STEM在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用研究

STEM教育與傳統(tǒng)教育的最大的差別是突破學(xué)科的局限，并不是單一學(xué)科的教育。教師在教學(xué)的過(guò)程中融入科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科的知識(shí)，學(xué)生在問(wèn)題的思考、研究、解決的過(guò)程中會(huì)試圖理解現(xiàn)實(shí)問(wèn)題與學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)性，加深知識(shí)學(xué)習(xí)的印象。STEM教育理念以提升學(xué)生的科學(xué)精神、批判思維、邏輯思維和創(chuàng)新能力為目標(biāo)。在如今的時(shí)代知識(shí)本身的重要性在逐步地下降，未來(lái)人才的評(píng)判更多是看一個(gè)人是否具備溝通協(xié)作、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力。不斷發(fā)展每一位學(xué)生的學(xué)科理解力與生活理解力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力，樹(shù)立學(xué)生審視問(wèn)題全新的廣泛的視角是STEM教育理念的不變追求。一、STEM的含義STEM是科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），數(shù)學(xué)（Mathematics）的英文首字母縮寫(xiě)。STEM課程重點(diǎn)是關(guān)于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)四個(gè)方面的教育。STEM最早是在美國(guó)提出的，2009年美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)發(fā)布致美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬的公開(kāi)信主題就是《STEM教育》，2011年的73屆國(guó)際技術(shù)教育大會(huì)的會(huì)議主題為“準(zhǔn)備STEM勞動(dòng)力：為了下一代”。美國(guó)政府近年來(lái)加大從小學(xué)到大學(xué)各個(gè)層次的STEM教育的支持力度，開(kāi)展相關(guān)教師的培訓(xùn)工作，解決STEM教育公平的問(wèn)題。鼓勵(lì)要求科學(xué)家多進(jìn)行戶外演講與課外活動(dòng)，給學(xué)習(xí)者提供優(yōu)質(zhì)的STEM學(xué)習(xí)體驗(yàn)，來(lái)激發(fā)年輕人對(duì)科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。［1］中國(guó)2016年教育部出臺(tái)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》探索STEM教育?？茖W(xué)、技術(shù)、工程，數(shù)學(xué)之間存在著一種相互支撐、互為補(bǔ)充、共同發(fā)展的關(guān)系，要想讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)深層次的學(xué)習(xí)，就不能讓學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)其中的任何一個(gè)部分。STEM教育找到科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)之間的隱形的線索，在貌似不相同的問(wèn)題中找到本質(zhì)的知識(shí)，讓學(xué)生在問(wèn)題的思考、研究、解決的過(guò)程中試圖理解現(xiàn)實(shí)問(wèn)題與學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)性，讓學(xué)生在交互碰撞中加深知識(shí)學(xué)習(xí)的印象，培養(yǎng)學(xué)生各個(gè)方面的技能。二、STEM在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用價(jià)值STEM教育不是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識(shí)的簡(jiǎn)單疊加，STEM教育具有跨學(xué)科性、情境性、實(shí)踐性、協(xié)作性、實(shí)證性的特點(diǎn)。STEM教育以提升學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，主張讓學(xué)生通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)觀察、社會(huì)調(diào)查的方法，尋找問(wèn)題的答案，滿足了小學(xué)科學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，有助于提高小學(xué)科學(xué)的教育品質(zhì)。［2］小學(xué)科學(xué)課是科學(xué)啟蒙的課程，科學(xué)教學(xué)對(duì)兒童未來(lái)的思維形成及素養(yǎng)發(fā)展發(fā)揮著舉足輕重的作用。我國(guó)對(duì)小學(xué)科學(xué)學(xué)科的重視程度不夠，忽視了學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)?？茖W(xué)是一門(mén)具有探索性的學(xué)科，很多學(xué)校沒(méi)有專門(mén)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，阻礙學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的積極性與動(dòng)手探究能力的提高。STEM教育側(cè)重于科學(xué)探究與科學(xué)實(shí)踐，有助于充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生向著自主方向發(fā)展。STEM在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)課程的興趣。