基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)
——以《簡(jiǎn)易凈水器》為例

福建省泉州市豐澤區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)潘山校區(qū) 何秀晶

過(guò)去，小學(xué)科學(xué)課程或者變成教師科普科學(xué)知識(shí)的課堂，或者成為教師引導(dǎo)學(xué)生做科學(xué)小實(shí)驗(yàn)的課堂，這樣的課堂都無(wú)法通過(guò)課堂教學(xué)有效培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)是一種能夠培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效教學(xué)途徑。

一、STEM理念

STEM是Science、Technology、Engineering、Mathematics這四個(gè)英語(yǔ)詞匯的縮寫(xiě)。STEM教育就是讓學(xué)生面對(duì)真實(shí)情境中的問(wèn)題，通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作將科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）和數(shù)學(xué)（M）有機(jī)統(tǒng)一，運(yùn)用跨學(xué)科的知識(shí)與方法來(lái)解決復(fù)雜問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的自主性、主動(dòng)性和創(chuàng)造力。推進(jìn)STEM教育是全面提升小學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)教育質(zhì)量的重要抓手，符合小學(xué)科學(xué)教育發(fā)展的方向，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)具有極大的意義。

二、STEM課程案例分析

《簡(jiǎn)易凈水器》是結(jié)合教科版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)《環(huán)境和我們》單元第六課《污水和污水處理》的“污水的處理工藝”知識(shí)點(diǎn)拓展延伸的主題STEM課程。引導(dǎo)學(xué)生利用身邊常見(jiàn)的材料設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡(jiǎn)易有效的凈水器裝置，親歷污水凈化的活動(dòng)，掌握了解水凈化的常用方法。本主題課程中學(xué)生將像工程師一樣經(jīng)歷工程的設(shè)計(jì)、制作、測(cè)試、優(yōu)化迭代的過(guò)程，在綜合性、項(xiàng)目化的深度學(xué)習(xí)中，內(nèi)化整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)各學(xué)科的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力、合作與溝通的能力。本主題包括以下活動(dòng)流程：

1.引入問(wèn)題與確定需求

活動(dòng)一：創(chuàng)設(shè)情境，項(xiàng)目導(dǎo)入

視頻展現(xiàn)2018年超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“山竹”登陸前后的場(chǎng)景。臺(tái)風(fēng)過(guò)境暴雨洪澇過(guò)后，災(zāi)區(qū)自來(lái)水廠還沒(méi)來(lái)得及恢復(fù)供應(yīng)，而能作為生活用水的井水、河水又受污染導(dǎo)致污濁。作為“小小環(huán)境工程師”的你能幫助災(zāi)區(qū)的居民們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易有效的凈水器嗎？從而導(dǎo)入項(xiàng)目任務(wù)：設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡(jiǎn)易有效的凈水器。

活動(dòng)二：查閱資料，自主學(xué)習(xí)

小組使用平板電腦，連接網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)資料，完成自主學(xué)習(xí)任務(wù)單：我了解到的凈水器。小組分享交流調(diào)查結(jié)果。

2.調(diào)查研究與學(xué)習(xí)支持

活動(dòng)三：了解自來(lái)水廠的凈水流程

小組閱讀觀看平板電腦中自來(lái)水廠凈水流程的微課視頻及圖片文字資料，并討論交流以下問(wèn)題：自來(lái)水廠凈水主要分為哪幾個(gè)步驟？?jī)羲拿總€(gè)步驟的目的是什么？你知道生活中哪些常見(jiàn)的材料物品可實(shí)現(xiàn)以上凈化功能？

小組匯報(bào)交流，其他小組認(rèn)真傾聽(tīng)并提出各自的意見(jiàn)及建議。師小結(jié)自來(lái)水廠的凈水流程，并出示資料鏈接，著重介紹過(guò)濾和吸附的凈水方法。

活動(dòng)四：了解水樣質(zhì)量檢測(cè)方法

師出示閱讀資料，讓學(xué)生了解合格飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。引導(dǎo)小組用“看”（顏色、透明度、沉淀物、漂浮物）、“聞”（氣味）、“PH試紙檢測(cè)”（酸堿度）等以上方法觀察比較清水和污水的不同。

3.分析觀點(diǎn)與建立模型

活動(dòng)五：設(shè)計(jì)“簡(jiǎn)易凈水器”

小組觀察“自助材料站”的材料特點(diǎn)，討論交流：選擇哪些材料，設(shè)計(jì)制作什么樣的凈水器呢？在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮些什么問(wèn)題呢？師出示項(xiàng)目評(píng)價(jià)量表，各小組明確評(píng)價(jià)要求，并用量表中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)去指導(dǎo)自己的設(shè)計(jì)。

活動(dòng)六：制作“簡(jiǎn)易凈水器”

小組按照設(shè)計(jì)圖開(kāi)展制作，師巡視并用希沃教學(xué)助手直播記錄各小組的制作過(guò)程。

4.測(cè)試優(yōu)化與解決問(wèn)題

活動(dòng)七：“簡(jiǎn)易凈水器”的性能測(cè)試

出示測(cè)試任務(wù)，小組領(lǐng)取活動(dòng)材料，各小組觀察記錄凈化前后水樣的質(zhì)量，以檢測(cè)自制的凈水器是否有效，及其凈化效率如何。收集匯總測(cè)試結(jié)果，根據(jù)測(cè)試的結(jié)果確定各組“凈化效果”和“凈化效率”的得分，并填入評(píng)價(jià)量表。

