STEM教育理念下的小学科学实验改进与创新策略

郑秀丽

摘  要：STEM，是一种以项目学习、问题解决为导向的跨学科学习方式和课程组织方式。本文通过改进实验材料，渗透STEM理念;改进实验装置，深化STEM理念;改进实验方法，巩固STEM理念;自制创新教具，升华STEM理念四个策略来例谈STEM教育理念下的小学科学实验改进与创新策略。

关键词：STEM  小学科学  实验改进与创新  策略

科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）与数学（Mathematics）即STEM，是一种以项目学习、问题解决为导向的跨学科学习方式和课程组织方式。新的《小学科学课程标准》提出了学科关联建议：“倡导跨学科学习方式。”因此，如何在stem教育理念下对小学科学实验改进与创新，我将结合日常教学例谈几点策略。

一、改进实验材料，渗透STEM理念

实验活动材料的准备是有效渗透STEM理念的基础，是一切探究活动的开始，材料选取是否合理将直接影响学生探究活动能否顺利进行，对科学概念的理解是否准确。新课标要求小学科学教学与生活联系更加紧密，脱离了生活，我们的教育就会变成无源之水、无本之木实。然而，教材中一些材料本身有问题，学生实验时缺乏可操作性，浪费时间，更可怕的是打击学生的科学探究积极性。如果把教科书中的部分实验材料更换成生活中常见、便于操作且价格低廉的材料，不仅能够代替教材中材料的功能，还能使实验的效果更直观。

例如，教科版小学科学五年级下册《沉与浮》单元第一课《物体在水中是沉是浮》。实验一，猜测验证胡萝卜在水中是沉是浮。实验二，切分萝卜，把它切成一半、四分之一、八分之一，甚至更小，通过实验让学生知道由同种材料构成的物体，在水中的沉浮与轻重和体积大小无关。存在问题：胡萝卜下端富含矿物质，密度比其他部位大，胡萝卜整个在水中上浮，而切分后下部分在水中下沉，直接误导学生，影响探究的有效性，因此不能作为探究的材料。改进方法：在这个探究活动中，我把萝卜改为苹果，实验效果明显，学生不会产生歧义，且为下节课探究“物体在水中沉浮的因素与什么有关”提供了有结构的材料。

二、改进实验装置，深化STEM理念

实验装置的科学设计是推进实验进程的必经之路，是实验取得预期效果的关键。在现有教材中，有些实验装置不够严密，造成实验误差大，有些实验装置烦琐，导致实验时效长，有些实验裝置操作困难，结果学生无从下手等。通过改进实验装置，可以深化STEM理念。

教科版五年级下册《热》单元第3课《液体的热胀冷缩》，探究液体的受热后长度的增加。教材中用液体受热后膨胀变长推动导管水位上升的高度与冷却后下降的距离来测量液体膨胀系数，学生只能用眼睛观看凭感觉，无法得到一个准确数据。针对这种情况，我改进导管上贴一个刻度尺，在到烧杯另一旁放一支温度计，通过观察刻度尺与温度高低时间变化得到的真实的数据，学生观察更加形象直观。

三、改进实验方法，巩固STEM理念

实验方法是科学教学的前提和关键，如果能对已有实验进行重新设计，对设定实验进行分析，找出不足，再选用新的方法，促进实验最优化，这样会更符合新课改的理念和要求，从而提升实验教学的实效，巩固STEM理念。

目前，教材中很多实验的方法和步骤很不适合小学生的认知规律。在设计实验时，引导学生进行自主探讨，尽力选用简便操作、效果明显的方法。比如，教科版五年级下册《浮力》这一课，主要实验是探究浮力和排开水量之间的关系。如果按照原有教材规定的实验器材开展实验太难操作，实验存在很大误差，而且效果欠佳。存在主要问题有以下几点：1.用橡皮泥固定杯底的小滑轮或者勾码，橡皮泥在水中会融化，粘贴不住，容易被拉掉。2.装水的容器也难以选择，容器大了便于直接用手操作，但水位上升不明显，不利于观察;容器小了便于读数，但杯底的滑轮不太容易安放，老师演示都难以操作，更别说学生分组实验。结合本单元教材内容和教者对教材的理解，重新设计实验：用一个塑料空瓶代替泡沫塑料块，一个1000毫升的塑料量杯代替水槽，采用往塑料瓶中加钩码的方法，改变给塑料瓶施加的压力来探究它排开的水量和受到的浮力大小的关系，该方法便于操作，简单直观，顺利完成教学任务，达到了预定的目的和效果。

四、自制创新教具，升华STEM理念

自制教具不仅可以弥补现有仪器的不足，制作和使用得好还能活跃课堂气氛，化抽象为直观，突破教学难点，使学生易于理解所学内容，提高课堂效率，升华STEM理念。

如“光的反射”这一节内容中，教学重点是让学生认识光的反射及运用。光是通过直线形式传播的，如果这个规律只凭教师讲解，学生并非亲眼所见，就没有说服力，学生也难以理解。所以，教师、学生可自制演示箱，在箱内放置一面镜子。当光源的光照射到镜面时，学生通过观察就很容易得出“光的反射也是直线传播的”结论，本节课的教学难点也很容易得到突破。

总之，在日常教学中，有效的实验改进的确能给探究活动起到推波助澜的作用，但在改进的过程中，我们不能盲目和随意，一味追求为改进而改进。实验改进应在教材实验的基础上，以教学重难点的突破、科学概念的建构、认知理解的疏导及动手操作的简便等作为改进的依据，同时在STEM教育理念下，结合学生的年龄特点和实际情况，有的放矢地进行，将STEM教育理念融入科学实验教学之中，这也是新课程改革的必然选择。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.小学科学课程标准[M].北京师范大学出版社，2017.

[2]王林松.剖析实验环节改进实验方法[J].新课程：中旬，2014（7）：104.

[3]贺勇.创新实验器材优化实验设计[J].教学仪器与实验，2010（10）.

[4]彭玉兴.自制教具在小学科学教学中的有效作用[J].中国校外教育：美术，2012（2）：106.

[5]北京桂馨慈善基金会.走向探究的科学课[M].浙江教育出版社，2018.