三、STEM在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用策略（一）創(chuàng)建特色科學(xué)課堂，提高科學(xué)探索的能力STEM教育注重各學(xué)科知識(shí)的融合與聯(lián)系，在小學(xué)科學(xué)課堂上，教師可以讓學(xué)生自己動(dòng)手制作實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、相互協(xié)作完成科學(xué)項(xiàng)目，解決科學(xué)問(wèn)題，在特色科學(xué)課堂上培養(yǎng)學(xué)生全新的、廣泛的科學(xué)視角。學(xué)生在親身的實(shí)驗(yàn)探索中可以對(duì)科學(xué)知識(shí)領(lǐng)悟得更全面、更深刻［3］。例如，教師在《小車的運(yùn)動(dòng)》科學(xué)課上主要給學(xué)生講解“小車運(yùn)動(dòng)的快慢與哪些因素有關(guān)”的科學(xué)知識(shí)。在STEM教育理念下教師還想從學(xué)生的實(shí)際生活出發(fā)，讓學(xué)生在生活中受到科學(xué)的啟迪，形成跨學(xué)科的知識(shí)。各式各樣的小車是學(xué)生喜愛(ài)的玩具，學(xué)生在生活中玩小車時(shí)總會(huì)不小心把小車折騰到散架。教師給學(xué)生一個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生思考能不能設(shè)計(jì)一輛“頑固”的小車。本次的STEM教育中科學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生體驗(yàn)穩(wěn)定性在小車?yán)喂躺系氖褂靡约绑w驗(yàn)緩沖原理在小車?yán)喂躺系氖褂谩＜夹g(shù)目標(biāo)是讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)方案，繪制模型，選擇合適的方法使小車變得牢固。［4］工程目標(biāo)上，學(xué)生按照設(shè)計(jì)圖完成牢固的小車的制作，在測(cè)試小車的牢固性后，進(jìn)行方案的改進(jìn)與優(yōu)化。數(shù)學(xué)目標(biāo)上，學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)物品的價(jià)格，選擇合適的材料制作，核算出最佳的組合方案，學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。教師給學(xué)生準(zhǔn)備制作小車的工具材料，學(xué)生用樂(lè)高積木材料箱搭建屬于自己的小車。第一個(gè)測(cè)試是看哪位同學(xué)的小車運(yùn)動(dòng)的距離最遠(yuǎn)。在第一次的測(cè)試中學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己制作的小車有零件散落散架的問(wèn)題。下一個(gè)環(huán)節(jié)教師讓學(xué)生想辦法給自己的小車加固。教師舉例埃菲爾鐵塔，讓學(xué)生觀察埃菲爾鐵塔結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，思考埃菲爾鐵塔屹立不倒的秘密，引出三角形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的特點(diǎn)。學(xué)生用一次性筷子，橡皮筋給自己的小車加固。在第二次的試驗(yàn)下，小車的穩(wěn)定性果然比上一次要好。但學(xué)生又發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，小車的緩沖性太差，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中碰到障礙物就會(huì)翻倒。教師給學(xué)生播放降落傘的視頻，讓學(xué)生嘗試給自己的小車加一個(gè)降落傘，增強(qiáng)小車的緩沖力。學(xué)生用塑料袋作為小車的降落傘，在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)下學(xué)生發(fā)現(xiàn)有塑料袋的小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中掉落零件的數(shù)量要少，運(yùn)動(dòng)的距離也會(huì)更遠(yuǎn)。教師列出實(shí)驗(yàn)材料的價(jià)格清單，讓學(xué)生用計(jì)算的方式算出預(yù)算最小的實(shí)驗(yàn)組合。在特色科學(xué)課堂上，學(xué)生完成教師設(shè)計(jì)的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)目標(biāo)，科學(xué)精神與探索能力得到鍛煉加強(qiáng)。（二）創(chuàng)設(shè)良好STEM教學(xué)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣教師在STEM科學(xué)教學(xué)中可以運(yùn)用多媒體教學(xué)設(shè)備給學(xué)生創(chuàng)造出科學(xué)探究的學(xué)習(xí)情境，以學(xué)生感興趣的角度出發(fā)讓學(xué)生對(duì)即將學(xué)習(xí)的科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的探索欲望。［5］在科學(xué)課堂上以問(wèn)題循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生探究鉆研，讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)組織下共同協(xié)作學(xué)習(xí)，在體驗(yàn)中收獲科學(xué)知識(shí)，學(xué)會(huì)用跨學(xué)科的思維發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。例如，教師在《多樣的動(dòng)物》科學(xué)課上想讓學(xué)生用描述繪畫(huà)搭建模型的方法展示青蛙生長(zhǎng)發(fā)育變化的過(guò)程，讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐與體驗(yàn)中形成STEM學(xué)科能力。