小学科学教学中STEM教育理念的实践

□文｜曹秀菊

我国小学教育早在世纪之初就明确了课程改革的内容和方向，《基础教育课程改革纲要（试行）》明确指出：“倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”当前小学科学教育的转型与发展正是这一教育要求的具体体现，特别是《义务教育小学科学课程标准》的颁发和“中国 STEM 教育 2029 创新行动计划”（以下简称“行动计划”）的启动，为小学科学教学中STEM教育理念的着地呈现出新的实施思路。

小学科学中的STEM教育思想

小学科学课是在小学校中实施STEM教育的主阵地，这主要是由它特殊的学科地位决定的。STEM教育产生于美国，经历了从“世界科学和技术领导者的单一培养目标”发展为“造就科学家、技术专家、工程师和数学家的复合培养目标”、从“最初追求卓越的本科生教育”下移到“K——12年级四学科基础性教育”、从“培养具有国际竞争力人才”演变为“学生参与、学科多元的项目学习方式”的过程，其基本内涵与教育价值在不断地扩展和延伸，但无论其形成阶段还是发展阶段，都与科学教育密不可分。

我国小学科学教育已将培养每一位学生的科学素养作为课程宗旨，并成功地与国际科学教育接轨，在2017版的《义务教育小学科学课程标准》中增设了“技术与工程”领域的教学内容，让学生在完成科学探究活动的同时，体验工程技术实践活动，并进一步明确：“工程技术的关键是设计，工程是运用科学和技术进行设计、解决实际问题和制造产品的活动”，工程技术实践是一项综合性、创造性的活动，需要多学科知识和技能的共同支持才能完成，因而科学课成为“行动计划”在小学落实的不可或缺的关键所在，至少体现出三方面的STEM教育思想。

STEM教育是科学探究和工程技术实践的过程

科学探究和工程技术实践是当前小学科学教育倡导的主要学习方式，科学探究是指学生像科学家那样运用严谨的科学方法研究科学问题，促进他们形成科学探究能力、科学思维、科学态度。工程技术实践是指学生像工程师那样设计思考以解决工程问题，以使他们形成解决问题能力、创新思维、合作精神。当科学问题与工程问题在本质上建立起联系时，学生就要综合运用多种能力完成任务，科学问题扩展为实践问题，科学探究提升为科学实践，科学学习发展为STEM项目学习。

STEM教育是综合运用多学科知识技能的过程

真实世界需要解决的问题往往涉及多种学科知识，实际中遇到的工程问题也不会局限于数学、科学、技术与工程四个学科，为学生提供STEM项目学习任务，会激发他们的学习动机，调动他们运用多学科知识综合解决问题，体现STEM教育跨学科的显著特点。更可贵的是，学生会在解决问题的过程中，重新构建他们的知识系统，纠正以往对某些科学的误解，深化部分科学概念的理解，将碎片化的科学事实和科学概念集合起来，进一步理清他们之间的关系，适当做出解释，在头脑中形成科学大概念。

STEM教育是共同合作解决实际问题的过程

STEM教育所倡导的项目学习与科学探究活动一样，都需要小组成员合作完成学习任务，从而提高每一位学生的合作能力，这也正是新世纪公民所必需的生存能力和竞争能力。联合国教科文组织国际教育发展委员会早在联合国教科文组织成立五十周年提交的报告《学会生存》中就明确提出21世纪的教育发展要走团结之路，国家与国家之间要团结，合作交流教育经验，实现全球发展战略。人与人之间的协调与协作能力是完成规模化任务的必备条件，合作意识和协作能力是现代人的一项基本素质和品格。

小学科学中的STEM教育实施方法

自“行动计划”启动以来，各地中小学STEM教育的研究和实践活动有层次、分阶段地迅速发展起来，众学校和相关部门尽可能地调动一切可利用资源，逐步形成有规模、跨领域、多学段的STEM教育发展联合体，完善同发展、重合作、多学科的STEM教育实践路径，小学科学课在此发挥着举足轻重的作用。

