基于STEM理念下的初中科学概念教学设计

江锦君

【摘  要】本篇文章主要侧重研究初中科学概念教学中存在的问题，并且吸取一定的科学知识理念，从而对教学知识进行分析研究，并初步确定杠杆科学概念教学实施阶段中的STEM概念教学模式，从而应用到初中教学之中。

【关键词】STEM教育;初中科学;概念教学设计;分析

前言：

科学概念是知识的组成，是确定科学知识理论结构的重要基础。学生能否掌握具有科学性的概念知识是教育发展研究的必要前提。因此，科学性的概念知识教学是学生形成科学知识概念的基本途径，是教学最基础、最重要的内容之一。

1 现状分析：初中科学概念教学的现状

概念教学在目前我国初中教学中具有重要的主导地位，因此，教师对所学概念的知识教学应十分重视。但从初中科学知识与新概念课程教学的专题问卷，进行调查和数据进行统计，发现主要存在以下几点问题：

1.1学生方面

对我校学生进行了抽样调查分析，根据数据结果整理得出概念，学习行为发现“做大量习题学习”和“背诵记忆学习”占90%左右。针对这种因素，具体是什么原因造成很多学生以强加记忆为学习方法来代替概念学习。

1.2教师方面

针对初中学生非常低效的开设概念学习课程，在对初中学校教师开设科学概念课程的教学行为进一步调查，整理统计数据得出科学教师对于概念教学学习进行了分析。从中可以明显发现，绝大部分初中教师在学生进行数学概念思维教学时，重物理概念思维讲述，轻数学概念思维建构，缺乏对具体数学概念的基本科学定位和正确理解，阻碍了中学生进行概念主义思维的横向发展。

2.模式确定：初中科学概念教学实施STEM教育的途径

笔者根据初中科学理念与课程教育概念结合教学理论，研究建立了关于科学概念的初中教学理论模型。

基于STEM教学理念的建构初中科学概念探究教学模式，将围绕核心概念问题展开，在初中教学情境下，教师需提出一个核心概念问题，学生通过运用包括STEM四个不同方面的初中科学知识和初中科学概念探究思维来进行问题研究，解决核心问题并最终完成科学概念。这样的综合教学模式，一是突出所学知识的实际内在联系;二是鼓励广大学生通过综合性地运用学科相关所学知识，创造性地解决实际问题。根据以上两种教学发展模型分析，可将新的教学发展途径划分为4个教学步骤，来组织进行。

第1步：根据概念分析建立问题情境。创设的教学情境还需能够引导学生主动发现实际问题，并能综合应用于STEM教育的基础学科知识，引出教学概念。

第2步：引导学生以问题小组为研究单位，运用STEM等知识，系统进行实际问题研究，并学习收集相关问题的解决方法和分析数据，建构问题概念。

第3步：引导学生在小组间沟通交流互相讨论，设计并提出能够解决实际问题的最佳解决方案，深化问题概念。

第4步：引导学生学习利用新概念建构的基本概念方法解决新建构问题，应用新概念。

3 .教学实践：凸显STEM理念的杠杆概念建构

杠杆概念是基于初中自然科学，初中教学模型设计过程中的重要教学概念，本文将通过结合初中科学概念STEM杠杆教学理念，基于初中教学模型设计实验模型，以及在2016年浙教版初中下册自然科学课程教材第三章第4节《简单机械——杠杆》中的杠杆教学内容和以杠杆为教学范例，建立以典型杠杆概念问题理论探究为主要教学中心的初中科学概念STEM典型杠杆教学理念的教学模型进行设计。

本第节课对于杠杆基本概念的基础知识体系建构，已经充分体现了STEM教育的基本理论实践要求。通过学习引导学生主动独立思考，如何有效地地拔掉这些铁钉子，让学生深入地地理解我国现代科学、技术、工程、数学四大交叉学科，不同领域之间的相互协作关系，逐步通过独立思考建构一套科学化的杠杆关系理论模型。最后让学生思考并找出当手拿物体抬起时、当踮起脚尖时人体中杠杆的五要素，又将概念与工程联系起来。

