基于STEM理念的初中科学教学策略

伍海龙

STEM是Science、Technology、Engineering、Mathematics四个单词的首字母，主要理念指的是将科学、技术、工程、数学四个方面的内容综合搭建在一起开展教学的理念。将这一理念融合在初中科学教学中，旨在丰富学生的科学学习方式，推动学生综合学习能力的提升。基于此，初中科学教学可以首先从帮助学生搭建系统学习思维、提升学生搭建综合学习能力、提升学生初中科学内驱力等方面出发，探究搭建以STEM理念为基础的初中科学教学必要性，其次，从搭建教学情境、思维导图搭建知识支架、模型推動教学、实验实践教学、拓展教学资源、搭建评价体系出发对初中科学教学策略进行阐释。

一、基于STEM理念初中科学教学的必要性

（一）帮助学生搭建系统学习思维

基于STEM教学理念能够帮助学生搭建系统学习思维。这一学习思维的搭建主要表现在初中科学基础理论知识的分析、搭建信息技术学习认知、搭建实验工程实践的学习思维、推动数学逻辑思维四个方面。其中，初中科学基础知识是开展STEM教学的基础，能够为学生搭建完整的初中科学思维提供帮助。而信息技术的应用能够让学生创新初中科学学习思维，这一思维主要包括结合多媒体、互联网搜索、线上实验、虚拟模型等信息技术帮助学生加深初中科学的理论知识认知。线上示范实验和模拟实验视频为学生搭建了实验步骤，引导学生完善实验思维。实验工程让学生在现实课程实践中为学生做示范，引导学生实践，推动学生科学认知，能够让学生在实践中了解实验的详细过程、注意事项和知识迁移。数学思维的搭建可以从秤的刻度、分析刻度原理等方面出发。逻辑思维、数学原理、知识应用也为学生量感的培养提供了帮助。

（二）提升学生搭建综合学习能力

STEM理念是推动学生在初中科学中培养知识学习、迁移、抽象、创新、实践、合作、交流等综合能力的基础科学教学理念。在新的理念引导下，学生的初中科学学习不再仅局限于课堂教学，而是能够突破时空限制，从线上去学习个性化的内容。在初中科学应用题和实践中培养初中生科学知识理论迁移应用能力。学生的抽象能力可以通过观察教师准备的初中科学模型和自己实践中初中科学理论知识模型中得到培养。在合作探讨的过程中，学生会打破之前惯有的认知，在彼此交流中产生新的想法和认知。从某种程度上来说，学生将这种新的思维认知转变为躬行实践，他们的创新能力、合作能力、交流能力便可以得到有效发展。

（三）提升学生科学学习的内驱力

其实，STEM理念下的教学从新的角度来说是对初中科学教学的创新，这种创新改变了传统教学中单一知识输出、单一试题练习等枯燥无味的教学内容和教学形式，让学生在一个框架知识比较完整的体系中有了新的体验和感受。这些体验主要包括线上和线下一体化、课内外完整联系、实践和理论融合等多元的内容，这些内容能够让学生逐渐搭建新的学习思维。此外，内驱力的提升也表现在新理念下个性化的教学。每个学生都能在自己的认知范围内接受对应的知识，这些知识符合学生的科学学习基础，能够减轻学生因为能力不符而造成的学习压力。情境化的教学为学生提供了形象的教学内容展现形式，为学生理解抽象的科学知识提供了帮助。

二、基于STEM理念的初中科学教学策略

（一）搭建STEM理念下的初中科学教学情境

学生的内驱力是初中科学课程有序开展的重要因素。因此，教师要探究能够调动学生科学学习动力的合适的方法。情境教学作为必不可少的教学方式之一，一般用于导入教学阶段或者帮助学生将抽象的知识转化为形象的内容。STEM理念下，初中科学教学情境主要包括图片、视频、故事、生活化工具等。图片情境主要是指包括科学教学内容的形象化展示，如漫画、生活化图片等。视频情境主要是指结合科学教学内容的形象化的生活情境、实验情境、短视频、动画视频等。故事情境则是将科学知识故事化的，一般通过讲解科学知识对应名人的故事进行。生活化工具主要是将与科学知识联系在一起的工具直接展示在学生面前，帮助学生结合生活中日常相关内容进行详细分析。以上多元化的教学方式能够推动学生在情境教学中增强内驱力。

