开展小学STEM教育的思考——以小学科学“水果发电”教学活动为例

江苏省兴化市景范学校 顾健彭

STEM教育是科学（S cience）、技术（T echnology）、工程（E ngineering）、数学（M athematics）四门学科的英文缩写。STEM教育理念最大的特征是跨学科的知识融合，从某些角度上来说与中小学的综合实践课程非常契合。STEM教育在实际的教学实践中应注意科学、技术、工程、数学四门学科的融合，而不应该是简单的学科叠加。在具体的实施过程中，四门学科的位置是一致的吗？笔者认为，小学科学作为一门基础性、综合性课程，无论是课程特点、价值追求还是育人目标，都为STEM教育教学在小学学段提供了良好的实践平台，以科学学科为主导的STEM教学也许更有探究性和可操作性。笔者以《水果发电》为例，进行STEM教育教学设计的阐述。

一、融合学科，使STEM更具可操作性

在STEM教育中，科学、技术、工程、数学之间存在着相互支撑、相互补充的关系，四门学科关系如此紧密，在实践教学中任何一门学科都不能独立存在。笔者在不断地实践和思考中发现在小学STEM教育中，将四门学科有效融合开展STEM教育教学，会使课程更有探究性和可操作性。

追本溯源，小学科学本就是包含科学、工程、技术的综合性课程。教育部颁布的《小学科学课程标准》明确指出：“当今世界，科学发现与技术创新不断涌现，为人类在更大范围、更深层次上认识并合理利用自然提供了可能。科学技术推动了生产力的发展、经济的繁荣和社会的进步，促进了人们的生产方式、生活方式和思维方式的变革。科学技术的快速发展对每一位公民的科学素养提出了新的要求。”由此我们发现，小学课程标准中，“科学”与“技术”两个词语本就绑定在一起，并且“科学技术”一词在课程标准中多次出现。此外在“课程性质”这一章节中，课程标准明确提出：“小学科学课程是一门综合课程，理解自然现象和解决实际问题须要综合运用不同领域的知识和方法。”要求需从“技术与工程”等四个领域，综合呈现科学知识和科学方法，甚至强调了科学课程要与并设的数学等课程相互渗透，以促进学生的全面发展。因此，实施小学科学课程，本身就要树立“大科学”理念。小学科学在实施过程中，有必要适切融合工程、技术、数学等各个学科核心要素，以深化学习内容，提升学生的科学素养。

探究创新，小学科学和STEM教育有共同价值追求。从STEM教育产生背景和发展目标来看，STEM教育的出现是源于20世纪80年代美国对科技人才缺失的反思。他们试图通过STEM教育培养中小学生的科学思维能力和科技创新素养，成为提高国民科学素养，保持国际竞争力的重要教育方式。而现阶段，我国科技人才同样缺乏，特别是高端科技领域，创新型人才的缺失更为严重，这也正是我国各级教育部门和众多学校热衷于探索实践STEM教育的重要原因。STEM是一种偏理科的综合学科交融教育，科学探究是STEM教育的主要学习形式之一，创新意识是STEM教育的主要培养目标，要求一线教师和学生对一个课题项目进行学习探讨时，在学习方法和教学形式上进行不断创新。简单地说，没有探究和创新，STEM教育就会缺失其学科价值和灵魂，失去其发展的动力。而科学探究正是小学科学最重要的课程活动方式，培养创新意识正是小学科学最重要的育人目标。课程标准中，培养创新一词出现14次，探究一词出现了164次。通过这个数字可以看出，创新对小学科学，特别是低学段教学来说可能要求偏高，但科学探究不仅是小学科学的核心、目标，也是小学科学重要的学习方式。因此我们不难发现，探究创新是小学科学和STEM教育共有的价值追求。

