小学科学与技术学科“课堂教学与STEM理念的融合”教研活动的设计与实施

◎ 朱 钰

一、背景与基础

（一）选题背景

STEM教育将科学、技术、工程和数学进行跨学科、跨领域的融合，充分发挥STEM教育综合性、多样性、开放性和趣味性等特点，引起众多教育研究者的关注。教育部2017年颁布的《义务教育小学科学课程标准》在课程内容中明确增加了“技术与工程”领域，强调科学教育从分科到综合的探索尝试。开展课堂教学与STEM理念的融合，注重科学、技术、工程和数学等学科的综合运用，从教学实践和反思过程中积累经验与不足，可以为基础性课程小学科学教育的改革发展和广大教师教学实践提供借鉴与思考。

小学科学与技术是上海市“二期课改”研制的具有启蒙性、综合性的特色基础型课程，教材内容结构经过优化整合，更加凸显项目式学习、主题式学习、真实问题解决、动手实践等特征。其学习方式的多样性，为开展课堂教学与STEM理念的融合提供了可行性。上海市虹口区小学科学与技术学科教研团队选取沪教版小学科学与技术教材，尝试开展课堂教学与STEM理念融合的教学实践研究。

（二）教研基础

本次教研活动既是学科教学改革的大胆尝试，又是师资队伍建设的有力推进；既呈现了学校学科的整体规划，又展示了区域团队的实践研究。

（1）基于教材内容开展项目式学习。科学与技术学科的中心组成员作为开展项目式学习的先行者，吸纳区域内青年骨干教师组建实践团队，近年来梳理了教材中有关技术、设计和工程等百余个教学内容，以项目任务的形式开展教学活动，通过设计制作、交流展示、团队合作、比赛评优等形式与方法，为促进融合的学习积累了大量素材和案例。

（2）参与式培训提升教师对STEM的理解。为了让教师们能深刻体会到STEM教育的融合性，学科开展了参与式的教师培训，在培训中对教师进行角色转换，让教师以学生的身份参加到真实的STEM项目活动中去。从小组分工、工程设计到合作制作，教师在活动中感受学生的所思所想，在真实的体验中提升对课堂教学与STEM教育融合的理解。

（3）结合学校特色开展综合实践活动。目前学校的科技活动从课内到课外、从游戏到竞赛内容形式丰富多彩，很多科技活动非常注重学生工程实践、发明创造等能力的培养，因此在开展科技活动过程中也可以与STEM理念融合，提升学生解决实际问题的能力。

二、设计与实施

为了充分体现小学科学教学融合STEM的教育理念，我们选取了科学与技术教材中部分成熟案例进行整体设计、重新打磨和精心准备，通过科技体验、课堂教学、案例分享等具体活动，展示学生综合运用不同领域的知识和方法解决实际问题的过程。

（一）活动设计

（1）期望目标。通过教研活动，与各区教师交流课堂教学与STEM理念融合的方法和路径；探索有助于实践STEM教学的案例设计与实施策略，积累整体STEM 项目与课堂教学实践的案例，提炼经验并交流反思；借助现场教研和网络教研相结合的方式，资源共享，发挥教研活动的引领与辐射作用。

（2）活动方式。本次教研活动聚焦“融合”主题，以多种形式对STEM项目的挖掘与实施进行展示交流，从科技活动的体验、课堂教学实践和教学案例分享等多方面落实，通过多层面、多角度来推进课堂教学与STEM理念的融合。采用线下教研活动与线上网络教研相结合的方式，以上海教研在线为平台，观看教研活动的教学展示课、主题发言和案例交流，教师以发帖和回复的形式发表意见和建议，使更多的教师能够为STEM活动的开展献言献策。

