在教学设计中应用STEM教育思想

潘春宵

【摘 要】 STEM教育不仅仅是包含数学、方程式和科学原理，它更是一种能够阅读、观察并分析信息、得出结论从而解决问题的创造性的方法。以《大气的压强》的教学为例，在新课引入、课中讨论汇报与实验操作、课后反思等环节，应用STEM教育思想，实现对教材内容的落实和升华。表明在初中科学课堂教学中引入STEM教育思想是有效的、可行的。

【关键词】 STEM教育；初中科学；教学设计

STEM教育科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的简写，是一个偏理工科的多学科融合教育模式。它由美国学者最早提出，后又被奥巴马政府大力推广。STEM教育中的技术素养，就是使用、管理、理解和评价技术的能力，工程素养就是对技术工程的设计和开发的理解。“授人鱼不若授人渔”，如将工程技术相关知识引入科学课堂，对学生的理解和掌握必将大有裨益。这也符合2016年我国教育部明确指出的“积极探索信息技术在众创空间、跨学科学习（STEAM）教育，创客教育等新的教学模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新动力。”

初中科学课堂内容本就包括“物质科学”、“生命科学”和“地球科学”三大主题。如能跨越学科界限，保留带有结构性的基本内容，但将不同学科（物、化、生、地、信息技术）融通或连接，注重学生在过程、方法和能力上的结合和渗透，关注各学科的互动与关联，势必达成学生更深刻、全面地理解科学，提高科学素养。这样学生实现了自我价值，也能积极参与各种活动。

一、问题与分析

1.课堂上的困境和学生认知上的起点。如何在有限的教学时间里实现对知识的讲授和实验的成功完成，如何选择能实现最佳教学效果的课堂实验，如何引导学生自己完成对知识的领悟和阐述，都是在教学设计中需要思考的问题。课堂教学内容抽象，学生已有经验平实，两者都会对学生的领悟造成干扰，也对教师的教学能力提出了要求。

2.学科逻辑顺序和学生心理“顺序”的矛盾。虽然生活在大气的“海洋”中，但因我们已经完全适应了大气压对身体的作用。学生在生活中就难以察觉到大气压的存在，也不习惯用大气压的知识去解释有关现象。比如学生会认为是嘴把饮料吸上来的，却很难接受是大气压把饮料压上来。

二、教學改进的思路和策略

在帮助学生建构大气压的概念时，应先了解学生已有的知识结构和他们感兴趣的内容，由于学生日常积累的认识概念可能肤浅、可能错误。故教学设计时应关注学生的前概念。小学里学生学过地球表面都有大气，存在大气压，了解吸盘的构造。初中课堂上可以注重对现象原因的剖析，注重对学生信息获得能力和知识迁移能力的培养。

让学习活动真正发生，需要营造学习的氛围，就是“建构适合学生学习的学习场”。在科学的STEM活动中，教师应该如何引导学生透过实际现象把握其背后的科学概念：一是可以让孩子们自己提出自己的观点，在讨论中归纳出相关科学概念；二是教师围绕核心概念以追问的形式，提出问题。

课堂上，学生在对实验现象进行分析时，教师引导他们自发帮助彼此，发现错误想法，搭建支架，促进彼此转变，在提高学生思维能力的同时，也可以帮助学生建构正确的概念。在尝试解释实验现象时，学生会遇到许多未知的、不清楚的知识点，教师可以引导学生查阅资料或进行探究活动，自主解决这些问题，促进学生的主动学习。

三、《大气的压强第一课时》的学习过程

1.引入——小魔术的揭秘。选用普通可乐瓶，在瓶口套上气球，教师和学生一起吹，但教师吹气时不堵住小孔，气球变大后再堵住，想让气球缩小时不堵住。明显的效果差异，激发学生探究的欲望。由引入暴露出真实问题，学生猜测小孔的作用，对比吸盘挂钩，猜测可能是大气压的缘故。

2.请学生利用现有器材（若桌上没有可描述），小组合作，设计实验，证明大气压的存在。汇报时要求用科学语言：我选择了什么器材，怎么操作，观察到什么现象，证明大气压的存在。教师可适当提供帮助。吸盘实验、注射器吸水实验、瓶中取袋实验、拔火罐实验、覆杯实验、希罗喷泉等等，学生的想法很多。教师引导学生关注日常生活中的现象，利用趣味的STEM活动进行教学，使学生将前概念转化为科学概念。

3.教授大气压的大小时，改进覆杯实验，杯子为透明一次性塑料杯，杯壁薄，做如图所示（新覆杯实验）。引导学生测量、建模、计算，融合数学方法。

4.结合生活中垃圾桶里垃圾袋放入时总会鼓起，请学生小组合作，重新设计垃圾桶，体现STEM教育的工程技术思想，也帮助学生尽快内化所学知识，实现课堂教学的拓展和回归。

四、关于几项操作策略的反思

1.在引入时，激发矛盾，揭开本节课学习的真实目的。激发学生的浓厚兴趣，课就成功了一半。学生带着问题进入新课的学习，为后续的矛盾的解决创设了良好的开端。

2.学生小组合作，自选器材、自主设计、自己解释，活动的开展牢牢地吸引着学生的注意力，发挥学生的主观力量，也帮助学生建构核心概念。既关注了学生在过程、方法和能力上的结合和渗透，应用了各学科知识的互动和关联，又达成学生更深刻、全面理解课堂知识的目的，实现了核心素养的教学。

STEM教育就是一种教学策略，以解决实际问题为目标，运用多种学科思想，探究或验证课堂知识。教学过程中对于教学工具的选择、教学活动的组织都优于传统的教学方式，体现了技术的厚度和广度。通过STEM教育，教师可以为学生提供多种解决方案，供学生使用。数学知识，工程知识，技术知识和技能型课程（实验方案的设计），新旧知识的大碰撞，以生活经验作为课堂的前站，实现知识的迁移和内化，达成设定的教学目标。

孟子曰“贤者以其昭昭使人昭昭”，对此，路漫漫兮！

【参考文献】

杨聪，夏子玫.促进学生建构科学概念的STEM活动设计——“设计保温杯”案例[J].中国科技教育，2017，1.