4 .实践反思：基于STEM理念的初中科学概念教学实施建议

科学理论研究工作基于一种类似模型STEM新型科学理念的概念模型，做了一次本土化、学科化、操作化的理论分析与科学理论研究实践，初步分析研究出了探索方案设计，并提出基于一种模型STEM新型科学技术理念的模型和初中教学理论实践的设计方案示意图，并将其广泛应用在科学理论概念模型教学实践课堂中。在开展课程应用教学理论实践中，认真研究总结并提出了关于综合研究实施STEM应用教学理念，科学教育概念的新课程应用教学，有效教学实践经验建议。

4.1"工程"的选择要适切

围绕概念引出的工程要有以下三个层次的特征：

4.1.1真实性

教师不仅需要注意创设真实的教学设计问题以及教学情境，并且在实施建筑工程教学设计管理教学中，对教学环节中的每个教学问题以及环节，要求所做到的都具有一定的教学知识性和梯度性，由深变浅化简，由易入深，吸引中学生的自主学习力和兴趣。比如，在建构一个基于杠杆概念模型的数学课程教学中，如何正确用手撬起一根黑色木桩上的一根黑色钉子，再发展到用一把新的螺丝刀怎样更有能力地撬起的一根钉子更容易，问题层层叠叠，走向更加深入，再通过一次引导每个学生三次的数学动画课和图形练习，来帮助建立一个新的杠杆概念模型。

4.1.2注重学科性

工程中的需要必须包含大量的基础知识与专业技能，通过对工程核心技术问题的分析拆分，获得更为细化的基础知识与专业技能。STEM技术理念组是涉及一个学科中所有相关基础知识、关键技术概念的整体组织，具有可以跨越多个不同学科研究领域的特殊重要性。

4.1.3延伸性

学术研究问题分析具有深入探讨和不断拓展延伸的学术价值，有利于发挥并挖掘的巨大学术研究潜能。比如在常用杠杆人体运动基本概念第一课的具体教学中，延伸而引导，让学生从中寻找一些日常生活工作中的常用人体杠杆，以及学生了解一些人体杠杆运动过程中的一些常用杠杆等。

4.2学科的整合要聚焦

教师认为需要努力探索克服以往零散知识片段中的复杂课程内容和教学活动，聚焦现代科学概念，引导中学生通过运用现代科学技术原理，进行问题探究、数学计算、技术理论基础知识与科学技能的综合训练等方法，来快速准确完成各项科学技术。比如，在一个物理杠杆到圆这个概念教学中，撬起一个木桩上的钉子这项新的知识中，涉及杠杆到圆的一条切线和一个支点，如何充分运用一些基础数学知识作为线索来牵引出一个数学杠杆到圆，作为整个概念理论教学过程中的一个数学核心力臂。鼓励中学生教师在正确掌握教学核心知识概念上，可以不用花更多的时间深入透彻对其进行教学理解，避免对教学基础知识内容的完全覆盖。

4.3概念的应用要开放

教师可以应用概念性和迁移性地方法，解决实践中的新概念问题，以有效促进学生对新概念的横向深度学习。将建构的杠杆运动模型横向延伸到一个人体运动中的杠杆、展示学生艺术作品、小组互动交流问题汇报等多种形式，共同研究解决学校生活学习中的新技术问题，最终真正达成师生深度融合学习。教师在数学概念的实际应用教育过程中，应引导学生发展留出足够的理论认知发展空间和实际操作实践空间，重视培养学生的活动体验和学习兴趣发展，鼓励培养学生的发展创新主义思维。

5、结束语

教师可以结合学生的学习能力，适时设置学生发展教学目标，使学生牢固掌握科学知识的基础上，开展更深层次的科学探究。因此，教师在开展初中学生科学概念教学活动中，充分研究借鉴和探索，吸收初中STEM技术的教学理念、方法和教學内容，对提高学生的初中STEM科学素养水平，具有重要的指导意义。

参考文献：

[1]任伟，李远蓉.基于STEM教育下的中学化学教学模式初探[J].化学教与学，2015（7）：10-12.

[2]宋巧颖，黄燕燕.基于STEM教育的课堂教学设计[J].闽南师范大学学报，2017（2）：128-131.

[3]王玥月，陆建隆.凸显STEM教育的初中物理教学设计初探[J].物理教师，2017，38（2）：41-43.