（3）活动流程。本次教研活动包括五个部分，分别是科技活动体验、课堂教学展示、主题交流发言、教学案例分享、专家点评寄语。

（二）活动准备

市、区科学与技术学科教研员，虹口区科学与技术学科中心组以及华师大一附中实验小学科学与技术教研组共同商定了科技体验活动板块中，19个班级“科技周周乐”以及“创新实验室”开放展示的具体内容；确定课堂教学展示课题是“纸船承重”STEM项目中的第四环节“测试优化和解决问题”（该项目与科学与技术三年级“浮力的研究”教学内容相融合）；确定交流发言主题为“促进融合的学习”；确定由3所学校分别交流4篇STEM案例。相关教师和人员一起参与了STEM项目的开展和指导，并进行了集体备课、课堂教学研究和案例修改工作，为教研活动高质量、高效率地顺利开展做好准备。

教研活动的前奏是参观体验华师大一附中实验小学的“科技周周乐”与“创新实验室”。“科技周周乐”以科技小游戏、小竞赛的形式每周在班级轮换进行，引导学生创造性地思考问题，团结协作地解决问题。活动当天，19个班级开展了“纸杯创意”“不走的球”“小建筑师”等生动有趣的科技活动，吸引了与会教师和学生一起探究其中的奥秘。“创新实验室”所展示的“机械抓斗”“运水机器人”等上百件作品，都是学校开展科技教育活动的成果。正是因为学生们长期浸润在各种科技活动中，因此在参与STEM项目时，其动手能力、发现问题和解决问题的能力时常都会呈现出令人意想不到的效果。

（三）具体实施

1.课堂教学展示，尝试STEM教学片段

课堂教学展示的内容是“纸船承重”STEM项目中的第四环节“测试优化和解决问题”。课前执教教师对开展该项目的背景和流程作了介绍，项目融合了科学与技术教材中“浮力的研究”这一教学内容。学生在环节一“引入问题和确定需求”过程中，确定项目内容是“制作一艘既大又轻，质量不超过30克且能承重的纸船”。环节二“调查研究和学习支持”，学生通过3课时的学习了解有关浮力的知识，知道改变物体沉与浮的方法。环节三“分析观点和建立模型”，学生运用已掌握的科学知识和技能，设计纸船模型图纸，制作纸船，经过初次下水尝试，又发现纸船设计存在防水的缺点，于是进行改进。环节四“测试优化和解决问题”是教研活动现场展示的内容，学生们展示了自己设计并制作的纸船，开展了纸船承重的挑战，在学生们紧张、兴奋、失望、喜悦中，有的船满载宝藏，有的船沉没水底，有的船反倒倾覆，有的船勉强支撑。挑战活动结束后，学生们进一步交流分析了纸船模型的不足，尝试为实现理想效果继续改进方案设计，争取制作出更好的纸船模型。

2.主题交流发言，体现学校特色做法

华师大一附中实验小学科学与技术教研组进行了主题发言，该校近年来开展了主题为“促进融合的学习”的教学研究，在学科融合STEM理念、开发融合性的校本教材、开展融合性的科技活动等方面做了有益的尝试。学校结合科学与技术学科，打造了“科技周周乐”课程，优化了校本课程“环境科技”“仿生模型制作与探究”等。学校利用校科技节、传统节日、寒暑假等时间开展科技创新制作活动，结合“环境科技”校本课程开展有主题的社会、环境、生活、科技等多方面的调查实践活动。教研组还开设了多个科技社团，社团活动以综合性活动为主，让学生走出教室，调动多元素学习，活化运用科技、数学、体艺等知识，满足学生完整独特的自我发展。

3.教学案例分享，展示融合探索过程

本次教研活动的案例分享展示了4个融合STEM理念的教学案例，分别是 “仿生模型——水禽”“模型机械手改进”“超级小喷泉”“从形状到结构”。这些案例选题都来自学生学习中遇到的真实问题。

“仿生模型——水禽”STEM项目源于校本课程“仿生模型制作与探究”。中国古船模仿水禽“船身中部宽”，西洋古船模仿鱼“船身头部宽”的造型，引发了学生思考：这两种船型与航速有什么关系呢？学生首先学习了科学与技术学科三年级“动物的结构与功能”单元中鱼类、鸟禽类身体结构及运动方式的知识，又制作了仿古船模型，通过反复修改船模、测试比较、分析数据，发现中国古船仿造水禽航行速度比较快，同时学生还知道了中国古代造船技术非常先进，领先欧洲一千多年，民族自豪感油然而生。

