用“脑”探究，有效生成——例谈STEM理念下学生科学应用能力生长实践研究

江苏省常熟市教育局教学研究室 徐兆燚

“动手动脑做科学”，已经成为近年来科学课的一句热门“标语”，这一理念已经在广大科学教师心中扎了根。在最新版的《小学科学课程标准》中也明确了科学探究是科学研究过程的本质特征，具有重要的教育价值，科学探究是学生学习科学的重要方式。

确实，在如今的科学课堂上，学生动手的机会多了，然而，日常课堂中的学生科学探究往往存在只做表面功夫，只动手不用脑的现状，学生轰轰烈烈的“探究”着，却没有真正思考过自己在探究些什么，并且真正参与科学探究的学生也占少数，多数学生只在旁观，科学课堂存在着热闹但低效的现象，学生的科学应用能力没有得到生成与生长。在新课标中，明确新增了技术与工程学，即STEM中的“T”和“E”的重要性，并明确要让学生体会到“动手”的成功和乐趣，养成通过“动手做”解决问题的习惯。

一、细化探究要求，引导探究的方向

科学课堂上琳琅满目的实验器材，是最吸引学生的，而恰恰也是这些器材的丰富性让学生忘记了要用它们来做什么。因此，在学生动“手”之前，教师必须对探究的具体规则与要求等进行细化，让每一位学生都能搞清探究活动的方向。下面先请看六年级上册《建高塔》一课教学片断：

师：这节课，老师还是想让大家来动手，我们来建一座高塔好不好？

材料已经为大家准备好了，每组：一个大瓶子，两个小瓶子，200ml的水，一卷胶布，15根小木棒，6根橡皮筋，剪刀。

建塔规则也很简单，在规定的时间内（12分钟）用尽可能少的材料建造出一座最高的塔。具体要求有四条，请大家仔细看清楚：

1.装水的容器不能参与搭建。

2.剪刀只能用来剪胶布，不能用来破坏其他材料。

3.最后高度是指从桌面到瓶子的最高处。

4.节约度是看最后每组剩下多少木棒。

（展示评价表）建好塔后，我们将从高度、稳定度、节约度、美观度四个角度，来综合评价各小组的作品，其中前两项采用最高五颗星、最低一颗星，后两项则采用最高三颗星、最低一颗星这一打星评价方法，来评选出“最精美之塔”……

师：大家都明白建塔规则了吗？动手之前先动脑，我们得先来设计一下——利用这些材料，你们小组准备搭建出一座怎样的高塔？请各组先完成设计草图，同时把搭建的步骤写下来……

《建高塔》可以说是一堂典型STEM课，当学生收到“建高塔”的任务，并面对着瓶子、水、小木棒、橡皮筋等材料时，他们头脑中立马出现了他们想要搭建的高塔的样子。此时如果不明确具体要求就开展活动，那就似幼儿园小朋友搭积木，能够生成的科学知识、培养的科学能力也就较为肤浅。而在上面这一教学片断中，教师把“高塔”的具体规则要求以及评价标准，通过简明扼要的文字、一目了然的图表形式，让学生明确了建塔任务，尤其较为细化的评价表，让学生直观地认识了高塔评定中高度和稳定度的重要性，这样，他们接下来动手建高塔就有了方向性。

此外，由于想法是抽象的，于是教师就要求学生把想法转化成设计图，像建筑师那样在图纸的指导下去搭建，这也是体现了STEM理念，把科学和工程联系了起来。这样，教师从介绍材料、提出任务及评价标准、设计草图几个层面逐一细化，给学生指明了动“脑”与动“手”的方向,使学生的探究活动富有成效。

二、联系生活现象，明确探究的目的

生活中处处是科学，科学知识又指导着我们的生活。学生科学素养的其中一点就是能够用所学的科学知识来解释生活中的科学问题，相反，生活中的很多常见现象，也能帮助学生更好地做科学。

例如在学习五年级上册《做一个太阳能热水器》这一课之前，其实学生已经储备了一些如何获取更多光和热的科学知识，只是怎样把这些知识应用到这堂课的制作中，很多学生还是无从下手。这时就需要生活的指导，向学生介绍生活中的太阳能热水器，先让学生利用所学的科学知识来解释太阳能热水器的原理，这时学生就自然而然有了思路，他们接下来的设计制作过程就变得有目的、有方向了。

