STEM教育理论下的小学科学教学实践探索

张海琴

摘要：STEM教育近年来在教育领域被广泛应用，越来越多的教育工作者认识到该教育模式的实践价值，积极地将其运用于教学中，打造以STEM教育理念为基础的学习课堂，引导学生依托实际情境处理问题，提高学生的知识吸收融合速度，助力学生科学核心素养的提升。本文立足STEM教育理念，结合小学科学教学实际情况，着重分析有关教学策略，旨在为各位同人提供借鉴参考。

关键词：STEM教育；小学科学；教学策略；研究分析

以任务驱动为载体的STEM教育，是一种融合多学科的跨学科教育模式，其能让学生在完成任务的过程中收获技能知识。同时，STEM教育关注情境式学习及现实问题，遵循“以生为本”的教育原则，并着眼于工程设计，注重培养学生科学与工程素养，以及运用跨学科知识处理现实问题的综合能力。STEM不只是一门课程，它还是一种教学理念。即使是完成相同的目标或者任务，也可以拥有不同的方案、设计与步骤，无需刻意关注最后的结果，重点在于反思与完善过程。一方面提升学生综合探究能力，另一方面培养其团队协作能力，进而促进学生学科综合素养的提升。

1   STEM教育的基本概述

1.1基本内涵

STEM教育是一种具有跨学科特点，且强调多学科融合教学的综合性教育模式，即利用统一化的手段、方法，帮助学生提高其知识技能水平，同时让学生做到变通处理生活中遇到的难题。在STEM教育的界定上，很多研究人员意见相左，其中获得较大支持率的是以下两种见解：其一，STEM教育的实质是课程，主要指向多门学科或者四门课程间的相互融合，是以有目的整合各学科知识的形式解决现实问题的一类课程；其二，STEM教育是指囊括多门学科和多套教学方案的一种课程教学手段。事实上，在有关STEM教育内涵的界定上应防止“一刀切”，无论将其视为学科还是课程，抑或是教学手段和学习途径，虽然在界定STEM教育时均有不同侧重，但最终指向却相同，即把存在联系又彼此独立的课程、学科相融合作为整体。

1.2主要特征

1.2.1跨学科

在STEM教育的诸多特征中，跨学科是最核心的特征，但并不是指STEM教育会把重心放置于指定的学科或者学科界限，而是重点强调融合多门学科知识来处理实际问题，如科学、工程和数学等。STEM教育是把这些学科组合为存在明显关联性的整体，并非随意叠加不同的学科。

1.2.2综合性

一方面，这一特征表现在教育目标上，主要是为了让STEM教育与学校教育产生联系。通过STEM教育，学生能够学习很多理论知识，在现实生活中迁移运用到工程、科学等领域，进一步丰富其思考方式，使学生相互合作或者独立开展调查研究与创新设计。另一方面，在具体的教学实施中能展现很多优势功能，例如，STEM中包含的相关理论知识，技术与工程等。

1.2.3开放性

STEM教育无论在课程内容还是教学评价等方面，均展示出明显的动态性及开放性。不同于传统教育，STEM教育认为知识一直处在动态发展中。STEM将侧重点放到理解知识上，所以选择课程内容时更具包容性，不会只局限在知识本身，而是突出强调将知识迁移运用到现实生活中，处理实际问题。

1.2.4实践性

STEM教育对于研究技术、工程等有关知识具有重要作用。通过深度讲解技术与工程，旨在提升学生解决问题的综合能力，以及对实践本身与学习过程的高度重视，证明STEM教育的实践性。此外，其实践性也表现在实际教学活动中，立足实践并将项目作为支撑，鼓励学生积极参与探究实践，让学生将所掌握的经验、知识更好地融入生活，意识到知识源于生活。

1.3注意事项

开展STEM教育与科学课程的深度融合，需要在实践的基础上，形成多元化的课程融合实践体系，促使不同学习能力学生的科学思维得到发展，提升学生的科学实践能力。小学科学教学实践中涉及的知识内容需要通过实践的方式进行呈现，不仅需要符合科学的教学原则，为学生创造科学有序的实践机会，还要让学生积极主动地参与到实践中，进一步探索科学知识，提升学生的操作能力和想象能力。教师应注重与学生之间的互动交流，避免课堂教学过于注重理论知识讲解，忽略与实践操作的关联性，导致学生失去利用科学知识进行探究的欲望，这样就无法培养学生的实践能力。

