整合+拓展：基于STEM理念的小学科学教学实践探索

王小梅

[摘 要]小学科学课程标准提倡跨学科的学习方式，提倡科学教师将STEM教育理念运用于自己的教学实践。教师可通过“整合+拓展”的方法，在单课、单元、学科拓展的教学活动中开展基于STEM理念的小学科学教学实践。

[关键词]小学科学；整合；拓展；STEM

《义务教育小学科学课程标准》指出：小学科学课程是一门综合性课程。其倡导跨学科学习方式，提倡科学教师尝试将STEM运用于自己的教学实践[1]。STEM是科学（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）的统称，强调多学科的交叉融合，是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式。我国对STEM教育的研究虽然处于起步阶段，但已经引起教育专家和研究人员的广泛关注，中小学校正在陆续引入STEM教育，以寻求课程改革新的生长点。笔者作为一线小学科学教师，在以STEM理念引领科学教学方面进行了积极的探索。

一、单课学习：

以基于问题的学习设计整合多学科教学

基于问题的学习是指一种让学生通过不一定有正确答案的真实性问题而获取知识的教学，是由理解和解决问题的活动构成的一种新的教学方式。在科学课中引入基于问题的学习能促进学生在真实情境中对驱动问题展开探究，使学生学习科学的过程类似“像科学家那样研究”的过程，从而使科学学习更接近对科学本质的理解。

以教科版六年级下册第三单元为例。这一单元是在学生在五年级时学过了“地球运动”之后，继续引领他们探索宇宙的奥秘，拓宽对宇宙的认识并建立初步的宇宙观。单元内容设置包括“天体概况”“天体运动”和“天体现象”。而“地球的卫星——月球”作为单元起始课，编排了“人类对月球的探索”和“我的月球卡”两个板块的内容，希望学生在认识人类探索月球所取得成就的基础上整理相关知识，以“月球卡”的形式展示并交流人类对月球的认识。学生受认知能力尤其是空间想象能力所限，受日常生活体验的影响，往往对相关概念的认识较模糊，甚至存在偏差、混淆甚至是错误。为了能够让学生更直观地了解地月系、月相变化、太阳系等天文知识，教师通常会采用图片或动画、视频的方法模拟天文现象，搭建概念转化的“脚手架”。这种方法称之为图像建模。而许多宇宙领域的“模型”多是科学家根据需要创造出来的。有时，这种非等比例的模型以“告知真相”或“说明原理”的形式出现在学生面前，反而会让学生忽视了地月的“直径”“体积”“质量”等现实数据，形成对天体之间关系的错误认识。在本课教学前，笔者曾经做过一个调查：让学生以图画的形式表现“月球围绕地球转”，然后再提供月地的直径与距离数据，让学生修正自己的图画。结果，学生并不是根据数据来修正图画，而是纷纷质疑自己是否算错了比例：“不可能啊，不可能一张纸都画不下”！

基于对教材的解读与学情分析，这一课的教学可以用建模问题驱动，融合数学和科学，引领学生经历“展示初始模型—为准确建模而认识人类探月历程—整理资料，获取数据—计算数据，处理信息—建造模型—评价模型”的跨学科学习过程，在建模过程中使学生加深对地月关系的认识，感受宇宙的广阔和神秘；激发学生探索宇宙的好奇心，积累建造模型的科学学习的体验，提升科学的思维方式。于是，教师将课题改为“建一个地月模型”，引领学生经历基于问题的跨学科学习（见表1）。

二、单元主题学习：

以基于项目的学习设计融合多学科教学

研究表明，如果把学习割裂开来，学生就经常不能理解各个学科领域是如何相互联系的。当不同学科相互整合，且学生参与到具有社会性互动的学习中，概念性知识就得以形成。基于项目的学习是以学科的概念和原理为中心，利用学生自主探究的过程来获得与现实生活有关联且能付诸应用的学习结果的新型探究性学习模式[2]。围绕单元主题开展项目学习能统领单元学习，将单元主题学习置于一个大的真实情境中，用单元核心概念将分课时的学习串联起来，促进学生真实学习的发生。如“食物”单元，以“设计制作一份营养餐”的项目式学习统整单元内容（见表2）。在项目背景下开展“为什么要吃食物”“我们吃得健康吗”“我们该怎么吃”“设计制作我们的营养餐”“展示我的营养餐”等相关学习与活动。在此过程中，学生的每一次学习经历都紧紧围绕项目主题，学生的学习是主动的、真实的。同时，在学习过程中，学生不仅仅在经历科学探究，建构科学概念，还要经历分类、统计、设计、制作、展演等跨学科的融合的学习过程。基于项目的学习适合小学科学课许多单元主题，如“电路”“时间”“运动与力”“形状与结构”等。

