论基于STEM的小学科学课程教学设计研究

刘浪

摘要：小学科学教师如果能够将STEM的理念应用到科学课程教学设计中，不仅能够提升学生的跨学科思维，还能够提升学生解决问题和分析问题的能力，有效推动了课程的整合发展。本文以小学五年级科学教学《太阳能热水器》作为案例，详细分析了STEM教育理念下小学科学课程设计的方法，期待本次研究能为小学生的综合成长，小学科学教学质量的提升提供依据。

关键词：基于STEM;小学科学;教学设计

引言：在当下的小学科学教学当中，逐渐涌现出越来越多的问题。为了有效解决教学当中存在的问题，小学科学教师势必要进行课程设计上的创新和改良。而STEM教育理念主要是通过整合多领域知识，旨在培养学生的综合能力。小学科学教师可以尝试将STEM教育理念融入于小学科学课程设计当中。本文主要针对STEM教育理念下小学科学课堂教学设计方法展开探究，详情如下。

一、STEM教育的内涵

小学科学教师首先得厘清三个问题：什么是STEM教育？STEM教育与现有的课程有什么关系？有一部分教师明白，其实STEM指的就是科学、技术、数学、工程这四门学科。

（一）科学

科学主要包含与自然界相关的问题，以经过实证的解释来给出合理答案，可以反映出自然与社会中客观存在的规律系统[1]。

（二）技术

技术其实就是解决问题所有工具与方法的统称。有经验的科学教师会知道，原来在自然科学的教学里面很注重技术设计，或者是技术制作。

（三）数学

数学是一门用来探究空间形式和数量关系的学科，可以说数学就是一种可以用来分析的工具。

（四）四门学科之间的关系

科学、技术、数学、工程之间具有相关性，技术应用于工程，数学应用于科学，科学发展是得益于技术工程的发展。工程主要是培养创造力，要面向造物世界，要设计搭建模型和构建系统。科学是应用科学方法，发现周围世界的规律。

二、小学科学教材中的STEM课程体系设计

（一）STEM课程设计要点

1. 源自身边的工程与技术问题

源自身边的工程与技术问题，突出STEM课程的特征。下图是一到六年级的STEM单元，这些内容都是源自于学生身边的工程与技术问题，有一些问题是前文单元涉及到的问题，到这个单元进行STEM的探讨。我们在教材里面实现STEM单元设计，真正有课时保障的落实到课堂教学里面，可以说是标志着STEM教育进入常态的课程和教学。

2.實现科学探究向STEM的转变

教师在教学过程中要将遇到的问题积极转变为STEM问题，在解决问题的时候也会涉及到科学原理，因此从工程和技术的方向展开设计才能更轻松地实现科学、工程与技术的同步发展。

3.突出STEM课程的特点

在设计单元的时候要思考依据前面的STEM课程特征六点，要思考每个单元课程设计。

（二）STEM课程设计案例

首先教师需要创造一个源自身边的情境，提出问题设计要求，给学生补充学生背景经验，最后进行问题解决或工程设计。比如五年级上课本《太阳能热水器》，第一单元是热传递，认识热对流。第三单元是光，光沿直线传播，太阳光由不同颜色组成，布头颜色、材料吸收和反射光的能力不同，设计太阳能热水器知道选择黑色还是白色，还有光反射，这是给学生STEM课程学习的时候提前铺垫的背景经验。第五单元是认识太阳能热水器，要认识太阳能热水器的结构，比如有集热，有角度架、储水箱、反射板，太阳能热水器的原理是黑色吸热能力最强、热对流、反射光能集中太阳能，有了这些经验就开始制作简易太阳能热水器，首先要设计，然后制作，最后是改进与交流。

在太阳能设计教学当中，主要包含以下步骤：

1.回顾太阳能结构和原理

首先教师要带领学生回顾太阳能的结构和原理，同时还要鼓励学生通过讨论来确定出太阳能热水器的设计方案，这时候教师提供材料，学生开始设计。

回顾太阳能热水器结构和工作原理的时候，给一个太阳能热水器简单剖面图，热水箱在上面，集热管是黑色，有一个倾角。里面会有热水、冷水热对流。

然后要了解工程项目，设计一个情境，如非洲医疗队地方没有热水。每个小组设计一个能在15分钟内能让200ml的水升温的简易热水器。

2.讨论确定方案

接下来讨论简易太阳能热水器的方案，设想可能利用哪些材料可以制作太阳能热水器。这样在此基础上逛各种“材料超市”，了解各种材料的价格，进行成本核算，初步选定设计方案[2]。

3.完成设计方案

最后完成简易太阳能热水器的设计方案，列出需要材料种类、数量、架构、工具，绘制太阳能热水器设计图，简单评估本组设计的可行性，预测加热效果。

4.评价量表

在单元后会给一个回顾单，也是一个单元评价。回顾单的形成是有依据的，教师们如果学过科技学堂里关于STEM案例教学，会熟悉这个撰写工程建议，有四个角度，设计、预算、检验与数据、综合陈述。

三、结束语

综上所述，本文探究了基于STEM教育的小学科学课堂教学设计方法，经过此次研究发现，以STEM教育为基础设计小学科学教学设计能够有效促进小学生综合能力成长，值得推广。

参考文献：

[1]宋怡，祁宇，马宏佳. 小学科学教师视角下的STEM教学特征——基于扎根理论的质性研究[J]. 基础教育，2020，17（5）： 22-33.

[2]苏聪.基于STEM教育理念的小学科学教学设计研究--以科教版《形状与结构》单元为例[D].湖北：华中科技大学，2019.