以浙教版七年级下册第一章《代代相传的生命》中的“植物的一生”内容为例，教师可以在STEM理念下搭建合适的初中科学教学情境。本节教学重点是引导学生了解植物的一生中的变化过程。以菜豆种子为例，教师展示种子原形、幼苗发芽、根系、长叶、结果、成熟的完整生长状态图片。其中每一个图片应该标志日期，以此让学生更加清晰地了解种子发芽的周期、所需温度、水 、土壤等。这一情境能够让学生在知识的学习过程中形象了解植物的一生。结合这一过程，学生便能够了解种子的萌芽发育、生长周期等科学知识内容。结合STEM教学理念，教师能够在信息技术的指导下，为学生展示以上图片中种子生长的详细过程，包括种子什么时候从土里冒芽、长了几片叶子、果实的大小变化等内容。在这一视频情境中，学生能够在初中科学与计算机、种子实验工程融合教学中了解，植物生长档案如何构建以及植物生长变化的主要特征。结合生活化情境，教师事先准备好自养植物种子实验的盆栽，并详细记录种子发芽的高度和叶子数量等数据。如此，学生便能够在真实的情境中了解植物生长变化知识对应的科学知识。

（二）利用导图搭建STEM理念下的知识支架

STEM理念下的知识支架让学生在预习知识和回顾复习知识的时候都能搭建更完整的知识体系。在完整体系的引领下，学生便可以为后续实践的完成和落实做好准备。这一知识体系以初中科学知识为基础，以网络信息化的补充知识为要求，以科学知识的实验工程步骤和注意事项为补充，以数学化的图形和数据进行分析。而思维导图的搭建能够将这些知识联系在一起，推动学生从知识学习、内化、实践应用、反思出发。其中，知识体系的搭建主要从章、节和详细知识点出发，在这些知识基础上，学生便可以根据教师的教学信息内容搭建拓展思维体系。

以浙教版七年级下册第三章《运动与力》为例，教师可以利用思维导图搭建STEM理念下的初中科学理论知识支架。这一章节知识包括机械运动、力的存在、重力、牛顿第一定律、二力平衡的条件、 摩擦力、压强等，因此，思维导图的第一层为运动与力，而第二节包括以上小节基础内容，第三层就可以从每一小节的知识出发。其中，机械运动下的第三字节为参照物、机械运动的分类、速度、速度公式的应用。力的存在下的字节包括力的作用效果、力的作用是相互的、力的测量、力的三要素、力的示意图。重力的第三字节主要包括重力及其方向、大小。牛顿第一定律的第三字节主要包括牛顿第一定律、力和运动的关系、惯性。摩擦力的第三字节主要包括摩擦力的存在、影响摩擦力大小的因素、增大或减小摩擦的方法。压强的第三字节包括压力的作用效果、增加或减小压强的方法、液体压强。这些知识内容包括初中科学知识、数学公式和实验知识。在这一知识支架下，学生便能够搭建知识体系，这样的知识体系能够推动学生思维搭建、提升综合学习能力。

（三）以合适的初中科学教学模型推动教学

初中科学教学模型是符合STEM理念要求的，能够推动学生跨学科整合知识，也可以促进学生在这一过程中活跃思路，拓宽学习视野。教学模型能够让学生在理论知识的基础上提升动手能力。基于此，教师需要以合适的初中科学教学模型推动学生掌握综合知识。了解知识基础、设置问题引导、简单设计教学模型、结合设计制作展示模型都是推动初中科学搭建、促进学生学习科学知识的有效方式。

以浙教版八年级上册第四章《电路探秘》中的第1节“电荷和电流”为例，教师便能够以STEM理念为基础，结合教学内容，引导学生以合适的初中科学教学模型推动教学。结合之前搭建的科学理论知识，学生能够了解到本节知识包括摩擦起电、电荷间的相互作用、电流与电路、电路图的科学知识内容。从技术出发，在教师的引导下，学生搭建电流方向和电子运动方向的电子模型。这些模型能够让学生在线上了解电子移动方向和电流方向，帮助学生了解电源的正极和负极等科学知识。在实践模型的制作中，学生从干电池、小灯泡开关、导线的线上模型准备资料设计教学模型方案，以这些方案为基础，就可以制作出简单的电路模型。接着，学生将模型展示在班级中，探究如何搭建电路，如注意电源的左端和正极。这些知识主要包括开灯和关灯的展示，以避免电路短路。这样的模型教学能够帮助学生发展实践思维、提升综合能力。

