STEM教育理念下小学科学教学设计优化策略研究

【摘" 要】 STEM教育是综合科学、技术、工程、数学等学科知识的一种综合教育方式，突出学科之间的交叉渗透，从而提升课堂的有效性。STEM教育强调科学、技术、工程和数学之间的跨学科整合，并特别注重学生的实践性、情境性、趣味性和协作性。文章旨在探讨STEM教育理念下小学科学教学设计的优化策略。首先，文章对STEM教育的概念进行了描述;接着，详细阐述了STEM教育的理念和价值;最后，深入分析了基于STEM教育理念的小学科学教学设计优化策略，这些策略包括强化跨学科融合、创新教学理念、构建情境化学习环境以及丰富实践活动。实践结果表明，这些优化策略能有效提升学生的学习兴趣、实践能力和创新精神，为小学科学教学的改革与发展提供了宝贵的参考和借鉴。

【关键词】 STEM教育;小学科学;教学设计;跨学科教学

一、STEM理念概述

STEM，即Science（科学）、Engineering（工程）、Mathematics（数学）、Technology（技术）四门学科的综合，早在1986年，美国科学家就已开始探索STEM教育理念，其显著的应用效果得到了政府的大力支持。随着我国对教育发展的日益重视，STEM教育理念逐渐被引入国内，并得到了广泛的普及和实践应用。STEM教育特点鲜明，强调整合性、体验性、探索性和合作性。

通常，小学阶段的学科教育是在领域划分后进行针对性教学，而STEM教育理念则强调多门学科的思想整合。相较于传统的“填鸭式”教育，STEM教育更具先进性。因此，小学教师在进行科学教学时，应摒弃传统的教学模式，结合STEM教育理念，融合多门学科的思想优势，产生思想关联，从而促进学生跨学科的发展，打下坚实的学科基础。

STEM教育理念尤其注重学生面对疑难问题时的自主解决能力。在多学科综合学习过程中，教师应针对学生的问题进行引导式解决和鼓励，逐步培养学生的动手实践和自主创新能力。由此可见，STEM理念在小学科学教育中具有极高的重要性。基于STEM教育理念，小学生可以更高效地掌握科学知识，强化逻辑思维，并在轻松愉悦的科学课堂中获得成长，这将有助于小学科学教学效率和质量的大幅提升。

二、开展STEM教育的必要性

首先，从中华民族伟大复兴的宏伟目标出发，立足于培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，开展STEM教育是至关重要的。STEM教育不仅能够有效提升学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，还能深入发展学生的四种关键能力，即认知能力、创新能力、合作能力和职业能力，是培育复合型、创新型人才不可或缺的教育形式。

其次，从学校内涵发展与品质提升的角度出发，基于构建凉州区发放镇九年制学校“文溪雅荷之雅行乐学”课程体系的考量，为了营造有利于培养学生创新能力的教育环境，开展STEM教育势在必行。STEM教育不仅丰富了学校“文溪雅荷之雅行乐学”课程体系的内容，还为项目式学习提供了具体的实施途径，极大地推动了学校内涵发展与品质提升，是激发学生潜能、促进内涵式发展的必要教育手段。

最后，从学生全面与多元发展的角度出发，基于挖掘和发展学生爱好与兴趣的需求，为了营造基于个性化发展的教育环境，开展STEM教育具有重要意义。STEM教育不仅能够激发理科生的学习兴趣，还能有效培养和发展学生的动手实践能力，特别是提升他们解决问题的能力。STEM教育不仅为学校内涵发展定位，更为学生个体的未来就业“把脉”，是满足新时代人们对优质教育需求的关键教育形式。

三、STEM教育理念的价值

（一）提升教学效率

在小学科学课堂上，教师应用STEM教育理念可以引导学生成为课堂的主体，指导学生用心观察、独立思考、合作讨论、体验实践，让学生通过参与课堂活动深入理解和感悟自然现象与客观规律。当科学客观规律通过学生的用心观察、独立思考、合作讨论和体验实践得出时，学生对科学知识的记忆程度、理解深度和掌握的灵活性都会远超于单纯讲授所得。因此，应用STEM教育理念能够有效提升学生的学习质量，并提高课堂教学效率。

