STEM理念指导下小学科学课堂设计的实践探究

凌启煜

STEM理念课堂有别于传统课堂，它的任务定义模糊，却有着明确定义的结果，即解决问题，以问题驱动来展开教学。STEM教育给一线教师带来的挑战主要有：（1）项目内容太大，需要一定的人力和物力，一线教师独立开展存在困难。（2）学习历时久，日常的科学课堂无法承载。（3）选择学习主题存在难度。如何跳脱出STEM教育的常规模式，尝试简单地将STEM理念融入教学？笔者将结合自编内容《放大镜支架》，从以下五方面进行设计介绍：

1 关联知识，确立教学目标

学生对哪里的实际问题能够产生共鸣？无疑是那些发生在课堂上的问题。

科学课堂上会有不少小组实验活动，不同能力水平的学生会暴露出各种问题，不同年龄段的学生也会表现出不同的能力水平。在三年级学生观察蚂蚁过程中，有些学生把蚂蚁弄丢了;有些学生没能正确使用放大镜的功能等。这样的课堂问题背后暴露出了学生在观察蚂蚁时存在问题或困难。同时，在科教版五年级《光》单元中涉及到“凸透镜能把光线会聚到一点”这个知识点，六年级《微小世界》单元中涉及到放大镜知识点以及放大镜组合成简易显微镜的知识点。笔者将这一系列知识进行串联，将如何解决该问题变成STEM理念学习的目标，设计了适用于六年级学习的自编内容《放大镜支架》。

2 创设情境，生成学习目标

儿童具有一种天生的、强烈的了解世界的愿望。皮亚杰认为，儿童生来具有的好奇心是驱使他们探究事物的基本动力。当给学生提供与原有知识或原有经验不同的挑战性环境时，他们的认知平衡结构被打破，从而驱使他们去解决面临的认知冲突。

在《放大镜支架》一课中，为了营造真实的问题情境，笔者引用视频资料，通过学生间对话描述三年级学生在观察蚂蚁时遇到的困难：（1）手拿放大镜时，不方便记录观察结果。（2）放大镜晃动，不能很好地进行观察。（3）蚂蚁乱爬，需要限定环境。笔者将学生整理所得的“困难”以表格形式得以呈现，引导学生初步设想“产品”的理想雏形。在这一环节中，目的是让学生达成共识，在讨论过程中生成共同的学习目标，为接下来的设计定方向。

3 关注思维，激发头脑风暴

学生在学习过程中会出现现有问题与原有知识经验产生矛盾的点，这个点就是值得深挖的思维点。我们的课堂需要给学生足够的思考空间，包括横向与纵向，小组内或班级内进行头脑风暴是有效的途径之一。在学生的争论过程中，他们着手思考如何论证自己的想法是正确的。在这个过程中，学生提出了两个关键点：“用什么放大镜”与“如何让放大镜‘浮起来”。问题的提出，证明了学生对于“产品”的设计有了一定的方向，开始对于制作材料进行筛选，同时也接下来的设计中可能遇到的问题进行了猜想。

接下来，学生在你问我答的过程中解决了上述两个关键点，并选定制作材料为放大镜和透明塑料杯。学生们对于几款杯子都进行了比较，发现一些透明塑料杯直径太大，不能支撑住放大镜，小的透明塑料杯却可以。在一致确定使用小的透明塑料杯后，学生以小组为单位进行设计，各组的设计图呈现的结果往往不同，主要表现为放大镜放置的高度不同。学生们看到这样的结果也表现出了讶异，这时大家意识到对放大镜的高度是不是存在要求，有学生就提问到：放大镜应该放多高呢？

这一刻学生的求知欲望是非常强烈的，他们渴望知道关于放大镜放置高度，想证明自己的设计是正确的。这时，笔者协助学生回顾放大镜可以汇聚光线到一个点的知识，引出“焦距”、“物距”概念，使学生知道当“物距”小于“焦距”时，可以发挥放大的作用。经过实际测量，学生们发现塑料杯高度太低，并不合适，于是之前选定小的透明塑料杯作为制作材料的决定被推翻。此刻，学生对于“产品”设计有了全新的认识，了解了其中所蕴含的科学原理，对于制作材料的选择有了更为全面的考量。受到固定思维的影响，学生对于制作材料的选择一直围绕杯子，于是笔者引导道：“塑料杯不能满足我们要求。生活中，有没有哪些物品和塑料杯接近，同时高度更高，有调节的空间？”有学生面露得意地回答道：“我知道了，农夫山泉水瓶正好，拿出了瓶子。你们看，上面小下面大，大小都能调节，是不是完美！”