1.3.1注重开放性和应用性

基于学科融合的STEM课程开展，教师需要面向全体学生进行科学教学实践引领，带领学生根据学习内容进行系统化的教学规划设计，设计与STEM教育相融合的、多种类型的科学教学实践项目。学科融合的STEM课程具有内在逻辑性和外在关联性，能使学生在STEM学习项目中学会运用已学知识，借助合理的解决方案检验过程，讨论修正结果，帮助学生在开放性、应用性的学习任务中形成科学的认知，提升其设计能力，增强其探究意识。

1.3.2注重真实情境下的问题解决

基于项目驱动的STEM课程开发与实施，需要在学校全面支持的背景下，为学生构建真实的情境。具有创造性的科学教学实践的设计与开发，能促使学生在STEM项目学习中提升科學探究能力。因此，教师应注重科学教学实践设计的真实性，聚焦与生活实践相联系的真实科学问题。同时，教师要重视对学生在科学教学实践中实践操作能力、沟通能力、创新能力和协作能力的培养，以开放性的学习过程和协作性的探究驱动学生的协作与对话。

2   STEM教育理论下的科学教学策略

2.1创设科学学习情境

小学生对于技术与工程知识的理解存在一定难度，所以STEM教育和小学科学教学的融合，应兼顾学生的认知与能力水平。中年级的学生通过之前的课程学习已经具备了一定的自主探究能力，知道如何学习简单的技术与工程。“制作一个降落伞”便是以仿生学原理为依据，选用常见的生活材料尝试探究设计一个生活化的科学实验，旨在让学生初步掌握仿生学的基本原则，并将其迁移运用到日常生活中，为学生今后运用此类仿生学案例奠定基础。教师可先通过谜语游戏的形式让学生快速进入学习状态，在谜语中引出这堂课的主要观察对象蒲公英，同时为制作降落伞的研究项目做好铺垫。学生通过观察蒲公英种子，能直观地发现蒲公英的种子会随风飘散传播，然后教师在PPT上展示蒲公英种子飞行的图片，引导学生构建降落伞和蒲公英种子之间的联系，确定本次的探究主题。

2.2策划科学教学环节

以“制作一个降落伞”为例，教师可以设计“构建降落伞”“模型检测及优化”“交流评价”这三个环节。首先，教师通过展示降落伞的图片，引导学生思考降落伞的设计者由蒲公英种子获得的启示有哪些、降落伞主要由几部分构成，在学生思考的过程中渗透仿生学的知识。利用小学生喜欢动手操作的特点，为学生准备制作简易降落伞的实验材料，如轻薄的塑料袋、黏土（轻质）、线绳等。需要注意的是，不要让学生直接单独制作，而是要以小组为单位进行。一是避免学生因为盲目行动而浪费材料，二是提升学生的团队协作能力。有的学生会提出降落伞应具有优良的稳定性，外形轮廓应流畅等观点，此时教师应总结并指导各组学生将自己的实验方案加以完善。为了让学生直观了解制作降落伞的步骤，教师可结合各组实验方案的重叠部分，在PPT上展示一套完整的制作流程，供学生参考。其次，各小组在规定时间内完成降落伞的制作后，教师告知具体的检验规则：各小组将降落伞在相同的高度放飞，记录好降落伞在空中停留的时间，同时观察其能否平稳降落，检测次数为两次，在参与检测的过程中，学生能了解到数学的测量方法和处理数据的基本知识等。有些小组的实验结果并不理想，此时教师应引导其思考如何使降落伞更加缓慢地降落，如何调试降落伞模型，待学生调试完成后再进行两次试验，对比之前的记录结果，直观呈现改进程度。最后，检验降落伞模型之后，教师需要对探究结果、实施过程及结果进行评价，最好对表现突出者予以一定的精神和物质奖励。选出降落伞降落速度最慢的一组，让其派出代表分享制作诀窍，在相互交流的过程中阐述个人意见并吸取他人观点，从而丰富认识。如果教学时间允许，组织学生讨论日常生活中还有哪些发明是源于大自然，或者作为课时作业让学生通过不同渠道搜集资料，在下一堂课进行交流。