（四）开展STEM理念下的初中科学实验

STEM理念中包括工程这一内容，而这一内容一般以实验展示出来。实验是又一个科学知识实践化和综合化的形象思维。此外，实验教学还能够让学生在掌握科学知识的过程中唤醒知识网络，并对这些内容进行深度思考。示范实验、引导学生思考实验步骤、学生实践、实验反思能够推动STEM理念在初中科学实验中的落实。

以浙教版八年级上册第四章第5节“电压的测量”为例，教师便可以开展STEM理念下的初中科學实验，以推动学生掌握实验内容。结合本节知识，教师可以利用铜片、稀硫酸、锌片、电线、小灯泡等进行电池实验步骤，这一步骤主要包括将一个铜片和一块锌片同时插入稀硫酸。结合教师示范，引导学生思考以下问题：

1.这一实验包括哪些步骤？

2.结合这一实验，你是否能够进行水果电池使二极管发光实验？

结合以上两个问题，学生小组合作进行实验。实验步骤包括以下几个方面：

1.准备材料：水果、铜片、锌片、二极管、碳棒、二氧化锰、氯化铵、导线、剥线钳等。

2.将水果切成两部分，特别选择酸度高的柠檬。

3.在水果中插入铜片和锌片。

4.连接二极管。一个导线端口连接铜线，一个连接锌片。

5.将几块水果电池连接起来，观察二极管。

结合这一实验，学生便能反思得出这一实验与干电池原理之间的相似性。在实验过程中，学生可以通过数学的统计图等方式分析实验数据，并通过拍摄视频的方式完整记录实验步骤，为后续评价和反思提供依据。这样的实验教学方式便能够让学生在实验过程中感受到科学知识，理解知识体系。

（五）拓展教学资源，促进学生知识迁移

科学知识所包含的内容是丰富多样的。因此，仅仅局限于课内知识体系是完全不够的，还需要拓展课外知识。拓展教学资源能够推动学生知识迁移，激发学生思维和潜力。通过教材知识发散、课外线上搜索展示、生活化观察的方法便能够拓展教学资源。

以浙教版八年级上册第二章《天气与气候》中的第5课“天气预报”为例，教师便需要在STEM理念下拓展教学资源，以促进学生知识迁移。本课包括怎样获得天气预报信息和天气图两个部分。天气预报的信息包括专业用语等综合内容。以教材为基础，学生自主搜索天气预报视频等内容，这些内容能够让学生了解不同城市的实际天气预报知识。结合教材中的天气情况，展示不同天气图的具体情况，学生便能够从理论知识迁移到实际应用。此外，学生结合生活观察了解天气预报中等压线、锋等知识。接着，学生结合知识之间的联系，对天气预报与农业等内容拓展教学资源。通过课外习题，学生能够了解我国的天气，了解运用哪些方式获得天气预报。通过这样的教学方式，学生便能够在从理论到实践、从知识到综合、从课内到课外的知识中拓展初中科学资源，完成对科学知识的迁移应用。

结合以上丰富的学习方式，教师能够搭建评价体系，推动学生综合反思。这一过程结合学生的实践、知识迁移、信息技术拓展等，给予学生科学反思。例如，结合学生的作业数据分析，教师便可以给予学生A以下评价：“根据线上作业数据老师了解到，你对天气预报的锋、天气图等知识的掌握非常好，但是对天气图的运用理解不足。”结合教师评价，学生便能够选择合适的学习方式进行知识的迁移，落实STEM教学理念。

三、结语

综上所述，以STEM理念为基础开展初中科学教学是符合当下学生综合性学习和全面发展的有效教学方式。这样的教学方式不仅能够让学生在学习过程中了解初中科学理论知识，还能够推动学生在综合学习理念下强化学习思维，提升学习能力。基于此，教师首先要搭建STEM理念下初中科学教学情境，以调动学生学习的内驱力，其次要利用思维导图搭建对应理念下的知识支架，再次以合适的初中科学教学模型推动教学实践，拓展教学资源，以丰富学生的认知，最后搭建评价体系，推动学生综合反思，最终促进学生科学素养的发展。