STEM教育如何促进小学科学变革与实践论文
摘要：STEM理念的融入使小学科学课堂教学内容更加丰富，丰富的教学内容为学科整合提供了基础，使学生在提高科学素养的同时还能发展其他学科能力；STEM实践活动的融入促使课堂教学策略发生改变，在教学中既要保证探究的有效性还要兼顾学生实践能力的发展；融入STEM可促进各学科知识技能的有机融合；STEM学习方法的融入使培养学生科学素养的方法更加多样化，这有助于提高学生的学习兴趣，发展学生综合运用知识的能力。
关键词：STEM理念；小学科学课堂；教学变革；学科融合
STEM是科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写，其中科学在于认识世界、解释自然界的客观规律；技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界，实现对自然界的控制和利用，解决社会发展过程中遇到的难题；数学则作为技术与工程学科的基础工具。STEM教育促进我国小学科学课堂变革的探究，是现阶段广大科学教学教师十分关注的话题。细研STEM，它的教育特点为：融合科学、技术、工程和数学四个要素；以工程设计过程为主导；关注现实问题，注重在情境中学习；以学生为中心的主动实践；团队合作与参与；结果开放，允许多个正确答案；它是在众多孤立的学科中建立的一个新的桥梁，为学生提供整体认识世界的机会，通过把这四个领域内的学科知识和技能的教与学整合到教学中，使学生零碎的知识变成一个互相联系统一的整体，以消除传统教学中各学科知识割裂，不利于学生综合解决实际问题的障碍，是一种跨学科的学习方法。STEM教育方法运用的载体是小学科学课堂，笔者从事小学科学教学已有25年时间，在多年的小学科学教学中发现原有的教学目标是以探究科学知识为中心去构建科学概念。这种构建“以己为大”，缺乏各学科知识的整合，忽略了学生其他学科能力的发展；学生通过探究构建的知识概念停留在“纸上谈兵”的层面，动手与实践需求得不到满足，学生综合运用知识能力较低；这种构建也导致活动方式单一，使学生在科学学习过程中逐渐产生“审美疲惫”，学习兴趣下降，创新能力低下，越到高年级这个问题越突出。如何借STEM教育解决小学科学课堂教学的现实问题，引发了笔者的思考。《义务教育科学课程标准》（2017年版）中的`教学建议提到“倡导跨学科学习方式。STEM是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，它将科学、技术、工程、数学有机地融为一体，有利于学生创新能力的培养。科学教师可以尝试将STEM运用于自己的教学实践”。在STEM魅力的感召下，笔者开始了在现有教材基础上融入STEM理念的教学尝试。
一、STEM理念的融入使课堂教学内容更加丰富
丰富的教学内容为学科的整合提供了基础，使学生在提高科学素养的同时还能发展其他学科能力。小学科学课堂融入STEM教育能使科学概念的构建的方式发生改变，过去的科学是用数学、科学知识、技术（教师给的）手段去建构概念，现在STEM教育要求应用科学前概念，通过对数学、技术、设计等手段的学习和整合解决实际问题，这为学生在科学学习的同时发展其他学科能力提供了可能。如小学科学（教科版）三年级上册第三单元第2课《哪种材料硬》一课，教材编排上是用木条、卡纸、铁钉和塑料尺互相刻划并比较划痕，然后根据实验现象给以上物体硬度进行排序，并填写教材提供的数学统计表格进行汇报。用STEM理念再审视这个环节，对数学统计表格应做进一步的深度挖掘。学生在进行探究实验时可先不要学生填表格，实验完成后让他们直接上台汇报结果。学生对物体硬度的排序几乎不会出错，但要让他们说出这样排序的理由时学生很茫然。学生此时需要一种有效的表达方式帮助他们解决这个问题。学生有了需求后教师抓住这个切入点向学生进行设计数学统计表格的教学，表格设计好后立刻可以用于实践，学生发现把实验现象填入自己设计好的数学统计表格后结论一目了然，叙述表达也更有条理。这里的数学统计表教学就是STEM理念融合后对教学内容的一次丰富，同时又是一次学科的整合，既保证了科学活动的有效开展，又发展了学生的数学学科能力。实践证明，STEM理念的融入，不仅让教师开阔了视野，实现了对现有教材进行更深层次的挖掘，而且在教材内容不变的情况下教学内容更加丰富，在学科融合的同时也发展了学生其他学科的能力。
二、STEM实践活动的融入促使课堂结构发生改变
