基于STEM理念设计专题实验提高实验复习课的教学效率

朱杰兵

摘 要：STEM教育与科学课堂教育本质上就是鼓励学生多自己的思考;多自己的想法;多自己的创新;不怕范错误;充分发挥学生的创造力，鼓励他们动手实践，自己找到解决问题的最佳方案。实验复习课在初中科学复习课中占举足轻重的地位，利用STEM的理念设计专题实验，来提高实验复习课的效率，改变学生在中考实验探究、分析说理、设计实验等题型上的得分较低的情况。通过设计专题实验可以充分挖掘实验，锻炼学生的动手实践能力和深层思维的发展，专题实验中逐步培养学生的高阶思维能力。

关键词：STEM理念;专题实验;实验复习;动手实践;深层思维;高阶思维

一、基于STEM理念设计专题实验复习课的必要性

依据心理学家耶基斯和多德森的定律，在一般情况下，动机愈强烈，工作积极性愈高，潜能发挥的愈好，取得的效率也愈大所以我们的实验复习课如果想调动学生积极主动参与，就必须要有崭新的设计，而基于STEM理念设计专题实验复习课正是为了这一所需。

从2018年底，初中学生综合素质评价已将实验单独进行评价并计入综合评价成绩，实验评价主要包括四个方面的评价观察能力、动手能力、评价与交流、思维能力几个方面刚好与笔者提出的专题实验复习的设计目的吻合。最新2019年初中学业水平考试与高中招生实施意见的通知中，2023年中考科学总分为190分，增加的10分为实验考查成绩。所以在此背景下尝试利用STEM的理念进行指导设计专题实验复习课提高实验复习的教学有效性是十分有必要的。

二、基于STEM理念设计专题实验复习课有利于提高学生课堂的主动性和参与度，促进学生间更紧密的合作交流。

1.学生需要积极主动参与的实验复习课

调查实验复习课是没实验，只是机械的做实验的题目;其次学生也不喜欢重复的实验。而STEM教学理念强调学生四个方面的教育：一是科学素养，即运用科学知识理解自然界并参与影响自然界的过程;二是技术素养，也就是使用、管理、理解和评价技术的能力;三是工程素养，即对技术工程设计与开发过程的理解;四是数学素养，也就是学生发现、表达、解释和解决多种情境下的数学问题的能力。因此基于这样的理念设计的专题实验，不在单纯地重复教材中的实验，也不是单独再现某一个实验;也不再是通过实验题目的练习去巩固某个实验;而是将多个核心实验组合到一起，通过给学生创造一个接一个的实验问题和任务，学生必须根据问题去思考，去合作设计，然后动手实践，在实践中又会遇到更深层次的问题和任务，引发学生更深层次的思维和更深层次的合作，学生感觉这样的实验复习课是崭新的，是充满挑战的，自然课堂的主动性和参与度就更高了。

2.任务的解决需要学生间更紧密的合作交流

专题实验复习课，目的在于复习实验的重点和难点;在于培养和锻炼学生的深层思维能力;在于提高学生动手实践解决综合性问题的能力;所以在专题实验复习课中，我们自然会设计有挑战性有梯度的实验问题和实验任务，而很多任务的完成需要学生的紧密合作，需要学生思维的碰撞，深度的交流讨论。例如在七年级上册的实验复习中可以将体积的测量、质量的测量、密度的测量等核心实验综合起来，运用STEM理念设计一个专题实验复习课。“一颗螺丝帽的秘密”给学生一个待测螺丝帽和相关实验器材，让学生选择合适的器材，设计好测量方案，学生动手进行实践，有的学生负责观察、有的负责测量、有的负责记录，而对测量的结果和误差原因的分析又需要他们的深度思考和交流。在完成这一任务后，如果再将选择器材中的人量筒等器材去除，学生就会遇到困难和挑战，他们需要进一步的合作交流，去思考如何解决，这样的实验专题复习课堂学生参与度和学生的积极主动性，合作交流情况自然不言而喻了。