5.凈水器的展示與評(píng)價(jià)

活動(dòng)八：“簡(jiǎn)易凈水器”的產(chǎn)品發(fā)布會(huì)

小組代表從以下幾個(gè)方面匯報(bào)展示項(xiàng)目成果，其他小組認(rèn)真傾聽(tīng)并對(duì)他們的設(shè)計(jì)從可借鑒的地方或不足之處提出自己的看法，匯報(bào)的小組成員可做出相應(yīng)的解釋說(shuō)明。根據(jù)評(píng)價(jià)量表評(píng)選出“最佳凈水獎(jiǎng)”“最佳設(shè)計(jì)獎(jiǎng)”“最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)”。

（1）展示制作的凈水器，闡述設(shè)計(jì)意圖及測(cè)試的結(jié)果。

（2）設(shè)計(jì)制作過(guò)程中遇到了哪些困難？怎么解決的？

（3）你認(rèn)為你設(shè)計(jì)的凈水器還存在什么不足之處？怎么改進(jìn)？

（4）結(jié)合測(cè)試時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，你覺(jué)得還可以怎么調(diào)整提高凈水的效果和效率呢？

三、STEM課程教學(xué)策略分析

結(jié)合《簡(jiǎn)易凈水器》案例的開(kāi)發(fā)和實(shí)施過(guò)程，筆者認(rèn)為要開(kāi)展基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)，教師需要掌握這些方面的教學(xué)策略：

1.課程開(kāi)發(fā)策略分析

課程開(kāi)發(fā)的理念之，激發(fā)小學(xué)生的求知欲望。小學(xué)生具有好奇心強(qiáng)的特點(diǎn)。STEM課程要讓學(xué)生進(jìn)入一個(gè)學(xué)習(xí)情境，看到一個(gè)需要解決的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題將成為學(xué)生需要解決的目標(biāo)。應(yīng)用這樣的方法，可以提高小學(xué)生的學(xué)習(xí)參與性、自主性。課程開(kāi)發(fā)的理念之二，由易到難，幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)困境。小學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中，會(huì)遇到種種學(xué)習(xí)困境。教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)思考，結(jié)合自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)，找出解決問(wèn)題的方法；培養(yǎng)學(xué)生的思維水平，讓學(xué)生能夠整合出解決問(wèn)題的流程；引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法，使學(xué)生能夠應(yīng)用科學(xué)的方法完成探索研究；鼓勵(lì)學(xué)生交流合作，讓學(xué)生在交流的過(guò)程中反思學(xué)習(xí)。在這一學(xué)習(xí)的過(guò)程中，使學(xué)生掌握科學(xué)理論、提高思維水平、掌握科學(xué)的技能、形成科學(xué)的態(tài)度。課程開(kāi)發(fā)的理念之三，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，這是STEM課程開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。教師要在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生一邊學(xué)習(xí)科學(xué)理論知識(shí)，一邊讓學(xué)生結(jié)合自己的生活實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及以往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，來(lái)整合過(guò)去學(xué)過(guò)的知識(shí)，應(yīng)用創(chuàng)新的思維來(lái)分析問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的策略。比如在本次教學(xué)中，在學(xué)生發(fā)現(xiàn)了水資源污染的問(wèn)題以后，教師引導(dǎo)學(xué)生自主地學(xué)習(xí)相關(guān)的理論資料，了解水資源污染的原因及解決水資源污染的方法。

2.課程結(jié)構(gòu)分析

STEM教育具有情境性特征，它不是教授學(xué)生抽象的學(xué)科知識(shí)，而是強(qiáng)調(diào)在豐富的生活情境中，讓學(xué)生獲得知識(shí)情境化應(yīng)用的能力，根據(jù)知識(shí)所處背景辨識(shí)問(wèn)題本質(zhì)并靈活解決問(wèn)題?；趯?shí)踐，吸收并借鑒工程設(shè)計(jì)流程，筆者認(rèn)為一個(gè)STEM課程應(yīng)包括以下結(jié)構(gòu)：

3.課程評(píng)價(jià)策略分析

傳統(tǒng)的總結(jié)性評(píng)價(jià)如紙筆試卷測(cè)驗(yàn)，只能判斷學(xué)生的知識(shí)掌握情況，無(wú)法對(duì)學(xué)生在STEM課程中綜合能力的提高做出整體性評(píng)價(jià)。完整的STEM評(píng)價(jià)系統(tǒng)需要形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合?？筛鶕?jù)實(shí)際課程內(nèi)容擬訂評(píng)價(jià)指標(biāo)，制定評(píng)價(jià)量表，采用自評(píng)、互評(píng)、師評(píng)的方式完成評(píng)價(jià)。這種形成性評(píng)價(jià)可有效追蹤評(píng)價(jià)出學(xué)生STEM能力的變化。

總之，基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)是一種能夠全面提高學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)方法。將STEM教育理念融入小學(xué)科學(xué)教育中去，可強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦能力，增強(qiáng)應(yīng)用知識(shí)解決真實(shí)問(wèn)題的能力，進(jìn)而不斷發(fā)展，為國(guó)家培養(yǎng)越來(lái)越多的科學(xué)技術(shù)人才。