STEM教育与小学科学有效融合的尝试

陈汉杰

摘  要：“STEM”教育强调将分散着的科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科内容自然组合、有机结合，形成相辅相成、缺一不可的整体，从而帮助学生更全面、深入、灵活地认知世界，突出综合分析和解决问题的能力以及创造性思维的培养。五年级上册第四单元第一课《我们的小缆车》是科学教材中为数不多的可与工程、技术、数学想结合的课例，结合此理念，本人对该课例的教学进行了探索。

关键词：STEM教育;有效融合;尝试

在很长一段时间里，学校教育的主要功能是传播知识，“科学”课也被称之为“自然”课、“常识”课。随着科技的飞速发展，尤其是互联网、智能手机等工具的普及化，使学生获得知识变得非常容易。人们逐渐认识到学校的功能正在慢慢改变，教育的重点要把从知识传递转到创新能力的培养上来，多学科交叉和合作越来越重要。

为此，在我国小学阶段培养学生科学素养方面，可借鉴STEM教育的理念提出切实可行的教学策略：正如STEM教育所提的倡那样，学生在科学知识、科学思维、科学能力、科学精神等方面的发展依赖于实践探究、学科融合、思维训练、情感渗透等多维度、立体化、开放式的学习体验。

笔者在《我们的小缆车》课堂教学中，试着结合以上四个方面进行了探索。

一、培养学生“搜集实证给出结论”的意识

STEM是一种教育理念，有别于传统的单学科、重书本知识的教育方式。STEM是一种重实践的超学科教育概念。本课就是让学生经历这样的一个过程，发现“垫圈越多，运动越快”的现象，并得出“重力越大，速度越快”的结论。

为此，我在上课前，精心准备了实验器材。上课前，起码得准备小车和铁垫圈，可是学具袋里只有小车，没有铁垫圈，怎么办？我请人帮忙，找齐了100个铁垫圈，却发现实验并非想象中那么简单，如果操作不当，很容易使小车飞出实验桌。经过多次改进，我在实验桌的边上加了挡板，实验终于可以开展了。然而紧跟其后的是教学过程如何设计、课堂如何开展又是摆在面前的一个难题。“我们不能将科学教材当作圣经一样去教学，应提倡‘用教材教”而不是‘教教材 ”这句话我时刻记在心中，但教学时我们又必须理解编者这样设计的意图，如果连编者的意图都没有理解，而随意去更改教材，去追求创新，那也是不适当的。经过初步的思索，我把本课时安排了三个实验：一是安装小缆车;二是研究用几个垫圈刚好可以拉动小车;三是研究小车运动速度与拉力大小关系的实验。可是，这样的设计在试教时就被否定了，因为本课中要考虑的细节实在太多，再加上三次活动，时间根本来不及，最后，我将三个实验并成了两个实验，这样大大提高了课堂效率。

只有让学生经历实际的实验操作过程，得出的结论才是经得起推敲的。

二、培养学生“利用工具进行操作”的动手能力

STEM非常重视学生动手能力的培养，因为我们的生活需要设计，需要改造自然，来满足人类需求。本课中，让学生分组进行“组装小缆车、做阻挡板、做钩子、拧螺栓”等操作，正是一个技术活，老师应该留有充分的时间让学生操作，体验工具的使用，学会基本的设计和操作。

在课堂教学中，我们总是在不经意中给学生太多的限制：让学生介绍实验方案及注意点，总是担心学生不会答而把实验要求讲得尽量详细清楚，没有留给学生充分的思考和交流时间;让学生汇报，总是尽揽对结论有效的信息等等。其实，在科学课堂教学中，教师的语言应该简洁科学，如果简洁性不强，对问题的重复叙述较多，实际上就是占用了学生的探究时间，因此，只有 “无言”或“少言”才能换得学生自主实验后的“多言”，从而使学生主体性得以充分发挥。学生才能真正成为课堂的主人，才能用自己的思维、想法指导行动。

另外，在动手操作方面，我们总是喜欢将所有的学具都准备好，学生只要操作即可，这其实是一个误区。因此，我在课前专门腾出了一个时间，让学生自由组装小缆车，所有实验中用到的缆车都是自己组装的，学生在这个过程中，学会了如何使用螺丝刀、如何做阻挡版、如何做钩子、如何使用老虎钳等等，大大提高了学生的动手操作能力。

