基于STEM教育的小學(xué)科學(xué)課堂實(shí)施技術(shù)與工程教學(xué)的有效策略研究

蕭順歡

摘 要：STEM教育及《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》均提出實(shí)施技術(shù)與工程教學(xué)，但目前國內(nèi)科學(xué)教師存在對技術(shù)與工程領(lǐng)域不熟悉，專業(yè)水平不足，在實(shí)施技術(shù)與工程教學(xué)上有一定困難的現(xiàn)狀，著眼于STEM教育，探究在STEM教育下如何在科學(xué)課堂中實(shí)施技術(shù)與工程教學(xué)，落實(shí)科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境目標(biāo)，為科學(xué)教學(xué)提供有效的理論知識與實(shí)踐措施。

關(guān)鍵詞：STEM教育;技術(shù)與工程;小學(xué)科學(xué)

STEM教育是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的融合。其中，科學(xué)指的是科學(xué)知識，其中包括對自然現(xiàn)象及其中蘊(yùn)含規(guī)律的認(rèn)識與解釋，而工程和技術(shù)是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上去創(chuàng)造新事物、改造世界，數(shù)學(xué)則是實(shí)施改造、創(chuàng)造過程中的工具，是解決技術(shù)與工程問題的必備武器。STEM教育有助于學(xué)生從一個(gè)更高的角度去看待世界，提升學(xué)生對多學(xué)科的綜合認(rèn)識，提升學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，從而學(xué)會解決實(shí)際問題。新課程改革下的素質(zhì)教育要求培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，能否培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神是現(xiàn)代教育與傳統(tǒng)教育的主要區(qū)別。要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，STEM教育中的技術(shù)與工程領(lǐng)域是關(guān)鍵。

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡寫為新課標(biāo)）中將科學(xué)課程目標(biāo)分為四部分：科學(xué)知識目標(biāo)、科學(xué)探究目標(biāo)、科學(xué)態(tài)度目標(biāo)和科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境目標(biāo)。在技術(shù)與工程模塊中，新課標(biāo)指出學(xué)生要了解科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境的關(guān)系，具有創(chuàng)新意識、保護(hù)環(huán)境的意識和社會責(zé)任感，并且強(qiáng)調(diào)在教學(xué)中，教師應(yīng)幫助學(xué)生形成以下主要概念：人們?yōu)榱耸股a(chǎn)和生活更加便利、快捷、舒適，創(chuàng)造了豐富多彩的人工世界;技術(shù)的核心是發(fā)明，是人們對自然的利用和改造;工程的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)，工程是運(yùn)用科學(xué)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、解決實(shí)際問題和制造產(chǎn)品的活動。另外，教師應(yīng)讓學(xué)生意識到科學(xué)家與工程師的區(qū)別，指導(dǎo)學(xué)生研究簡單的科技產(chǎn)品，了解科學(xué)原理在技術(shù)上的應(yīng)用，在體會科技產(chǎn)品帶來便利的同時(shí)形成環(huán)保意識。

綜上所述，STEM教育融合的科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)教學(xué)正是目前小學(xué)科學(xué)教學(xué)的方向與目標(biāo)所在，是在科學(xué)原理學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)與創(chuàng)造。對于大多數(shù)科學(xué)教師來說，實(shí)施STEM教育最大的困難在于技術(shù)與工程領(lǐng)域的理論與實(shí)踐。如何在科學(xué)課堂中實(shí)施技術(shù)與工程教學(xué)，落實(shí)科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境目標(biāo)是每位科學(xué)教師應(yīng)當(dāng)思考的。本文將針對科學(xué)課堂中實(shí)施技術(shù)與工程教學(xué)展開研究，并提供相關(guān)理論支持與實(shí)踐措施。

一、基于新課標(biāo)，改進(jìn)舊教材

目前，教科版小學(xué)科學(xué)三～六年級所使用的教材均是2001—2003年版的，而最新的《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》是2017年版的，課程目標(biāo)由三維變四維，增加了科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境目標(biāo);在課程內(nèi)容上增加了技術(shù)與工程領(lǐng)域的學(xué)習(xí);相關(guān)的教學(xué)要求也發(fā)生改變。顯然，目前的教材已經(jīng)跟不上時(shí)代的腳步，跟不上新課標(biāo)的步伐，這就要求科學(xué)教師要根據(jù)新課標(biāo)的要求改進(jìn)舊教材，對舊教材進(jìn)行分析、改造，融入新課標(biāo)的要求與教學(xué)建議，生成新的教學(xué)設(shè)計(jì)，達(dá)成四維目標(biāo)，符合學(xué)情，符合時(shí)代要求。以下將針對相關(guān)課例進(jìn)行分析，闡述在科學(xué)課程中改進(jìn)舊教材，實(shí)施技術(shù)與工程教學(xué)的要點(diǎn)。