又如《神奇的纸》一课，课堂面对的是低年级小朋友，他们消化不了过于复杂的语言解释或者过于深奥的科学原理，但是他们也有很丰富的生活经验，把课堂上的探究活动和他们熟悉的生活现象联系起来，对于动手探究是事半功倍的。

师（展示快递箱）：这个纸箱子见过吗？前几天徐老师网上买了一箱苹果，这个箱子就是用来装苹果的，小朋友们你们看看这个箱子有什么特点？为什么不把苹果直接全部放进一个大箱子？用手分别在桌面上按一按普通纸和你折成瓦楞形状的纸，告诉老师有什么不同的感受？（普通纸没有弹性不能弹回，瓦楞纸有弹性能弹回）现在你知道为什么苹果要装在这样的箱子里了吗？因为瓦楞纸有弹性，可以起到缓冲的作用，用一圈瓦楞纸板包围住苹果就不容易撞坏了。

师（展示瓦楞纸杯）：这种瓦楞纸杯见过吗？在哪里见过？这种纸杯有什么作用？（学生回答）它有隔热的作用？这是真的吗？想不想亲自感受一下？（取出装有热水的密封袋）老师这里有一袋热水，一会你可以一手贴着一张普通的纸，一手贴着你折出来的瓦楞纸，把这个装有热水的袋子夹在中间，感受一下，注意不要大力按压，袋子被压坏了会烫伤手的。小组长来领密封袋，感受完成，再把密封袋交上来。谁来谈谈你的感受。（学生交流）

从上述的教学片断中，可以看出教师把这几个探究活动穿插在各个生活场景中，用生活现象来帮助学生明确探究的目的，用买苹果的箱子引导学生感受普通纸和瓦楞纸弹性的不同，让学生思考装苹果的箱子为何要用瓦楞纸板，用星巴克的杯托引导学生思考瓦楞纸的隔热性能。把课堂和生活充分结合，用生活经验指导课堂知识的学习，再反过来用所学的科学知识来解释实际生活中的现象，帮助学生提高科学应用能力。

三、关联其他学科，寻求探究的准则

新课程标准给出了科学课程与其他学科融合的建议，尤其是与数学学科的关联与互动，这也是STEM理念对科学教学的要求。尽可能地要让学生在科学探究的过程中使用数学知识和数学思维方式，给科学探究确立一个准则，让科学探究有严谨的科学性，而不是乱做一通。科学探究活动对数学知识有一定的依赖性，也可以说，学生的数学知识为学生的科学学习积累了丰富的前概念。其实数学学习过程中很多知识和技能都可以成为科学学习的有力辅助。比如对于大小、数字、颜色、形状等的的认知，在科学观察实验活动中以及科学观察记录过程中起到了很好的指导作用。

一年级《给物体分类》这一课，要求通过运用观察的方法，根据不同物体的其中一种特征，进行分类，如：用手摸、掂重量等。学生在一年级上学期的数学课上，就已经学过了初步的分类和整理，能够根据种类、颜色、形状区分简单物品，主要是用眼睛看的观察方法。那这些知识就为学生本课的观察活动提供了准则。

又如最典型的科学对比实验，便是数学中对变量的控制。对比实验是小学科学学习中最基本、应用最广泛的探究方法之一，《运动与摩擦力》《溶解的快与慢》等课中都有对比实验的应用。要得出科学的实验结论，那就要明确对比实验的规范和准则——“只改变一个条件，保持其他条件都不变”。而这一公平性准则并不是由教师告诉学生的，是教师引导学生自己寻求到的，事实上，学生也完全有能力获得，因为他们在数学学习的过程中已经无形中具备了这个思维。

四、关注“弱势群体”，保证探究的全员性

学生是科学学习的主体,这里的“学生”指的应该是全体学生,而在实际教学过程中总有那么一些“弱势群体”，有些是不愿意参与探究，有些是不会探究。教师也很容易睁一只眼闭一只眼，让科学探究成为了个别学生的“专利”，带着其他学生走过场。似乎看起来，这也完成了科学探究的任务，但这却是不负责任的科学探究，更谈不上有效的科学探究。教师要善于捕捉这些学生身上的闪光点，通过一些激励机制，扶着他们走第一步，培养他们对科学探究的兴趣，尽量让每一个学生都参与进来。

想让学生在探究中获得更多的生成，得到更大程度的科学应用能力的生长，教师需要不断积累引导学生用“脑”探究的策略，唯有且行且思考，方能铸就更好的课堂，成就更好的学生。