如何在科学教学中融合STEM教育理念

胡海涛

教育部于2017年 2月颁布的《义务教育小学科学课程标准》中指出：“科学、技术、工程与数学（Science， Technology， Engineering and Mathematics， STEM）是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，它将科学、技术、工程、数学有机地融合为一体，有利于学生创新能力的培养。科学教师可以尝试运用于自己的教学实践。”然而，科学教师具体怎么尝试、怎么实践，课程标准中没有详细的指导，这给广大喜欢STEM教育的教师们带来了一定的困惑。其实，“科学、技术、工程、数学”等学科彼此间是相互交融、相互影响的，STEM教育的价值恰恰在于既保存了每一门学科具备的特殊性，又将其可以相互渗透、相互融合的部分结合在一起，从而促进了各学科的融合发展。

青岛出版社小学《科学》教科书的技术与工程部分中，多节设计与制作类型的课中都体现了STEM教育理念。例如，《走进虚拟世界》一课，让学生通过自制一个VR镜来体验与了解VR技术，充分展现了STEM的教育理念，使学生明白“任何工程都需要借助数学和技术来完成，且不能违背科学和自然规律”。

鉴于笔者是《走进虚拟世界》一课的编写者，在这里把这一课的教学设计思路奉献给大家，希望能让广大科学教师对“技术与工程”部分的STEM教育理念有个详细的了解。

针对VR眼镜一课的教学活动，笔者设计了以下几个环节。

一、引发需求

教师首先播放一壮汉带着VR眼镜观看VR电影产生“害怕”反应的视频。随后教师问学生：视频中的壮汉为什么会吓得瘫倒在地呢？然后，教师再播放一段“过山车”的VR视频给没带VR眼镜的学生看，看完提问：你们觉得可怕吗？为什么我们的反应和他不一样？这样以问题解决为导向，让学生通过讨论得出，要想看VR电影就需要有VR眼镜，引发制作的需求。

二、探究原理

教师出示多种VR镜的图片和一个VR镜实物，并引导学生观察VR镜的结构，包括镜盖、镜片、镜身。接着，就“看VR视频时，VR镜哪一部分起到了重要的作用呢？”这一问题展开实验。实验时学生一只手将放大镜放到眼前，将另一只手的手掌放到放大镜前，并前后慢慢移动到合适的位置，就能通过放大镜看到清晰放大的手掌掌纹（如右图）。同样，也正是放大镜的放大作用使我们看到了放大清晰的VR视频。

放大清晰的像有了，可是VR视频中那强烈的立体感是怎么产生的呢？为了解决这个问题，教师带领学生做“一只眼睛对手指”的游戏。游戏规则：一同学闭上一只眼睛，用自己的食指从上往下去触碰眼前另一个同学的食指（如左图）。通过游戏，使学生感受到“一只眼睛看物体时立体感比较差，只有两只眼睛同时看物体才能在大脑中形成明显的立体感”，从而明白VR镜需要将两片放大镜同时使用才能起到立体的效果。

以上两个探究活动表明：VR镜是含有科学原理的技术产品，体现了本课的科学性。

三、创意设计

做VR镜时首先要做个长方体的盒子，由于自制VR镜是用手机做屏幕的，手机要放到盒子里，所以盒子的长和宽分别比手机的长和宽略大。可是盒子的高度怎么确定呢？教师引导学生再次讨论放大镜的使用方法，用放大镜看手机屏幕，量出图像清晰时放大镜到屏幕之间的距离（近似于焦距），這个距离就是盒子的高度了。这样，在设计盒子的长宽高的过程中用到了数学学科的知识。正是“盒子的高度等于放大镜到屏幕的距离”，才保证了我们通过盒子能看到放大清晰的手机视频，并能在我们的头脑中形成立体效果，设计很精巧，有技术含量，体现了本课的数学性。

四、技术制作

根据自己的创意设计，用剪刀和卡纸、双面胶带剪出并粘贴成一个带有盖子的长方体盒子，并根据自己两眼的距离，在盒子的相应部位开两个小孔，孔的大小比放大镜略小，把两个放大镜粘贴在盒子小孔的内部，盖上盒子，VR镜就做成了。完成后引导学生理解：“我们根据需求对卡纸、放大镜等材料的利用和改造就是技术。”从而体现了本课的技术性。

五、应用体验

将手机播放VR电影后，放在自制的VR镜里，手持VR镜看VR电影，体验身临其境的VR效果。看完电影之后，引导学生理解：“为满足我们的需要，运用科学和技术进行设计、制造VR镜的活动就是工程。”

回顾教学活动设计：首先，通过为学生提供视频情境引发他们对VR镜的个体需求，并激发学生参与制作与设计活动的强烈动机;其次，放大镜的“特殊使用”实验揭示了VR镜的使用原理（体现科学），同样“一只眼睛看物体立体感差，两只眼睛看物体才能在大脑中形成很强的立体感”的实验也蕴含着科学原理（体现科学）;接着，以测量为主要方式对VR镜的外壳进行设计，设计出一个长方体盒子（体现数学）;然后，各小组根据自己的设计，利用工具进行制作加工，落实自己的设计（体现技术）;最后，将自己的作品应用体验于生活（体现工程）。整个设计通过科学、数学、技术、工程四门学科的融合，让学生体验享受完整的STEM活动过程，并引导学生对活动过程进行抽象、概括，继而形成“技术”和“工程”的主要概念，达到课程标准中的要求。

【作者单位：烟台市芝罘区葡萄山小学  山东】