2.3以研究任务驱动科学教学

教师在讲解到“循环”时，一般会选择垃圾填埋、废物利用等例子，却忽视了地球还能让其他物质进入动态循环。在“拥有循环能力的地球物质”探究项目中，可以让学生了解岩石循环发生于地下与地表的动态过程中。该项目尝试采用5E教学模式，为保障探究活动的连续性，课程设置为5个课时，并且每堂课为学生安排不同的探究任务。

2.3.1第一课时探究任务

在学生进行正式调查前，由教师抛出问题“何谓岩石？”给学生一些交流时间谈谈自己对于岩石知识的了解，如岩石的种类、特征等。展示PPT让学生尝试判断图片中有哪些是岩石，教师不要直接告诉学生正确与否，而应让学生通过交流讨论确定答案。然后学生将教师从网上购买的9个岩石进行分类，需要投放到贴有沉积岩、火成岩以及变质岩字样的箱子中。

2.3.2第二课时探究任务

组织学生观察沉积岩，结合个人观察及之前预习的有关沉积岩出现、形成的资料讲一讲沉积岩的主要特征。教师为每个活动小组提供适量的砂岩与一张黑色卡纸，一部分组员负责摩擦砂岩，其他组员使用放大镜观察掉落在卡纸上的颗粒物，然后回答PPT上展示的问题“沉积岩是怎样形成的？”接着组织学生将带盖容器中装些水，然后倒入适量的鹅卵石、粗河沙、土壤等，将瓶盖拧紧并轻轻摇晃，静置20分钟后观察瓶中情况。再提供给每个小组事先准备好的一小袋蜡笔屑、一块耐压性较好的铝箔，让学生借此模拟沉积岩的形成过程。

2.3.3第三课时探究任务

联系再循环抛出思考问题：“同学们，沉积岩通过循环能否成为火成岩？若是能，它的循环过程是怎样的？”教师可以让学生合作将铝箔制作成能包住蜡笔屑（沉积岩）的容器，每组分别到讲台前让老师加热容器，待容器冷却后交还给学生。而学生要对蜡笔屑的整个变化过程留心观察，记录沉积岩变成火成岩的主要过程。

2.3.4第四课时探究任务

教师先向学生提问：“变质岩是什么，变质岩是如何形成的？”然后为学生营造想象情境，即将自己想象成一个固体火成岩，再依据教师的语言描述逐渐感受自己转变成为变质岩的过程。以上任务完成后，学生把铝箔容器交给教师，将其加热至相对较软的状态，把铝箔折叠并由教师轻轻挤压，待冷却后观察新的变质岩。组织学生讨论在模拟压力与热力作用下，变质岩的形成过程及其新性能。

2.3.5第五课时探究任务

教师可以为学生设计“畅游岩石循环”的学习活动，活动中主要包含填写岩石的循环流程、绘制岩石循环图等。让学生扮演地球上的物质，经历每个再循环过程。教师在教室内布置7个小站点，不同站点的目的地不同，而且在各个站点放置一个玩具骰子，6个面分别代表不同的地球过程，抛掷骰子，根据上面的标注，前往指定站点，由学生自己记录所经历的各个过程。通过这一拓展活动，引导学生在趣味活动中走进新的学习领域。

2.4延伸拓展科学学习活动

在《观察叶》这堂课的教学中，教师可以将教学內容与日常生活相结合。在屏幕上出示树叶图片，让学生认识这些树叶及其名称；展示生活中各种植物的叶子，鼓励学生说出叶子所属植物的名称，再与图片进行比较；组织学生观察、对比各种类型叶子之间的不同之处。正式进行观察前，由教师提供基本的观察方法。完成观察后全班交流，整理、总结之前的观察结果并完成观察记录。或者在STEM教育支撑下设计“树叶贴画”的探究活动，融合美术课程，培养学生的观察能力，同时提升学生的审美素养。

综上所述，科学教师要站在STEM教育与学科教学融合的角度。在小学科学课堂，既要帮助学生养成正确的科学态度与良好的科学思想，还应将STEM教育与课程相结合，优化并完善小学科学课程体系，让学生真正学会思考、懂得研究，学有所得。

参考文献：

[1]朱依晴.基于项目的STEAM学习活动设计与实践研究：以小学科学《潜望镜》项目为例[J].小学教学参考，2022（21）：71-73.

[2]谢莹，宋红兵.依托小学科学教材设计STEM项目式学习的有效策略：基于“制作小乐器”的个例分析[J].教育观察，2021（11）：79-82.