（二）提升教师实力

相较于常规教育模式，应用STEM教育理念对教师而言确实更具挑战性。教师需要具备将科学、技术、工程和数学的多学科知识进行有效融合的能力，并在小学科学课堂上将这些知识与地理、历史等其他学科知识相融合进行讲解。同时，教师还需将这些融合的知识以趣味化的方式呈现，以确保学生能够保持浓厚的学习兴趣。因此，为了有效发挥STEM教育理念的价值，教师需要不断拓宽自己的知识面，持续提升自身的综合能力和教学技巧。

四、STEM教育理念下小学科学教学设计优化策略

（一）在教学设计上实现学科融合

STEM教育以其显著的跨学科融合特点，要求小学科学教师特别注重小学科学与其他学科知识的融会贯通。教师需要运用现代教育技术，将科学、技术、工程和数学等方面的知识融入小学科学课堂，实现课堂领域内的学科融合，从而全面促进学生的发展。STEM教育强调学科之间的知识关联性，因此，在小学科学课堂中，教师应为学生提供充足的实践机会，借助全媒体教学工具，不断创新多元化的教学模式。通过学科之间的知识点进行交互式碰撞，教师可以开拓学生的思维，深化学生对科学知识的探究和理解。让学生在学科交叉与碰撞中，夯实科学课堂的理论基础，发展学生综合学习的能力。

举例而言，在学习“下雨天先看到闪电再听到雷声”的科学原理时，教师应探究与其他学科的关联知识。例如，“在比赛长跑的开始阶段，发令枪的烟雾与枪声哪个速度更快？”这一问题实际上涉及的是物理学和工程学的内容。以上两个问题分别关联于自然科学和工程学，它们之间的共通点是“光速比声速快”。教师可以利用这一理论知识，将两个知识点进行综合讲解，并进一步拓展学生的知识领域，如“有色烟雾”“发光火药”等技术层面的知识。这样，就可以实现科学、工程、技术三者的跨学科知识融合，开展整体性、系统化的关联性教学。因此，小学科学教师应深刻认识到STEM教育理念的跨学科融合特点，积极实现科学、技术、工程、数学之间的相互交叉和融合，以丰富学生的科学认知，拓宽学生的学科视野，为学生的深度学习和发展奠定坚实的理论基础，进而促进学生在未来学习中的终身发展。

（二）在教学设计中更新STEM教学理念

STEM教育理念和素质教育理念的贯彻落实，不仅为小学科学教学带来了理念上的创新，还极大地丰富了教学方法和策略。这些改革在提升学生参与科学活动积极性的同时，也帮助他们树立了正确的科学态度，并显著提升了他们的动手能力。因此，在小学科学课堂中，教师应积极更新和采纳STEM的创新性教学理念。

一方面，教师应实现STEM教育理念与素质教育理念的统一。STEM教育的核心在于科学、技术、工程和数学的有机统一，它是培养学生创新能力和解决实际问题能力的有效途径。这一具有深远意义和影响力的教学理念，要求小学科学课堂实现这四个学科的有机整合。通过跨学科融合的教学方式，激发学生的科学探索欲望，进而培养他们的创新思维。另一方面，教师应创新小学科学的课堂教学策略。小学科学是一门涉及多学科知识的综合性课程，教师不应局限于科学知识的教学，而应引导学生从全方位、多角度分析并解决问题。通过创新教学策略，教师可以充分发挥STEM教育的优势，使小学科学教学更加生动、有趣和有效。

举例而言，在教授“制作计时器”相关知识时，教师应首先明确学生的具体任务是“制作计时器”。根据学生的年龄特点和身心发展规律，教师可以将学生分为若干个学习小组，以小组合作的形式开展计时器的制作活动。在活动过程中，教师应及时给予学生指导和帮助，鼓励他们自主探究摆钟的工作原理。教师通过展示摆钟的工程图，利用视频、动态图片等多媒体形式，可以直观地让学生理解摆钟的运作机制，并教授他们计数器的制作方法。因此，教师应充分发挥STEM教育的优势，利用多学科知识的融合，为学生创造丰富的实践机会。