教師選擇用情境創(chuàng)設(shè)的方法率先激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，以學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)的課文故事“小蝌蚪找媽媽”情境引入主題，讓學(xué)生觀看青蛙生長(zhǎng)變化的視頻。在學(xué)生觀看的過(guò)程中，教師以青蛙為例給學(xué)生講解生物的生命周期。［6］教師讓學(xué)生在小組中討論青蛙是卵生還是胎生、青蛙的生命周期有幾個(gè)階段，不同階段的體貌特征有什么不同、植物或類似動(dòng)物的生命周期是怎樣的問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)觀看視頻以及聽(tīng)教師的教學(xué)講解后，知道青蛙的生命周期一共分為六個(gè)階段：第一個(gè)階段是卵，第二個(gè)階段是蝌蚪，第三個(gè)階段是長(zhǎng)出后肢，第四個(gè)階段是長(zhǎng)出前肢，第五個(gè)階段是蛙，第六個(gè)階段是成蛙。教師讓學(xué)生用小組合作的方式搭建積木，用積木表現(xiàn)出青蛙各個(gè)階段的體貌特征。在小組合作中，繪畫(huà)能力強(qiáng)的學(xué)生負(fù)責(zé)在紙上畫(huà)出各個(gè)生命周期的青蛙的圖形，剩余的組員按照繪畫(huà)設(shè)計(jì)圖用積木搭建青蛙模型。教師讓學(xué)生展示自己小組制作的結(jié)果，在展示的同時(shí)解釋青蛙的生命周期，不同生命周期的階段特征，說(shuō)出青蛙的變化過(guò)程，描述自己小組在模型設(shè)計(jì)上還存在的問(wèn)題。教師在此時(shí)也要給學(xué)生提供有效的反饋，記錄觀察有關(guān)學(xué)生的青蛙模型制作的信息，總結(jié)學(xué)生在模型制作中出色的地方和需要改進(jìn)的方面。建立學(xué)生觀察評(píng)估表格，在表格中記錄學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐表現(xiàn)，給學(xué)生實(shí)驗(yàn)方面的指導(dǎo)，幫助學(xué)生在科學(xué)課堂上取得更大的進(jìn)步。（三）聯(lián)系生活實(shí)際，養(yǎng)成善于觀察思考的習(xí)慣真實(shí)源自生活，教師在STEM科學(xué)課堂上要培養(yǎng)學(xué)生善于觀察思考的優(yōu)秀習(xí)慣。在遵循科學(xué)課程開(kāi)設(shè)目的的情況下，教師還要給學(xué)生拓展課程外的、生活中的科學(xué)應(yīng)用，讓學(xué)生全面地、多角度地分析看待科學(xué)現(xiàn)象，弄懂科學(xué)原理，完善學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)［7］。例如，教師在《熱氣球上升的秘密》科學(xué)課上采用STEM教學(xué)理念，給學(xué)生設(shè)計(jì)不同學(xué)科的學(xué)習(xí)目標(biāo)?？茖W(xué)目標(biāo)讓學(xué)生初步了解密度這一物理量，讓學(xué)生理解，在不同的溫度下，空氣的密度有所不同，空氣受熱后體積膨脹，比同體積的冷空氣輕，受熱的空氣就會(huì)上升。技術(shù)目標(biāo)是讓學(xué)生根據(jù)教師提供的材料思考如何驗(yàn)證猜想，利用現(xiàn)成事物去解決問(wèn)題，考慮在技術(shù)上是否可行。［8］工程目標(biāo)是讓學(xué)生將科學(xué)知識(shí)與理論應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，體會(huì)科學(xué)的實(shí)用之處。數(shù)學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)空間感。在有機(jī)融合的科學(xué)課堂上，教師給學(xué)生設(shè)計(jì)多個(gè)領(lǐng)域的探究活動(dòng)。教師首先給學(xué)生播放一段熱氣球點(diǎn)火升空的視頻，唯美、清晰、真實(shí)的視頻畫(huà)面引起學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣。教師讓學(xué)生根據(jù)視頻，提出自己感興趣的問(wèn)題，學(xué)生的問(wèn)題多種多樣，教師選擇兩個(gè)問(wèn)題作為本節(jié)課探究的重點(diǎn)內(nèi)容。第一個(gè)是熱氣球是怎么飛上天空的？第二個(gè)是熱氣球怎么落下來(lái)的？教學(xué)的第一步是探究熱氣球上升的因素，教師讓學(xué)生在小組中討論。學(xué)生討論的結(jié)果有兩個(gè)，第一個(gè)是空氣，第二個(gè)是氣球的材質(zhì)。教師讓學(xué)生繼續(xù)分享自己猜想的理由。學(xué)生覺(jué)得沒(méi)有空氣熱氣球就飛不起來(lái)，如果熱氣球的材質(zhì)太重了也飛不起來(lái)。學(xué)生的回答有一定的事實(shí)基礎(chǔ)，教師首先要肯定學(xué)生的猜想，同時(shí)還要引導(dǎo)學(xué)生全面的思考問(wèn)題。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下想到視頻中的熱氣球上升還有火的作用。教師給學(xué)生準(zhǔn)備一些實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜想。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生看到塑料袋上升到空中的現(xiàn)象，教師讓學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所得的規(guī)律，學(xué)生說(shuō)空氣受熱會(huì)上升。教師舉例生活中的冷空氣受熱、體積膨脹、質(zhì)量變輕、上升的現(xiàn)象，讓學(xué)生思考其中的原因。第一個(gè)現(xiàn)象是早點(diǎn)攤上蒸包子的籠屜，教師讓學(xué)生回想自己在早點(diǎn)攤上買(mǎi)包子的情景，當(dāng)老板把蒸包子的籠屜蓋子打開(kāi)時(shí)，是不是有很多的熱氣上升。還有廚房里的抽油煙機(jī)安置的位置，是放在下方還是放在上方。結(jié)合實(shí)際生活學(xué)生發(fā)現(xiàn)冷空氣受熱上升的現(xiàn)象很多，只是自己沒(méi)有發(fā)現(xiàn)罷了。綜上所述，STEM教育應(yīng)用到小學(xué)科學(xué)教育中是新時(shí)代發(fā)展的必然結(jié)果，STEM教育在我國(guó)從理論走向?qū)嵺`體現(xiàn)