STEAM教育在初中科学课堂的应用探索

董建祥

摘要：在初中科学课程开展STEAM教育，需要教师掌握该教育方式的内涵与要求，合理选择教学内容，创新科学课程教学模式，根据教学需要综合运用多种教学方法才能取得较好的教学效果，对STEAM教育在初中科学教学中的运用策略进行了探索。

关键词：STEAM教育;初中科学;应用探索

近几年来STEAM教育受到越来越多的关注，它对激发学生的科学探究兴趣，培养学生的科学探究精神，提高学生的科学案养具有重要作用，也是提高科学课程教学的有效方法，笔者结合教学实践，对该方法在初中科学课程中的运用策略进行了探索。

一、STEAM教育的内涵及育人价值分析

STEAM教育是通过整合科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）这五个学科的知识或研究方法来开展学习的一种教学方法或学习途径，引发人们对五个学科内在联系的思考，从而培养学生较高的科学案养和科学探索精神。STEAM教育具有综合性、实践性、开放性与动态性、丰富性的学习特点。把它用于科学课的教学，具有较高的育人价值。一是激发学生的科学探究兴趣。STEAM教育作为多学科的综合教育，具有较强的实践性、开放性的特点，借助于问题进行探究，能较好地激发学生的科学探究兴趣;二是能提高对STEAM领域的认识。通过开展STEAM教育能让学生对相关领域有一个全面了解，能培养学生在该领域的职业追求;三是能提高学生的综合探究能力。STEAM教育能培养学生理念学习、科学调查、实践探究等多方面的能力，使学生掌握科学探究的方法，从而促进学生科学案养的提升。

二、STEAM教育在科学课堂的应用策略

（一）合理选择教学内容

要在初中科学课程中开展STEAM教育，需要教师合理恰当地选择教学内容，这样能更好地体现出STEAM教育的特点，为提高教学的有效性奠定基础。

1.掌握内容选择原则

选择适合开展STEAM教育的内容时，需要教师坚持如下几点原则：一是内容要有综合性。由于STEAM教育是一个多学科综合性教育模式，这就要求教师在选择教学内容时，要充分考虑内容的综合性，要能更好地体现出科学、技术、工程、艺术、数学学科的特点，这样才能体现STEAM教育的价值。二是内容要有实践性。开展STEAM教育要注重培养学生的动手实践能力，因此教学内容的选择要能体现出较好的实践性，以更好地培养学生动手实践操作的能力。三是内容要有趣味性。在初中学校开设科.学学科，目的就是要激发学生对科学知识的探究兴趣，了解基本科学常识，为将来致力于科学研究奠定基础，因此选择内容时要有趣味性，要能更好地激发学生对STEAM教育的探究欲望。四是内容体现最新性。科学技术的发展日新月异，而教材编写的滞后性不能更好地体现出最新科技成果，在选择STEAM教育内容时要能较好地体现出最新科技成果，让学生掌握最新知识。

2.合理选择教学内容

通过对初中科学课程标准的分析发现，课程主要包括科学探究、物质科学、生命科学、地球与宇宙、环境、科学技术等领域的内容，可以说科学课程涉及的领域范围比较广，要选择出适合的教育内容，需要与其他学科的教学相配合，这样才能为STEAM教育奠定知识基础。例如，在浙教版初中教材中，包含的物理方面的内容主要有物质、运动和相互运动、能量三大一级主题，并在每个一级主题下有若干二级主题，许多二级主题的内容与物理教材的内容基本相同。如果在选择物理方面的STEAM教育内容时，尽可能与物理教学内容同步，这样学生就有了知识基础，开展STEAM教育才能更深入。此外，选择的內容要有一定的难度和开放性，最好适合小组合作探究。

例如：在学习七年级下册的《运动和力》这一章时，教师可让学生以小组为单位，开展“力是如何影响物质运动”的调查活动，要求学生合作调查、观测、对比生活中物质的运动变化与力的关系，并画出力的受力分析图或是作出分析预测，最后提交调研报告。这样的探究活动，既有开放性，又有一定难度，对培养学生探究精神有重要作用。

（二）创新课程教学模式

由于STEAM教育模式与一般的学科教学模式有所区别，因此开展STEAM教育教学，需要教师改进和创新课程教学模式，可重点应用以下两种模式开展STEAM教学。

1.“5E”教学模式

“5E”教学模式是从科学和工程的本质出发来培养科学和工程设计能力的教学模式，是一种从特殊到一般规律总结的过程。它包括五个环节：参与（Engagement）→探究（Exploration）→解释（Explanation）→迁移（Extension）→评价（Evaluation）这五个环节。该模式较好地体现了以学生为主体的教学模式，不同于一般的探究性教学，它从解决现实生活中真实的问题开始，探究内容不仅仅是由教师决定，学生也可以提出问题，在每个阶段都是以学生为中心开展探究工作，而且是以问题为中心开展学习的。学生学习的过程就是一个“提出问题→确定探究问题→个人和小组合作探究→知识应用”的过程。“探究、解释、迁移”这三个过程是学习的关键环节，主要采用自主探究或小组合作学习方式展开，评价环节是由师生共同参与评估学习情况。

例如：在教学九年级上册“物质的变化”这节课时，可运用“5E”教学模式开展STEAM教育，以帮助学生更好地理解和掌握物质变化的概念。

“参与”环节：通过创设情境来导入新课所学内容，可用无色酚酞在白纸上写上几个学生的姓名，张贴在黑板上，此时纸上的字不可见。用碱性喷雾试剂喷洒白纸，纸上就显示出红色的名字。然后为学生提出探究问题：试剂喷洒前后纸张上发生了什么变化？是什么原因造成的。

