STEM项目课程的开发与实施

高先峰

〔摘    要〕STEM教育理念的宗旨是培养学生的理工素养，提高学生的创新创造和合作能力。教师可以进行小学科学STEM项目的验证型、探究型、创造型和框架型开发，并通过构建良好学习环境、开展科学主题活动和打造特色科学课堂付诸实施。可以结合小学阶段科学课程特点，开发STEM项目课程，使STEM项目与小学科学教学有机融合，让学生的科学素养得到全面提升。

〔关键词〕  小学科学；课程开发；STEM项目；实施策略

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  19-0055-03

STEM教育是当下比较热门的话题，其中“S”代表科学，“T”代表技术，“E”代表工程，“M”代表数学，其特征是通过知识的融合，提高学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，将学生培养成面向未来科学技术竞争的创新型复合型人才。STEM教育理念最早在美国推出，研究表明，STEM教育有助于教师培养学生的科学探究能力、创新能力、解决问题和沟通的能力。当今时代，经济社会发展对科学、技术、工程、数学人才的需求迫切，我国教育领域也开展了一系列探索，开发小学科学STEM项目课程，践行STEM教育理念。在实际教学中，以实践化、情境化以及综合性的形式，开展丰富多样的小学科学教学活动，小学生的知识视野得以拓宽，同时也激发了学生的学习兴趣，提高学生的互动交流能力，促进了学生科学素养的全面提升。

一、小学STEM项目存在的问题

（一）教师对STEM教育的内涵不了解

STEM教育最初是美国提出的一种教育理念，之后变成科技教育中最重要的国际分支之一，以新兴教育实践和研究实验室为主要的教育环境，以科学、技术、工程和数学为承载。然而在我国，STEM教育仍然是一项尝试，多数教师知其然而不知其所以然，教师也容易将其与学生手工制作等项目产生混淆。然而，这些课程并不包含科学设计的元素，也不符合STEM教育的本质，仍然属于传统科学课程的范畴。

（二） 小学科学STEM教学的偏差

STEM教育是一种以问题为导向的教学设计，有效结合了科学、技术、工程和数学四个要素，使学生能够自主探索和解决问题，激发学生的学习兴趣，培养学生的科研能力和创新意识。然而，在实践中，这种基于项目的调查总是从教师开始，以相同的结论结束。这不符合STEM教育的目的，即让学生自主研究和解决问题。

二、小学STEM项目课程的开发

（一） 验證型课程

2022年，中华人民共和国教育部颁发新版《义务教育科学课程标准》，标准设置了13个学科核心概念，其中“技术、工程与社会”“工程设计与物化”两个核心概念的学习内容是科学、技术和工程。因此，教师可以基于上述标准，设计出综合和成熟的STEM项目课程。首先，教师应根据课程规定的学习目标，确定课堂上要处理的实验探究、制作、项目研究等学习活动。其次，教师要认真准备课堂评估和具体行动计划以及审查教学重点。例如，依据STEM教育理念制订的“生物的启示”验证方案应包括以下步骤：其一，确定一个学习任务，教师向学生测试正六棱柱的抗压能力。其二，制订一个课程计划，教师根据计划内容，并准备好教具（如砝码、A4纸、塑料平板等）。其三，在课堂上与学生进行互动，鼓励学生积极参与学习过程，教师与学生讨论并评估该计划，以确保其准确性和有效性。其四，对计划的实施过程的有效性进行监测。其五，教师对这一过程进行长期评估，共同反思，加深学生对内容的理解，修改和完善实验方案，并与学生讨论和分析过程中的关键因素。

（二） 探究型课程

在小学科学课程中运用调查法教学时，教师应引导学生识别和解释课程中的未知现象，并进行数据搜集和分析，让学生能够在此基础上正确解释结果。教师应评估学生探究过程的所有阶段，包括选题、想法的产生、提问、数据搜集、问题分析、策略制定、合作整合、创造过程、反思和综合、展示、分享和交流。例如，关于空气污染的STEM课程可以基于以下学习阶段来开发。其一，为了帮助学生理解和概念化空气质量指标，教师可以创建图形图表，帮助学生了解空气质量的监测及其作用，并鼓励学生通过不断研究，了解空气污染的来源。其二，让学生了解温室效应，并动手创建了一个模型来解释它。其三，教师通过与学生讨论和互动，探讨全球臭氧层消耗的原因和后果，并讨论解决这一问题的有效措施。其四，调查室内空气污染的来源，以确定和探索有效的预防措施。其五，教师可以利用空气模型来加深学生对空气污染控制装置的理解，引导学生借助这些装置，更好地理解科学问题。

（三） 创造型课程

STEM技能以科学课程为基础，采用创新的教学模式。其教学目标是使学生能够设计和创造一个物体，同时引导他们设计、创新和开发物体，锻炼他们从不同角度分析、思考问题的创新性思维，以更好地理解知识概念，提出新颖的观点和方法。例如，在新授“警报器设计”相关内容时，教学步骤如下：其一，教师给学生讲一个关于报警场景的故事；其二，教师向学生讲授电路设计的基本原理，由学生设计功能电路图，教师给予相应的指导；其三，小组进行合作设计，在听取学生汇报后，教师给予适时的引导，整合学生设计的报警电路以及设计原理；其四，让学生完成相关测试，检验报警电路系统；其五，学生之间相互交流各组的设计，探讨报警电路的改进方案，让报警器更加实用；最后，大家展示各自的创新和改进的报警器，共同探讨整个过程中的不足之处。这样，就提高了学生对设计和创造新物体的认识，有效调动了学生参与STEM学习的积极性。

