基于STEM 教育理念的小学科学实践活动课程探索

福建省福州市仓山区教师进修学校 梁东红

为在21 世纪全球化竞争中保持竞争力和创新力，美国提出STEM 教育理念，将零碎知识与机械过程，转换成探究世界相互联系的过程，包含科学素养、技术素养、工程素养、数学素养等部分。2011 年，美国颁布《K-12 科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》提出“科学实践”概念。在此基础上，2013 年美国国家研究理事会（NRC）发布了《新一代科学教育标准》，将“科学实践”作为第一关键词列入该标准中，并取代“科学探究”。2017 年2 月，我国颁布《义务教育小学科学课程标准》，把“技术与工程”单独设为课程内容领域，加强了科学实践环节，强调了科学教学与小学其他学科关系密切，倡导跨学科方式学习，即融合科学、技术、工程、数学为一体的STEM 教育，一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式。

STEM 教育是基于项目的学习，它连接抽象知识与学生生活，运用科学探究过程和工程设计过程，整合过程和内容，解决实际问题。《义务教育小学科学课程标准》也指出：“小学科学课程是一门活动性和实践性课程，是一门综合性课程，是一门与其他学科有密切联系的课程。” 因此，在小学科学课程中，需要实施基于STEM 教育理念下多种多样、与课堂教学紧密联系的科学实践活动。

基于此，本文将具体分析如何在STEM 教育理念指导下，进行小学科学实践活动课程开发，使学生掌握知识和技能，灵活迁移应用并解决实际问题，促进综合素质发展。

一、STEM 教育理念在小学科学实践活动课程中的应用意义

（一）有助于提升学生的综合素养，培养创新能力

科学探究活动中的提出问题、做出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价等过程，仅是科学实践的一个组成部分，科学实践还需将科学知识外化，即应用科学知识解决实际问题，产生具有一定价值的方案、作品等，进而释放科学知识的潜在意义，发挥科学知识的社会联系，实现跨学科知识的融合。在STEM 教育理念引领下，学生在教师的帮助下对问题进行讨论和实践，实现了按照问题逻辑或是项目逻辑，对分学科知识进行跨学科重组，确保了提出的问题和实施的项目，是对所学知识结构全面、均衡覆盖，进而培养学生的实践能力和创新精神，实现学生的个性化发展。

（二）有助于提升教师的综合素养，提高教学能力

STEM 教育理念打破了学科之间的界限，要求科学教师要丰富自己的知识储备，结合自身的教学实践，引导学生利用知识解决实际问题，让学生乐于进行科学综合实践。STEM教育理念的贯彻实施也是教学中的重要转变，教师从以往课堂主角转变为学生学习过程中的引导者，将课堂的主动权交给学生，促进学生科学素养的提升，自身教学能力的提高。

二、基于STEM 教育理念的小学科学实践活动课程探索

（一）课标引领，立足教材，开展STEM 项目式实践活动

在课标引领下，立足教材，开展STEM 项目式实践活动，将知识、技能、解决问题转化为一项研究成果或一项创新制作，学生将所学的科学知识和科学探究方法与生活经验紧密结合，经历提出问题、应用知识及技能解决问题的过程，有效整合和综合运用单元知识。

教科版四年级下册第一单元第二课“点亮小灯泡”，创设客厅装修情境，让学生设计电路；采用启发式教学法让在学生在前一节课尝试点亮灯泡的基础上，慢慢修正、补充并验证关于点亮小灯泡的概念，从而建构自己的知识体系，最终达教学目标，即了解电路是包括电源在内的闭合回路，以及知道简单电路组成的要素有电源、导线、用电器、开关，以及各要素的功能；教师为各小组提供一张平面图，让学生利用所学的简单电路知识设计电路图，本环节在强调电路连接正确的基础上强调了设计的重要性，让学生体会任何工程制造都是从设计图纸开始的，培养学生的工程思维；投影展示几份有代表性的设计方案，让学生对被展示小组的作品进行点评，引导学生从“正确性”“合理性”“美观性”三个维度评价一份设计方案；出示实验器材，印有房子的平面图、电池、灯泡、导电胶布、按钮开关，让学生根据自己的设计图纸在kt 板上进行真实电路的连接，让客厅的灯亮起来。

