，教師需要對探究結果、實施過程及結果進行評價，最好對表現突出者予以一定的精神和物質獎勵。選出降落傘降落速度最慢的一組，讓其派出代表分享制作訣竅，在相互交流的過程中闡述個人意見并吸取他人觀點，從而豐富認識。如果教學時間允許，組織學生討論日常生活中還有哪些發明是源于大自然，或者作為課時作業讓學生通過不同渠道搜集資料，在下一堂課進行交流。

2.3以研究任務驅動科學教學

教師在講解到“循環”時，一般會選擇垃圾填埋、廢物利用等例子，卻忽視了地球還能讓其他物質進入動態循環。在“擁有循環能力的地球物質”探究項目中，可以讓學生了解巖石循環發生于地下與地表的動態過程中。該項目嘗試采用5E教學模式，為保障探究活動的連續性，課程設置為5個課時，并且每堂課為學生安排不同的探究任務。

2.3.1第一課時探究任務

在學生進行正式調查前，由教師拋出問題“何謂巖石？”給學生一些交流時間談談自己對于巖石知識的了解，如巖石的種類、特征等。展示PPT讓學生嘗試判斷圖片中有哪些是巖石，教師不要直接告訴學生正確與否，而應讓學生通過交流討論確定答案。然后學生將教師從網上購買的9個巖石進行分類，需要投放到貼有沉積巖、火成巖以及變質巖字樣的箱子中。

2.3.2第二課時探究任務

組織學生觀察沉積巖，結合個人觀察及之前預習的有關沉積巖出現、形成的資料講一講沉積巖的主要特征。教師為每個活動小組提供適量的砂巖與一張黑色卡紙，一部分組員負責摩擦砂巖，其他組員使用放大鏡觀察掉落在卡紙上的顆粒物，然后回答PPT上展示的問題“沉積巖是怎樣形成的？”接著組織學生將帶蓋容器中裝些水，然后倒入適量的鵝卵石、粗河沙、土壤等，將瓶蓋擰緊并輕輕搖晃，靜置20分鐘后觀察瓶中情況。再提供給每個小組事先準備好的一小袋蠟筆屑、一塊耐壓性較好的鋁箔，讓學生借此模擬沉積巖的形成過程。

2.3.3第三課時探究任務

聯系再循環拋出思考問題：“同學們，沉積巖通過循環能否成為火成巖？若是能，它的循環過程是怎樣的？”教師可以讓學生合作將鋁箔制作成能包住蠟筆屑（沉積巖）的容器，每組分別到講臺前讓老師加熱容器，待容器冷卻后交還給學生。而學生要對蠟筆屑的整個變化過程留心觀察，記錄沉積巖變成火成巖的主要過程。

2.3.4第四課時探究任務

教師先向學生提問：“變質巖是什么，變質巖是如何形成的？”然后為學生營造想象情境，即將自己想象成一個固體火成巖，再依據教師的語言描述逐漸感受自己轉變成為變質巖的過程。以上任務完成后，學生把鋁箔容器交給教師，將其加熱至相對較軟的狀態，把鋁箔折疊并由教師輕輕擠壓，待冷卻后觀察新的變質巖。組織學生討論在模擬壓力與熱力作用下，變質巖的形成過程及其新性能。

2.3.5第五課時探究任務

教師可以為學生設計“暢游巖石循環”的學習活動，活動中主要包含填寫巖石的循環流程、繪制巖石循環圖等。讓學生扮演地球上的物質，經歷每個再循環過程。教師在教室內布置7個小站點，不同站點的目的地不同，而且在各個站點放置一個玩具骰子，6個面分別代表不同的地球過程，拋擲骰子，根據上面的標注，前往指定站點，由學生自己記錄所經歷的各個過程。通過這一拓展活動，引導學生在趣味活動中走進新的學習領域。

2.4延伸拓展科學學習活動

在《觀察葉》這堂課的教學中，教師可以將教學內容與日常生活相結合。在屏幕上出示樹葉圖片，讓學生認識這些樹葉及其名稱；展示生活中各種植物的葉子，鼓勵學生說出葉子所屬植物的名稱，再與圖片進行比較；組織學生觀察、對比各種類型葉子之間的不同之處。正式進行觀察前，由教師提供基本的觀察方法。完成觀察后全班交流，整理、總結之前的觀察結果并完成觀察記錄?；蛘咴赟TEM教育支撐下設計“樹葉貼畫”的探究活動，融合美術課程，培養學生的觀察能力，同時提升學生的審美素養。

綜上所述，科學教師要站在STEM教育與學科教學融合的角度。在小學科學課堂，既要幫助學生養成正確的科學態度與良好的科學思想，還應將STEM教育與課程相結合，優化并完善小學科學課程體系，讓學生真正學會思考、懂得研究，學有所得。

參考文獻：

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