三、基于STEM理念设计专题实验复习课有利于培养深层思维、高阶思维能力;有利于培养学生的创新能力;

1、学生深层思维高阶思维能力的培养是中考的方向和解决综合性问题的需求

纵观近年来无论是温州各地市的试题考查还是浙江省的各市区的中考，无一例外的都注重对学生思维能力的考查，而轻记忆和背诵。平时学生对反复呈现的实验或习题的考查往往得分情况良好，而在重思维能力考查的题型上，如实验探究、分析说理等题型上丢分严重。所以我们通过设计专题实验复习课，通过创新实验方案的设计，实验方案的优缺点的分析，误差的分析，采用不同的实验方法达到同样的测量目的。这样的专题实验设计的确能快速有效地培养学生的高阶思维能力和动手实践能力。仍以七年级上册体积的测量、质量的测量、密度的测量专题实验复习课为例。在完成一些基础任务后，缺失量筒的情况下如何利用玻璃管自制量筒，这就需要给玻璃管标注刻度，必须测量出一定体积的水，而一定体积的水没有量筒只用天平和烧杯又怎么测量呢？这就结合了水的密度，只需要测出一定质量的水，最终通过学生的一层层的思考分析，最终问题落实到如何测出一定质量的水？然后才能动手实验，具体分工合作。在这样的过程中学生的深层思维能力自然而然地得到了很好的锻炼和培养。

2.创新能力和意识能拓展学生思维的宽度和广度丰富学生解决问题的角度，有利于学生更巧妙、更多方法去解决问题。

创新能力是技术和各种实践活动领域中不断提供具有经济价值、社会价值、生态价值的新思想、新理论、新方法和新发明的能力。在专题实验复习课中，我们可以借助于STEM理念设计精巧的综合性实验，来突出培养这方面的能力。比如在八年级的科学实验中，电学实验是非常核心的实验，而伏安法测电阻又是重中之重。那么我们可以创设一个电阻测量的专题实验复习课，有电流表和电压表来设计测量方案，去除电压表，只用2个电流表;或去除电流表，只用2个电压表;或者提供定值电阻;或者采用单刀双掷开关等等模式。鼓励学生创新，并不断分析方案的可行性、操作的简便性。并不断修正方案，加上滑动變阻器去多次测量，提高测量的准确性等。这样一个电阻测量的问题，就有了不同的思考角度，一个测量电阻的实验就有了不同的设计。学生的今后在解决综合问题时，思维的局限性就会被打开，解决问题的方法和策略自然也就会更灵活。

四、总结反思

根据发展性教育理论，发展的三个方面包括观察力，思维能力和实际操作能力。观察对于发展学生的智力有极其重要的意义，如果具有很强的观察力，则会通过各种途径获得很多的知识。培养观察力，就是启发了求知欲。知识和发展之间有某种“剪刀差”，要始终注意发展学生的逻辑思维能力，培养学生思维的灵活性和创造性。实际操作能力是学生发展的重要因素。笔者已经采用这样的专题实验复习课进行实验复习课的教学，并与名师工作室的同行们一起进行探讨和研究，并设计了一些专题实验复习课，基本得到认可。但基于STEM理念设计专题实验复习课，对教师本身而言准备起来需要一些时间和精力。所以，必须做好合适的专题选择。总体而言，基于STEM理念设计专题实验复习课，能有效促进我们的实验复习课教学的有效性。有助于培养和发展学生的深层思维和高阶思维能力，更加有利于促进学生的动手实践和合作交流能力的提高。

参考文献：

[1]宋宜谦. 耶基斯-多德森定律[J]. 中学生数理化：人教版， 2008（12）.

[2]朱丽娜， 叶兆宁. STEM教育如何从理念走向实践[J]. 湖北教育：科学课， 2016（1）.

[3]朱立伟， 邓鹏， 丁娟. 基于STEM教育理念的“渗透作用”实验教学设计[J]. 中学生物学， 2018（5）.