（三）在教学情境设计中营造立体化的STEM学习情境

小学科学课堂应着重从培养学生科学核心素养的角度出发，结合其综合性、实用性的特点，有效整合跨学科的教学资源。教师应借助信息化的教学手段，努力创造STEM教学情境，充分考虑小学生的实际情况，以激发他们的学习积极性和兴趣。小学生受年龄因素的影响，对周围事物往往有强烈的好奇心，但注意力也容易分散。鉴于小学科学课堂与技术、工程、数学等学科紧密相连，教师应深入分析小学生的认知发展规律，对教学资源进行深度优化和整合。在全媒体时代，教师可以利用丰富的网络信息资源，为学生筛选出高质量的科学学科材料。同时，借助云端、微课、慕课等现代教育技术，教师可以创设形象化、立体化的STEM学习情境，让学生在这种情境中发挥主观能动性，积极参与科学实践活动，从而更好地掌握科学知识，提升科学素养。

举例而言，在学习《影子》这节课时，教师应充分结合课程的实践性特点，组织学生在晴朗的天气下参观校园。引导学生利用现场观察的方法，确定太阳的高度和位置，教授学生使用如“平臂叠拳法”等有效的科学方法，来测量太阳当时的高度，并示范正确的测量方法，确保学生正确操作。同时，鼓励学生及时记录太阳高度和位置的变化。通过观察与测量，学生能够深入理解和掌握本节课“影子”的关键知识点。在此基础上，教师可以组织学生进行小组合作学习，确定讨论主题“太阳影子的变化规律”，并围绕这一主题引导学生开展有序的讨论。这样的教学活动为学生营造了一个立体化的STEM教学情境，不仅有助于学生深入理解科学知识，还能提升他们对小学科学的兴趣，从而打造高效的小学科学课堂。

（四）组织丰富的社会实践活动

STEM教学具有综合性和实践性，小学科学课程侧重于培养小学生的动手操作能力。因此，教师应加强学生之间的合作探究，为学生提供丰富的社会实践活动，以加强学生的动手操作能力。小学生正处于认知能力和动手操作能力发展的启蒙期，对部分实践活动无法完成，教师应引导学生在社会活动中寻求同学的帮助，以组建团队的方式，加强团队的团结协作，在激发学生团队意识的基础上，提升学生的动手操作能力，并能够有效地将课堂上的理论知识应用到日常生活和学习中。

举例而言，在学习“河流对土地的作用”相关科学知识时，教师应为学生提供现场型的演示实验，借助电子白板等信息化技术手段，为学生模拟出“河流冲击土地”的实验。该实验对小学生而言有一定的难度，涉及复杂的材料准备和动手操作程序，并且对冲击实验的记录要求准确。因此，教师应根据小学生的科学水平和学习能力，将学生分为多个学习小组，组织学生在小组内进行科学实验和模拟实验。小组合作学习应注重讨论交流的质量和顺序，坚持小组成员在科学实验中的主体地位，并充分发挥每一位学生的优点和特长。擅长书写并速度较快的学生可以负责记录实验书库，动手能力强的学生可以主持实验的模拟活动。本节课的实验活动能够有效激发学生对科学实验的参与度，并提升学生间的团队协作精神，培养学生的科学思维和创新思维。

五、结语

本研究深入探讨了STEM教育理念下小学科学教学设计的优化策略，不仅深化了对STEM教育理念的理解，还为小学科学教学的改革与发展提供了全新的视角和策略。经过一系列的实践探索，跨学科融合、创新性教学、情境化学习环境以及实践体验式学习等策略在小学科学教学中的有效应用，已经显著提升了学生的学习兴趣、实践能力和创新精神。需要强调的是，教学设计的优化是一个持续不断的过程，它要求教师在实践中不断探索、总结与反思。随着科技的日新月异和教育理念的持续更新，教师需继续深入研究，不断完善和优化小学科学教学设计，以确保其能够紧密适应时代发展的需要，从而培养出更多具备创新精神和实践能力的人才。

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