三、学科拓展学习：STEM课程开发与实施

1.拓展一个项目

在单元主题教学的基础上，教师结合学生生活中的实际问题，开发了STEM项目，将科学、技术、工程、数学中的某些原理与学科知识巧妙、自然、有机地结合起来，着力体现研究过程的系统性与整合性，让学生通过多途径、多通道获取知识，多角度、多维度地分析和解决问题，最终实现有效解决实际问题、提升科学素养的根本目标。比如，在日常观察中发现，学校各个班级的雨伞与地拖摆放存在安全隐患，于是结合科技节活动在全校开展了“地拖雨伞架设计征集”活动，选择优秀方案针对班级地拖和雨伞的放置实施了设计与改进。又如，学校因发展需要，正在筹备新建一个停车场，于是在交付设计公司进行设计规划的同时，教师在六年级学生中提出了一个STEM课题“校园停车场的选址与设计”（见表3）。确定这一项目，是因为在教科版科学教材六年级上册编排了“形状与结构”单元，其科学核心概念是“物体形状和结构与承受力大小的关系”。该项目的目标是：创设任务情境，引领学生经历“设计—模型制作—分析评价—改进完善”的工程设计过程。在这一项目中，由数学、科学、信息技术学科 的教师及学校聘请的工程专家提供指导。

2.拓展一门课程

STEM课程开发已成为许多学校课程改革的重要内容。在学科教学中实践STEM教育的基础上，学校教师也在STEM课程开发方面进行了积极的探索。实践表明，STEM课程开发除了参考国内外的经典案例之外，校本化开发也是一条行之有效的途径，具体可参考以下做法。

一是可从学科教学内容中创生。学科教学中有许多科学原理可以拓展成为STEM课程的项目。比如教科版科学五年级下册“沉和浮”单元，就可以开发出“定位潜水艇”“让气球潜水”“彩虹饮料”“浮沉子”等项目；六年级上册“形状与结构”可以开发出建筑模型系列的课程内容等。在单元主题延伸拓展的基础上，教师可根据主题对内容进行整理归类，如“模型”“建筑”“玩具”等主题，形成完整的STEM课程体系。

二是结合教师特长进行开发。许多教师有显著的个人特长与兴趣爱好，这些教师本身就是STEM课程开发的重要资源。如爱好航模的教师可以开发“航模”课程，喜欢研究机械的教师可开发“工具揭秘与创新”课程，痴迷于创造发明的教师可开发“创客”课程等。

三是提炼学校的办学特色进行开发。挖掘学校的特色元素也是开发STEM课程的有效途径。如浙江省瑞安市马鞍山实验小学的拓展性课程体系中有一系列的特色“非遗课程”，突出了对本土化传统文化的保护与传承。围绕这个主题，开发了“揭秘传统玩具及创新”STEM拓展性课程，选择了12种传统玩具作为课程内容，引领学生在重温历史、揭秘、制作、创造的过程中提高STEM素养。

综上所述，通过基于问题的学习设计整合跨学科教学，通过基于项目的学习设计融合多学科教学，以学科拓展学习的方式研发STEM校本项目及课程，将有助于以STEM理念统领科学学习，着力体现学习过程的系统性与整合性，促进学生真实学习的发生，最终实现有效解决实际问题、提升科学素养的根本目标。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.小学科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2017.

[2][美]罗伯特·M·卡普拉罗，玛丽·玛格丽特·卡普拉罗，詹姆斯·R·摩根.基于项目的STEM学习[M].王雪华等，译.上海：上海科技教育出版社，2016.

（责任编辑 郭向和）