以点带面，发挥精英学校的领航作用

刚刚落幕的主题为“融合的力量——STEM与学科教学”第三届中国STEM教育发展大会展示了第一批STEM教育领航学校的教学成果，示范学校各俱特色，在充分发挥学校优势条件的基础上，还有效利用社会资源，因地制宜地开展STEM教育活动。纵观小学校开展的活动，大多离不开科技活动或科学教学，海安市实验小学就立足科学和信息技术课堂，开展“纸造型设计”、“保护鸡蛋”等活动，让学生综合运用学科知识解决问题；长春吉大附中力旺实验小学在科学学科活动的基础上开发“制作雾霾口罩”、“保护企鹅”等STEM教育案例，构建“学科、技能；社团、生态；研究、创新”的三级课程体系；张家港市实验小学的科学教师在与英籍STEM教师的交流学习中，积极开发适宜本校学生发展需求的具有科学学科特色的STEM项目课程，如“设计喂鸟器”、“制作肺活量计”等；东莞市阳光第三小学创办“开才少年科学院”，吸纳学生参加“爱科学展风采”的丰富活动。

这类学校在STEM教育领域有着前瞻性的教育发展理念，大多可以借助于前期“创客教育”、“众创空间”等教育活动的办学经验和逐步积累起来的办学条件，积极调动教师的探索热情，组织他们进行交流培训学习，鼓励多学科融合，进行STEM教育课堂教学实践，涌现出一批优秀的教学案例，实现校本的STEM教育课程研发、教材编写。他们在STEM教育的整体推进过程中，.以点带面，充分发挥精英学校的探索和引领作用。

全面发展，提升STEM教育的整体水平

我国的STEM教育全面启动以后，尽管推进进程迅速，学校和教师的热情很高，但仍存在局部发展快的不均衡的局面，大多数小学校没有先进的教学设备，不具备高科技项目的开展条件，很多学校的科学教师在课堂教学中积极践行STEM教育理念，推进STEM教育的普及。如，东北师大附中净月实验学校的科学教师积极探索以小学科学为主的多学科融合的教学模式，教学中通过“造意面框架桥”等活动，促进学生的多学科学习经验和能力的发展。长春慧达小学的科学教师深入理解《义务教育小学科学课程标准》引入“工程和技术”内容对于学生科学学习的重要性和教育价值，设计“工艺手工皂”等案例，进而开发跨学科的STEM教学案例。这些有益的尝试和实践，都可以更广泛地推进STEM教育，促进STEM教育的的普及，使STEM教育从精英化走向全民化，进一步落实《全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016—2020年）》。小学科学教育中普及STEM教育至少要满足以下三个条件。

（1）由科学探究向工程实践转变

在当前国内的小学科学教育中，科学探究已成为其显著特征，且在更多教师的理解和运用中逐渐被步骤化和模式化，教师努力地帮助学生像科学家那样思考问题、研究问题，搜集科学证据以支持推测、得出结论，从而形成一定的科学思维和科学方法。然而，实际生活和工作中，遇到的更多情况是需要解决问题，学生不仅要具备研究问题的能力，更要形成解决问题的能力，这种能力在工程实践技术活动中得以形成，在STEM教育项目学习中得发展，学生的学习由科学探究向工程实践转变，能够更主动、更灵活地获取和运用证据，构建和完善科学知识，形成自己的科学理论。

（2）由科学问题向真实问题的转变

科学问题原本是科学家在特定的知识背景下提出的需要解决而尚未解决的问题，是为研究科学知识或科学技术而产生的。学生面临的科学问题是为经历科学学习而存在的，这些问题大多数是科学知识层面的，主要作用是帮助学生构建知识系统，而解决问题能力的形成需要建立在真实问题基础之上，工程设计问题和STEM项目学习任务正是呈现真实情境中的实际问题，促进学生设计方案、建立模型、交流检验，可见，在科学教学中实施STEM教育，关键在于科学问题向真实问题的转变。

（3）由学习知识向运用知识的转变

学生进行科学学习和STEM项目学习，是学习知识和运用知识的关系。基于探究的科学学习，从问题的提出到收集、分析和解释实证，最终形成的是严谨的科学概念，这是一个自主学习知识的过程。而STEM项目学习是多学科交叉的学习行为，学习结果是综合运用已得知识解决实际任务，可见，STEM项目学习是学生科学探究行为的有益延伸。