经过一系列的推敲和论证，“产品”制作的材料最终决定了下来。在这一环节中，设计的核心在于关注学生的每一句话，尝试着用问题梳理、实物展示等方法为学生解决“困境”，保证他们讨论的流畅性，并始终围绕学习目标。

STEM教育是关于解决实际问题，具有真实性。当问题的难度略高于他们现有的知识水平，往往更能激发学生的积极性。在学生讨论过程中出现停顿或激烈争论时，教师需要格外留神，因为这时学生思维遇到了困难。面对这样的状况，教师除了在教学设计时做足预设外，还需要准备相应的材料，使得学生不必凭空猜想，以免产生天马行空的设计。

4 落实细节，融入STEM理念

工程设计步骤是每一节STEM课的核心。在小学阶段，学生对于设计还比较陌生，设计是需要教师提供有力的支撑，学习单就是方法之一。笔者按矿泉水瓶1：1比例绘制了学习单，同时标注了高度和宽度，方便学生对于矿泉水瓶的设计和改造。在设计过程中，虽然图片是平面的，可塑料瓶是常见之物，学生较为容易进行空间转化。由于图片和实物是同尺寸的，学生可以在图片上直接进行模拟裁剪。确定裁剪位置是需要学生通过测量知道放大镜的内直径和外直径，对应到矿泉水瓶的直径。此外，学生在前面学习到“焦距”的概念，也需要一并考虑进去。这就要求学生对于自己的设计进行全面的思考。

在设计过程中，学生脑海中的产品模型逐渐清晰，这为后面的个性化设计打下了基础。有些小组站在使用者的角度开始进行思考：[组内讨论1]：我记得三年级的时候，老师要求我们观察蚂蚁的头、胸、腹三部分，还有足。我们都是从上面看，能不能从下面看呢？[组内讨论2]：视频里，小妹妹用尺子量蚂蚁长度，蚂蚁哪里会配合，她太天真了。师：那你们有没有什么办法可以让蚂蚁一放上去就能知道多长呢？生1：放一把尺子在底下就好了。师：其他人觉得呢？生2：它爬到尺子外面就不行了。生3：底下全是尺子就好了呀！师：大家可以想想数学课上老师是怎么教大家比较长方体的大小的？生1：一立方厘米的正方体。哦！我知道了，全部画出一厘米的格子就好了。（兴奋状）生3：蚂蚁又没有这么長，我觉得一毫米就够了。

学生们一开始制作的是“产品”的基础模型，可学生完全不会满足于完成一件毫无新意的“产品”，他们认为自己完全可以设计出更适合解决三年级学生观察蚂蚁的“产品”。有了这一驱动力，学生开始站在使用者的角度思考设计，回顾自己在观察蚂蚁时遇到的具体问题，有针对性的改造“产品”。于是，有的小组设计了两个支架，方便观察蚂蚁腹部;有的小组设计了可以放置两个放大镜的支架;有的小组在支架上增加了刻度纸，可以直接测量出蚂蚁的长度和宽度。当学生们开始思考如何让自己的“产品”更具特色、更受低年段学生喜爱时，STEM的设计理念才真正得以落实。

5 多元评价，鼓励学生登台秀

评价是STEM教育的重要环节之一，它检查了学生的设计，同时也给他们展示设计的平台。在《放大镜支架》一课中，“产品”优劣的评定有着一套详细的标准，小组成员相互试用“产品”进行互评。有了“产品”展示，各小组争相上台介绍自己“产品”设计的亮点和巧思，还有小组特意创作了宣传标语。同时，有了评定细则，台下的学生会对展示的“作品”提出具有正对性的问题，如“你们如何确定两个放大镜之间的高度”等问题。在这个环节中，每个学生都变成了严谨的裁判员，围绕产品标准对每件产品进行了全方位的检验，给予公正的评分。STEM理念的的融合，使得科学课堂变得妙趣横生，学生真正地成为了课堂的主角。

或许STEM项目课程太“宏伟”，但打造融合乐STEM理念的科学课堂定是力所能及的。当在教学中努力践行新理论、新知识，通过精心设计课程，把新理论逐步渗透到每一次、每一步的教学活动中，科学课堂将焕发新生。

（作者单位：浙江省杭州市萧山区赭山小学）