通过创设房屋装修情境，以帮助房屋设计、安装电路为项目学习的驱动任务，引导学生在学习简单电路的科学知识与连接简单电路的技能后，从设计环节开始，小组合作将纸质的设计图逐步转变为房间模型上的“真实”电路。学生相互合作，运用新的学习技术参与探究以解决问题，开发和呈现表征问题解决的成果。该过程体现了工程思维的操作理念，同时渗透了实践创新与自主评价的教学主张。这样基于STEM 教育理念的教学设计，较之以往传统教师讲解、学生实践操作更有利学生能力的提高、素养的提升。

基于STEM 教育理念下的项目式科学实践学习活动，学生对知识和过程有了深入整体的理解，在他们用于理解世界的各种观点之间建立了有意义的联系，学习了在各种情况下解决问题的科学过程，在实践中将知识内化，建构起自身的理论体系，同时结合生活实际，在实践中运用完善，达到良好的实践效果。

（二）联系生活，拓展课外，探索综合实践课程

STEM 教育理念打破了学科之间、课堂内外的界限，不是单独的、定义明确的经验，它包括一系列不同的体验，涉及一定程度的联系。这些体验可能发生在一个或几个课时内，贯穿整理课程；体现在单一学科或校外活动中，借助这一理念丰富学生科学知识，在亲自动手和动脑中解决问题，掌握更多解决科学问题的方法，提高学生科学认知和思维能力，实现学生的个性发展。

苏教版五年级下册第一单元第二课“怎样移动重物”，通过实验寻找杠杆省力原理，及利用杠杆的特点，知道杠杆是一种简单机械，利用杠杆可以省力。在学习本课后，将学生引入实际生活情境中，根据学生认知特点，选择了生活中常见的杆秤为研究对象，设计制作小杆秤为学生探究实践的重点。学生整合科学、数学、技术及工程四个方面的知识，以小组合作的形式，探究制作小杆秤。在实践过程中，引导学生对杠杆省力原理进行感知和思考，即思考各种选择及其约束条件，如何做计划、建模型、用迭代方法解决问题，让学生深度参与内容、实验、探究、问题解决、合作以及学会学习，从而更好地完成本课的教学目标。学生在这个过程中综合运用跨学科知识，提升综合素质和创新能力，与STEM 教育理念中的跨学科整合、解决实际问题等核心思想高度一致。

随着社会发展，学生的前认知及生活经验也在不断发展着。因此，在STEM 教育理念的指导下，更要联系生活实际情况探索、开发综合实践活动，引导学生解决生活中的实际问题，在实践中达到教学目的。

（三）调动兴趣，结合游学，研究个性化实践课程

在科学学习和实践活动以及探究的天性之间，存在着很强的相似性。二者都受到好奇、调查和探索的激励，两者的核心就是创造力。当学生走进大自然开展游学活动，边游边学，如何实现“游”与“学”有机统一呢？从学生的兴趣出发，从小学科学教学中拓展科学实践课程，构建以学生“学”为主导的游学活动，研究个性化实践课程。

个性化实践课程是建立在学生学习需求上的课程生长过程。基于“科学实践”教学，激发学生在课堂探究学习及游学活动中产生新问题，形成了课程的逻辑起点，在进行问题设计时将知识蕴含于情境化的真实问题中，调动学生自主运用学科知识设计解决方案，跨越学科、时空的界定，提高学生高阶思维。

教科版四年级下册第三单元第四课“把种子散播到远处”，本课在观察花、果实、种子基础上，对植物果实和种子特征做进一步探究，明确把种子散播到远处的科学意义。在本单元学习的基础上，学生产生了一个新的问题：有些植物濒危，它们是如何传播种子的呢？根据问题带领学生走进国家森林公园观察濒危植物的果实和种子；采集标本并进行解剖观察；根据观察提出推测猜想；根据猜测进行模拟实验；分析数据，形成小组对濒危植物种子的传播方式的解释；交流反思后，再次走进国家森林公园，参照小组的解释，收集传播环境条件，并在实际环境搜集更多的证据，形成关于“濒危植物种子传播”的观点说。学生在游学过程中经历了“提出问题—制定方案—证据收集—分析结论”等，充分体现了STEM 教育理念的协作性、体验性、设计性、情境性。

STEM 教育逐渐成为基础教育阶段国际科学教育的一门新兴课程，受到各国的重视和关注。科学实践活动在科学探究的基础上更强调构建理论、构建模型、跨学科融合，融入生活中，应用实践中，只有学生综合运用各学科知识，亲身经历科学实践全过程，综合素养才能更好地得以提升。