由于STEM实践活动的融入能使课堂结构发生改变，这要求我们的教学策略也应该有相应的改变。原来的科学课重对知识的探究，STEM学习方法融入后的科学课既要重探究还要重实践，在教学中既要保证探究的有效性还要兼顾学生实践能力的发展，所以，有更多的学习方法供科学教学选用，让“用教材教而不是教教材”这一教学观点在小学科学课堂上得到更加充分的体现。STEM教育理念在小学科学课堂中的融合还能让学生“学以致用”的需求得到实现，让学生对更高层次知识探索的要求得到满足，并在很大程度上提高学生的学习兴趣和综合运用知识的能力，刺激学生的求知欲望与创新动力。由此可见，探究与STEM这两种学习方法是相互支持、相互补充、共同发展的关系，它们相辅相成，为同一目标———提高学生的科学、综合素养服务。小学科学课堂教学要求孩子既要学会探究方法，还要获取知识，并用所获取的知识去解决实际问题，这要求我们的教学策略更加灵活，对现有的教材资源要做多元化处理，既要兼顾探究的有效性，还要考虑实践的可行性。小学科学（教科版）三年级上册第四单元第6课《空气占据空间吗》一课，教材设计为由“乌鸦喝水”引入，再由学生自主探究：在瓶子里装一些水，用几根吸管和一块橡皮泥，在不倾斜瓶子的情况下，我们能不能利用空气把水从瓶子中挤出来？（以下简称：空气挤水实验）。探究得出结果后再做一个实验进行再次验证：把一团纸巾放在一个杯子的杯底，然后把杯子竖直倒扣入水中，纸巾会被水浸湿吗？为什么？（以下简称：纸不湿实验）整个流程的设计为引入、探究、验证。在STEM教育理念下这里应该增加实践环节，教学策略可做如下调整：由乌鸦喝水引入，在故事中强化学生对三个关键词“空间”“有限”和“占据”的理解。概念确立后在教师引导下完成“纸不湿”的探究（这里把原来的验证实验改成了探究实验），探究流程为猜测、找证据支持自己的猜测、实验验证，并用绘本的方式完成思维外显，然后再对这个实验进行延伸：如果杯子底有个孔又会发生什么现象？最后让学生再经历一次猜测、找证据支持自己的猜测、验证，用绘本的方式完成思维外显，内化学生对知识的理解。这样的过程为学生积累了更多的知识与成功经验，为解决后面的实践问题打下了基础。通过探究获取知识，知识内化完成后再提出“空气挤水”实验的设想，进行项目驱动。要求学生通过讨论与设计完成在最短的时间内用空气把水挤出来这一任务，这符合STEM教育以工程设计过程为主导，关注现实问题，注重在情境中学习，以学生为中心的主动实践等特点。学生对这个实践活动的完成率在85%以上。一个小小的策略变化既让科学探究的有效性得到保证，又让学生的STEM能力得到发展，这就是融合与深度融合的效果。
三、STEM运用的融入其桥梁功能可促进各学科知识技能有机融合
零碎的知识变成一个互相联系的统一整体并不是一个简单的混合，我们要建立不同学科知识与技能的千丝万缕联系，要在思维和认识上达到有机融合的目的。这个过程是漫长的，是需要通过活动逐步渗透的，也是学生在成长发展过程中必须要去经历的。例如，小学科学（教科版）四年级上册声音单元教学中，在完成对《探索尺子音高变化》的学习后可以做这样一个拓展小课程：声音的高低可以用音高来描述，音高是描述物体振动快慢的一个量。物体振动越快发的声音越高，物体振动越慢发的声音越低。按这个原理分析可得出“物体越小、越细、越短，空间越小，发的声音会越高，反之越低”的科学结论。音乐课上老师也讲过音阶的知识，从“1”（do）到“7”（xi）音调一直在升高并且有规律，除了“3”（mi）到“4”(fa)是升高半个音高外，其他全是升高一个音高，这就是规律。运用这个规律可以用把水加进试管的方法将试管改造成乐器，改造的过程就是技术的应用。运用数学的方法（和音高变化规律进行内比）还可以提高制作的效率，最后要求用改造成功的乐器演奏歌曲，这就属于工程项目驱动。“科学、技术、工程、数学”中还融入了艺术，这样的活动对学生综合素养的提高起到了极大的促进作用。这些活动既可以在课堂上或拓展活动中进行，也可以在激发学生兴趣的基础上把活动延伸到课外。这样多形式的活动让学生对科学活动更感兴趣、更加热爱、更乐于参与。
四、STEM学习方法的融入使培养学生科学素养的方法更加多样化
原来科学课“玩”的方式只有探究活动，现在的科学课有了STEM教育理念的融入我们“玩”的方法更多了，探究、实践、探究+实践、实践+探究、STEM+A、STEM+R等多种学习方法将会在小学科学课堂上交替使用。同时还可以对教材内容进行拓展，以STEM为桥梁开发融合其他学科知识技能的小课程，对学生多学科知识综合运用进行训练。这样不仅有助于提高学生的学习兴趣，而且对提高学生综合运用知识的能力及综合素养有较大帮助。STEM教育的融入正悄悄改变着小学科学课堂教学，这种变革对学生核心素养的发展、实践能力的提升和创新精神的培养等都会起到更积极的作用。将来的小学科学课可能会变成这样：认真探究，注重实践，学科融合，玩出境界，更加出彩！
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