思维拓展，小学科学和STEM教育有着共同的育人目标。小学科学既是一门基础性课程，又是一门实践性课程。作为基础性课程，科学课堂需要让学生了解符合他们认知水平的生活常识和科学知识，探究一些常见的自然现象，解决一些简单的生活实际问题，提升他们的科学核心素养。但是科学核心素养的提升不仅仅是科学知识的储备，更重要的是让学生掌握基本的科学方法，通过各种活动性课程，发展他们的逻辑性思维、创新性思维、发散性思维、逆向性思维等能力。小学科学课程上需要进行大量的实践活动，这些活动能够积极有效地锻炼和提升学生的思维能力，这也是小学科学重要的育人目的。STEM教育是一门浓厚的理科性综合课程，其核心目标是培养学生的工程思维和科学思维能力。工程性思维和科学性思维都是综合性思维，培养学生这些综合性思维能力，一是需要学生掌握一定的科学技术理论知识，二是在日常的学习实践中，由教师不断地引导他们运用逻辑性思维、创新性思维等多种思维方式，去发现问题、讨论问题、解决问题，以提升学生思考问题的能力，培养学生良好的思维品质。由此看来，STEM教育作为一种高阶思维人才培养模式，小学科学课程不仅为其提供了一定的知识储备，更提供了丰富的思想方法。因此，笔者认为小学科学课程在思维培育方面与STEM教育有着高度的契合性，有着共同的育人目标。

二、开展活动，体现STEM跨学科理念

“水果发电”教学活动是小学科学五年级上册“电和磁”单元的知识衍生。在教学设计之初，为了让学生通过信息化手段多了解水果发电知识，体现STEM教育的跨学科理念，笔者做了三个活动：

活动一：要求学生在课前制作以“水果发电”为主题的贺卡和手抄报，促进学生对水果发电科学原理的自主学习；活动二：课堂上，组织学生利用铜片和镁片插入不同水果形成闭合电路，点亮小灯泡。通过实验操作，学生了解到水果的数量、种类、金属片插入的深度等因素都会影响小灯泡的亮度；活动三：要求学生利用水果电池制作一个手工作品，将其作为新年礼物送给父母。

活动一指向美术设计，活动二偏向科学探究，活动三则是创意设计和价值体现，三个活动组合成一次STEM活动，都是围绕“水果发电”这一主题展开，集合了科学、技术、工程、数学甚至艺术等多个学科元素。教师通过STEM教学方式，让学生通过信息手段了解一些基本的科学原理，并激发学生的创新意识。但在后来的课堂复盘重审时，笔者意识到了这节课的缺失之处：STEM教育的学科融合，不应该是不同学科的简单叠加，而是要把各学科碎片化的知识不断地融合，让整个学习的过程转化为一个学生通过探究世界相互联系而提升能力的过程。

基于对STEM的思考，对于“水果电池”活动的教学笔者重新进行构建和设计。在让学生了解到水果的数量、种类、金属片插入的深度等因素都会影响小灯泡的亮度之后，教师进一步提出探究性问题：影响小灯泡亮度的根本原因是什么？通过教师引导和小组合作，学生会发现水果中的酸性物质才是小灯泡发光的根本因素。由此，学生对水果电池的研究从浅表层向深层次拓展，从表象研究向根本性研究转变，也就是从“W hat”向“W hy”的提升。那么对于“水果电池”的研究是不是就结束了？我们是否还可以进一步的探究？其实到这一阶段，课程的实施还停留在“科学发现阶段”。如何将我们的学习从发现向设计、建造甚至发明进一步推进呢？由此，可以从两个方面提醒学生，一是因为水果的酸性特质导致小灯泡亮度发生变化，由此我们可以通过逆向思维思考一下，是否可以通过小灯泡亮度的强弱制作一款简单的水果酸（甜）度测试装置？二是本节课我们通过水果制作了一个简单的闭合电路，点亮小灯泡，但“水果电池”仍有不便携带和保存的问题，该问题如何解决？可不可以利用身边的酸性物质，制作一个简单便携的电池模型？通过以上两个环节，学生在掌握基本科学规律的基础上，运用简单的工程意识和技术手段来设计一些简单的科学装置。由此，本次“水果电池”STEM教学活动，以科学学科为主导，充分融合技术、工程、数学各学科要素，基本体现STEM教育的核心理念。

综上所述，从课程标准、价值追求、育人需求等多个方面来思考，小学科学都应该是STEM教育在小学校园落地生根的最好平台，并且在具体的实践教学中应该发挥主导作用。另外，作为小学科学教师也应该提升自己的综合素质，多尝试运用STEM教育理念，创新自己的教学手段，会有意想不到的教学成就感。