“探究”环节：教师为学生讲解探究方法、步骤、安全事项和探究主题，然后让学生以小组为单位进行探究活动，探索“物质变化前后的特点”。可通过水加热变成气态，CUSO₄溶液与NaOH溶液混合后的颜色变化、澄清石灰水中通入CO₂就能浑浊等实验来探究物质变化前后的特点，以培养学生的发散思维能力和解决问题的能力。

“解释”环节：让各小组对探究活动进行解释与总结，通过总结让学生得出物理变化与化学变化的区别。在此环节既让学生理解了物质变化的概念，又锻炼了学生的分析、归纳、总结能力。

“迁移”环节：让学生对物理变化的特点进一步探究与总结，进一步抓住物理与化学变化的实质，即两种变化是否有新物质产生，并联系实际解释日常生活中的物理或化学变化，实现学习能力的迁移。

“评价”环节：教师组织学生共同对本课的学习探究情况进行总结与反思，对表现好的学生进行表扬，对其他学生进行鼓励，就能较好地培养学生的科学探究精神。

2.“UIRDE”教学模式

“UIRDE”教学模式是在“5E”教学模式的基础上发展而来的，其运用核心是学生在教师的引导下，在一定的主题范围内进行自主合作与科学探究学习，同样也具有五个环节：理解问题（Understand）→调查探究（Investigation）→查阅资料（Read）→设计构建（Design）→解释建议（Explanation）这五个环节。

例如：在教学九年级上册“能量相互转化”这节课时，可运用“UIRDE”教学模式开展STEAM教育，让学生来探究“机械是如何搬移大型重物的？”这个综合性的问题，以使学生对“能量的转化”形成完整的知识体系。

“理解问题”环节：在此环节主要是明确探究内容“什么能使物体产生运动？”，让学生观察当大小不同的力作用在静止的物体上时，对其产生什么影响，并形成关于物体运动问题的调研报告。可创设问题情境：古埃及金字塔是用巨石修建的宏伟建筑，这些巨石是如何搬运到百米高的地方的？让学生根据已有知识对物体运动原理进行探究，结合生活经验学生就能理解是因为力作用于物体，才使其产生移动的。

“调查探究”环节：此环节是对力的概念和作用结果进行探究，主要探究力是改变物体运动状态的根本原因，可从物体由静止到运动、加速减速、停止以及运动方向进行探究，目的是要理解力的作用结果是什么，并能画出物体的受力分析示意图。

“查阅资料”环节：在此环节主要是对力是如何影响物体运动状态的进行调研，重点调查和研究平衡力和不平衡力，通过调研来理解“物体的运动是由于受到了不平衡力的影响”这个基本原理。主要对物体以下受力情况进行调研：①物体不受力时的情况;②物体受到大小相等且方向相反的两个水平推力作用时的情况;③物体受到大小不等且方向相反的两个垂直方向推力作用时的情况;（逐）物体受到大小相等且方向相反的两个水平拉力作用时的情况;⑤物体受到大小不等且方向相反的两个水平力作用时的情况;⑥向上提拉物体使其没有离开地面;⑦向上提拉物体使其没有离开地面。对这七种物体受力情况创建解释报告。

“设计构建”环节：探究平衡力和不平衡力对物体运动的影响，即研究方向相反的力对物体有什么影响，使学生掌握重力、摩擦力，以及物体在不平衡力的作用下状态的变化情况。

“解释建议”环节：此环节是对“机械是如何搬移大型重物的？”进行解释，可从如下两个方面进行解释：一是静止的物体运动需要什么条件？抬高巨石需要什么方向的力？二是机械是如何利用不平衡力来让物体移动的？通过师生共同对此进行解释，就能让学生理解机械是如何让物体移动的，就能全面系统地掌握本章节的知识，并使学生掌握运用STEAM模式进行科学探究的方法与步骤。

（三）综合运用教学方法

STEAM教育是以学生为中心的教育，为了能更好地体现这个理念，需要教师在教学时根据教学内容需要综合选用教学方法，根据初中科学教学特点宜选择如下方法：

一是选用探究法教学。运用探究法教学是培养学生探究精神的主要方法，能培养学生的质疑和探究能力，探究法通常是以问题为中心开展教学活动的。

二是选用设计法教学。就是让学生运用解决工程问题的方法来解决科学课程学习中遇到的问题，学生通过设计解决问题的方案，能促进科学探究的有效开展。

三是运用实验法教学。由于许多科学发明都离不开实验，运用实验的方法开展教学，能增强学生对所学知识的理解，培养学生的科学探究方法。

四是运用模拟决策法教学。根据对实际问题的探究情况，可让学生来模拟某些工程或項目的决策者，来提出对问题的建议或方案，以培养学生在科学研究中的决策能力。

五是运用小组合作学习法教学。合作学习是科学探究的重要方法，通过合作交流有利于扩大学生思维空间，实现思维创新，有利于困难问题的解决。

六是运用多媒体方法开展教学。运用多媒体手段能为学生创设各种教学情境，激发学生探究兴趣，从而为有效教学奠定基础。

三、结束语

综上所述，STEAM教育作为一种新型教育方法，对提高学生的科学探究兴趣，培养学生的科学案养具有重要意义，因此教师要加强对该教学方法的研究运用，合理选择教学内容，创新教学模式，综合运用多种方法，就能较好地实现科学课的育人目标。

参考文献：

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[2]董静.STEAM教育在初中物理实验课的实践[J].湖南中学物理，2018（11）：23-24.

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[4]李君玉.STEM教育在初中科学教学价值探索[J].天津教科院学报，2015（4）：91-92.

编辑 谢尾合