“模型机械手改进”STEM项目源于科学与技术教材中的“自制机械手”，学生不满足于连杆装置手动操作的机械手，提出了改进想法。经过调查研究多种机械手臂的活动原理，将教材中有关压缩空气、气压传动、杠杆原理，木材料加工等知识融会贯通，反复尝试，最终把机械手改进为气压控制的水平夹物机械手和抬升高度机械手。

“超级小喷泉”是科学与技术学科三年级“热胀冷缩”的教学内容。教师从以往的教学经验中发现学生对“如何使小喷泉喷得更高”表现出极大的兴趣，于是“超级小喷泉”STEM项目便逐渐形成。学生们带着好奇心开展了喷泉的种类、喷水原理、制作方法的调查。经过项目规划、准备材料、讨论制作方法，开展对比实验。在不断尝试、不断发现问题和解决问题中，学生们的超级小喷泉喷射高度达到2米多。

“从形状到结构”是科学与技术学科五年级的教学内容，为了帮助学生完成从平面到立体、从形状到结构的认知跨越所开展的STEM项目。在这个项目中，学生首先连接不同形状，认识到三角形最稳定。然后为了完成从形状到结构的思维转换，开展了用纸材料卷成纸棍搭建桥梁结构活动，以及用牙签和胡萝卜搭建胡萝卜高塔活动，这些项目让学生初步尝试了合理分工、结构设计、成本预算等工程流程。最后，当用小木片搭建桥梁结构，开展桥梁承重比赛时，学生们已经能够像工程师一样开展桥梁设计和制作。

通过案例的介绍和分享，我们可以看出教师深挖现行教材内容，借助STEM跨领域、跨学科的特点，注重科学、技术、工程和数学的综合运用，使学生经历设计、制作、实验、探究、问题解决和合作学习，从而培养他们的综合实践能力。

4.专家点评寄语，探讨融合教学方向

专家对本次教研活动进行了点评，认可小学科学与技术学科在教学融合方面做出的大胆尝试，肯定了课堂教学融合STEM理念，在优化教学内容，内化课堂知识，拓展实施途径，提升学生综合素养方面的优势。同时建议教师们能继续研究和实践，对案例文本范式进行补充和优化，进一步提升案例文本设计能力。专家希望将来的融合学习可以更全面，不仅仅是学科内容的融合、教学方式的融合，还可以涉及教师队伍的融合、学生跨年级融合、与学校特色的融合。在开展STEM过程中还可以考虑与数字化系统相结合，建立数字化资源包和共享网络平台等。

三、收获与思考

本次教研活动向上海市全体小学科学与技术教师开放，同时邀请小学自然学科各区教师代表参加。现场集中教研活动以区为单位，直接参与人数约200人，同时网络教研面向全体教师，本主题教研活动涉及近千人。

本次活动是上海市虹口区小学科学与技术学科教研团队初次尝试与STEM理念进行融合，课堂教学及教学案例中真实的工程设计过程不仅充分发挥了科学与技术学科的优势，也较好地达到教研活动预期目标。STEM项目的案例文本设计基本形成了“引入问题和确定需求—调查研究和学习支持—分析观点和建立模型—测试优化和解决问题”4个环节，为学科后续开展STEM教学组织方式提供了范例。

相对于基础性教育的课堂教学，开展STEM项目要尝试从融合的角度设计教学活动。因为STEM教育不同于单一的科学学习和科技活动，也不是分学科的简单叠加，而是通过融合的学习过程带给学生探究的理念和科学的方法。为此，在设计教学活动时，选题宜以小见大，以工程设计为基石，从学生游戏项目入手，从学生现实生活中寻找话题，让学生像工程师一样经历设计、制作、尝试、分析、汇报等项目全过程，通过融合的学习落实学科核心素养，多元地培养学生的创新精神和综合实践能力。