三、培养学生“用实验数据验证推测得出结论”的能力

为了培养学生的数据意识，我在课堂上是这样教学的：

1.教师直接出示一辆小缆车，提问学生“你用什么方法，让它动起来？”

生回答：拉、推……

2.老师这里有几个铁垫圈（手里多拿几个垫圈），你能用这个，让小车动起来吗？可以用几个？

生猜测：1个、2个……

3.师演示实验（为了节约时间），学生观察。

4.请你们思考一下是什么力量使小缆车运动起来的呢？

生回答：垫圈的重力。

5.介绍重力，出示概念：物体这种向下的力，我们把它叫做重力。我们的小缆车是垫圈所受到的重力通过绳的牵引转化为拉力，才使我们的小车运动起来的。

6.引导学生阅读资料库“重力和万有引力”。重力这一科学概念的理解和掌握是教学目标之一，教师让学生在充分体验的基础上逐步建立重力这个科学概念。另外，教师还以开放的教学，引领学生对重力这一科学概念的学习进行拓展阅读。）

7.推测，刚才的实验我们用拉力已经让小车运动起来了，那怎样做才能让小车运动的更快呢？请同学们猜测一下：拉力大小与小车的运动快慢有什么关系？ 生猜测：拉力大，速度快;拉力小，速度慢。

8.制定研究计划，为了保证实验顺利进行，在实验前制定实验计划。（小组合作）

9.將实验数据记录到表格中

10. 请结合数据，来得出你的结论。

让学生在实验之前进行研究计划的制定，是为了后面更好的进行实验，有序高效地完成实验。让学生知道做任何事情如果提前做好计划合理分配时间，就会事半功倍。而让数据来说话，得出结论需要配合精密的计算能力，表格的数据要符合逻辑证明，应有数据支持，这更是STEM教学的重要理念之一。

四、带领学生经历一个完整的“探究式学习过程”

如今，辅导机构遍地开花，如果去绝大部分机器人培训机构问他们的课程对孩子有什么作用，标准的回答是动手能力、逻辑思维能力、创新能力等，你再问，是如何培训这些能力，到底有没有效果？基本上得到的反馈就是茫然了。如果去绝大部分的科学实验类的机构问同样的问题，他们会说启蒙孩子对科学的兴趣。事实上，孩子对科学的兴趣是天生的，他们对孩子保持兴趣是有些作用，但是也仅仅如此。他们之所以强调兴趣的重要性，其实本质上是因为他们自己没有更深入的思考，更谈不上教学体系。

真正的STEM教育，是遵循科学探究的流程或工程实践的流程的，这是一个项目化的课程设，教学方式以项目为周期，带着孩子去探究或实践，在这个过程中让孩子自己建构知识和技能，达到培养内内在的综合能力的的目标。

这个过程中，孩子要能自己描述问题，找出解决这个问题的限制条件;接着通过各种渠道收集资料，找出前人的方法;在已获得的资料的基础上，根据自己拥有的知识提出所有能想到的解决方法;在这些方法中筛选出最好的一个，建立模型;利用材料，创造出实物，实现自己的想法;测试作品;为作品作出评估，并进一步完善设计。

本课是单元的起始课，是为了最后一课《设计制作小赛车》铺垫的。本单元从介绍适合人类使用的不同动力（弹力、风力等）的缆车开始，引导研究测量力的大小，分析滚动和滑动摩擦的区别，从课内不断拓展到课外……贯彻了“大国复兴需要伟大工程”的理念。只有让学生经历这样一个完整的探究过程，孩子们自己建构知识和技能，才能使学生得以从一个更全面的视角来理解科学、技术、宇宙、自然现象、生命形式、现代文明的价值和意义，从而激发多元、灵活而深刻的思考。

参考文献

[1]  （美）羅伯特·M·卡普拉罗，（美）玛丽·玛格丽特·卡普拉罗，（美）詹姆斯·R·摩根，《基于项目的STEM学习：一种整合科学、技术、工程和数学的学习方式》，上海，科技教育出版社，2016年01月。

[2]  北京市第五中学分校，《STEAM课程项目手册》，北京：电子工业出版社，2017年8月。

[3]  张悦颖，沈祖芸，《小学STEM教育实践路径与方法——上海市世界外国语小学的探索 》，上海，科技教育出版社，2017年11月。