（四） 框架型课程

STEM课程的主要结构是将工程当作主要线路，然后在解决问题的过程结合科技知识、数学知识以及科学技术的知识构建知识体系，从而提高学生的综合素养。学生在解决教学中的工程问题时，其整个过程就是进行STEM教学的过程。STEM教学中包含的工程是最重要的组成部分，但是教师也可以根据学生的实际能力引导学生重新对工程设计进行调整。因此，学生在解决工程问题时经常会在各个操作步骤中转换，最后再按照原定的实际线路继续解决，依旧在整个框架内实施。

三、小学STEM项目课程的实施

（一）营造良好学习环境

教师在STEM教学实践中，必须结合当地的实际情况以及学生的現状，营造良好的学习环境，让学生在潜移默化中接受STEM教育，形成相应的科学观念，提升学生的科学认识，让学生科学素养得到提高。以小学科学《七色光》一课的教学为例。在导入阶段，主要是白光演示激发思维导入。首先，我提问学生最喜欢什么颜色呢？为什么喜欢这个颜色？学生自由回答各种彩色。然后，我适时提出，我最喜欢白色，因为它是最复杂的颜色。由此激发学生的好奇心，彩色那么丰富，而白色那么单纯，怎么会是最复杂的颜色呢？对学生的思维产生一次撞击，冲击了学生的前概念。接着，我通过演示实验，让学生亲眼见到白光变成七种颜色的光，引发学生的思考：这到底是怎么回事呢？从而激发学生学习兴趣。在这样的学习环境下，我继续创设一个模拟自然彩虹形成的学习环境，即室外实验模拟彩虹形成。让学生描述见过的彩虹，观看彩虹录像，引导学生回忆、感触生活中很多地方也有彩虹现象。经过讨论，引发学生的思考，挖掘学生对彩虹产生原因的初步认知，为后续实验以及深入探究做好铺垫。然后，介绍室外制造彩虹的方法，带着学生到室外自己动手制造彩虹。这样的方法，以最接近真实彩虹的形成方式，让学生确实感受到了光学的奇妙，对彩虹的形成原理有了初步的、感性的认识。

（二）开展科学主题活动

在日常教学中，教师可以结合当地实际情况或者根据某些社会热点现象，结合STEM教育理念，设计STEM项目课程，开展科学主题活动。在活动中，学生可以更好地掌握一些科学知识，提高自身的科学探究能力，提升创造能力、沟通交流能力和解决问题的能力，发展科学思维。例如，2020年新冠疫情突如其来，面对这种新型冠状病毒，如何让学生也能科学地参与“防疫反击战”？我们学校进行了STEM课程“防疫小能手”的开发，开展了STEM“防疫保护工具”科学主题活动。让学生学习各种防疫知识与技能，对防疫用具进行探索性学习。通过各种活动体验，让学生“学、做、研、悟”，提升学生在真实的问题情境中解决问题的能力。3～6年级开展制作防疫装备主题活动“防疫装备我会做”，如防疫口罩制作活动。首先让学生了解各种防疫口罩类型和结构，对防疫口罩进行分析与设计。在设计时，关注口罩材料，进行大胆的创新；在制作时，学生细致测量、认真裁剪，最终制作出了既美观又实用的防疫口罩。又如自制护目镜活动：首先让学生了解新冠疫情的科普知识，观看疫情相关的新闻，掌握一些基本的防疫知识，知晓护目镜在防疫中的重要作用；然后学习护目镜特点和功能，再通过设计、选材、动手制造，体验制作的乐趣以及成功时的喜悦，同时明确科学防护的重要性和严谨性。通过开展主题活动，学生在实践中了解与掌握了防疫装备的特点、功能，经历设计、选材、测量、制作等技术方法，最终制作成各自的防疫装备，而且在制作活动中，学生不断对各自的设计方案进行改进，既树立了科学的防疫观念，又培养了学生的动手实践能力，提高了学生的科学素养。

（三）打造特色科学课堂

在小学科学教学中，运用STEM教育理念，打造特色的科学课堂。在STEM课堂上，学生的主体地位得到了充分凸显，教师则担任引导者、帮助者的角色。学生将多方面知识进行有效整合，运用各种技能，进行论证、设计、制作、交流。这样，既拓展了学生的跨学科知识面，又提升了学生的认知能力，发展了学生的科学思维，促进学生科学素养的形成。以苏教版小学科学教材《观测星空》一课为例。教师可以通过五个环节来完成所需的教学内容：一是视频欣赏，创设情境，导入新课；二是通过连接“北斗星”，进行第一次建模；三是通过软件starwalk2，让学生自主了解认识星座，形成概念；四是通过制作星座放映器进行第二次建模，建立“我的星座”；五是观看习近平总书记与神舟飞船航天员通话的实况，拓展教学活动，激发学生的兴趣。通过这一系列的活动，特别是二次建模和运用软件观测星空，有效打造了具有STEM特色的科学课堂，激发学生学习兴趣，增长了学生跨学科知识，提升学生的科学素养。

总而言之，在小学科学中实施STEM教学，教师首先要充分掌握STEM教育的真正含义，学校要与时俱进地开发STEM项目课程，积极提倡STEM项目教学，充分彰显新时代教育理念对科学学科教学改革创新的推动作用，构建一个和谐、平等的科学教学氛围，为学生科学素养的全面提升而努力。

参考文献

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