1.原理學(xué)習(xí)，鋪墊引領(lǐng)

所有的技術(shù)與工程均源于科學(xué)原理的學(xué)習(xí)，在教科版小學(xué)科學(xué)教材中，需要學(xué)生設(shè)計(jì)與動手制作的課均在學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了相關(guān)知識之后，因此即便是我們多么強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生去設(shè)計(jì)與制作，教師也應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生的科學(xué)原理學(xué)習(xí)，讓學(xué)生扎實(shí)掌握相關(guān)的科學(xué)概念，技術(shù)與工程教學(xué)的開展才不會出現(xiàn)看起來熱鬧，實(shí)際上學(xué)生并不太明確究竟要做什么的現(xiàn)象。

2.聯(lián)系生活，任務(wù)驅(qū)動

科學(xué)源于生活，生活處處有科學(xué)，教師要強(qiáng)化對科學(xué)知識與生活的聯(lián)系，善于創(chuàng)設(shè)問題情境，采用生活任務(wù)驅(qū)動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。如在教科版小學(xué)科學(xué)三年級下冊《做一個(gè)指南針》，本課的學(xué)習(xí)者是三年級學(xué)生，他們對科學(xué)課充滿興趣，樂學(xué)、好學(xué)，但科學(xué)素養(yǎng)尚在培養(yǎng)的初始階段，思維上邏輯性不強(qiáng)、考慮問題不夠細(xì)致周密;探究過程不夠嚴(yán)謹(jǐn)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)操作能力有待提高。本課通過設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)將對提升孩子的科學(xué)能力有著積極的作用。教師可以創(chuàng)設(shè)這樣的情境：明明與爸爸媽媽去郊外游玩，爸爸媽媽忙著搭帳篷，而在一旁玩耍的明明看到一只小兔子，覺得十分可愛就一路追尋兔子，停下腳步時(shí)卻發(fā)現(xiàn)自己深陷一片叢林之中，只知道營地在南方，找遍了身上只發(fā)現(xiàn)有磁鐵、縫衣針、線、碗這幾樣?xùn)|西，你能否幫助明明找到回去營地的路。這樣的問題情境貼近生活，符合三年級學(xué)生的特點(diǎn)，學(xué)生探索的欲望一下子被激發(fā)，在思考并設(shè)計(jì)自制指南針的過程中問題解決能力得到了提升。通過故事情景貫穿整個(gè)教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用實(shí)際解決生活中遇到的問題，讓科學(xué)探究從課堂走向生活，拓展研究的廣度和深度。同時(shí)，激發(fā)學(xué)生樂于助人的自豪感。又如，在六年級《杠桿的科學(xué)》一課中，由打開一個(gè)奶粉罐引入，在得知用撬的方式打開后，教師進(jìn)一步提出讓學(xué)生用硬幣和螺絲刀撬開，感受二者不同進(jìn)而得出杠桿原理。不僅如此，教師還可以創(chuàng)設(shè)生活情境讓學(xué)生解決將葡萄榨成葡萄汁的問題，提供簡單的材料，讓學(xué)生運(yùn)用杠桿原理設(shè)計(jì)制作簡易榨汁機(jī)。技術(shù)與工程都是源于生活，貼近生活的，學(xué)生的原有知識與經(jīng)驗(yàn)是豐富的，采用生活任務(wù)驅(qū)動，從生活出發(fā)學(xué)習(xí)科學(xué)，再回到生活解決實(shí)際問題，能夠更加有效地幫助學(xué)生構(gòu)建關(guān)于技術(shù)與工程的相關(guān)概念。

3.科學(xué)選材，闡述意義

在科學(xué)教學(xué)中，要注重實(shí)驗(yàn)材料的選擇，既要簡易，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)、動手能力，又要科學(xué)，能夠讓學(xué)生看到直觀的效果。如在《做一個(gè)指南針》一課中，指南針一般有兩種：懸掛式、水浮式，但為什么提供給學(xué)生的材料中要加一個(gè)碗呢，原因在于將指南針懸掛于倒扣的碗中，可以解決在野外、航行中天氣惡劣，影響指南針轉(zhuǎn)動及指示方向的問題，實(shí)現(xiàn)刮風(fēng)下雨都可以準(zhǔn)確指示方向的目標(biāo)。此外，教材上是采用線綁住指南針進(jìn)而懸掛，但三年級學(xué)生多數(shù)不會用打結(jié)的方式去綁指南針，會的學(xué)生操作起來也較慢，因而可以設(shè)計(jì)先在磁針中間黏上橡皮泥，再把線纏在橡皮泥上吊起磁針，這樣的操作更符合學(xué)生的實(shí)際，而且再調(diào)節(jié)磁針的平衡時(shí)針也不容易掉下來，成功率大大提高。學(xué)生設(shè)計(jì)經(jīng)歷簡單的探究性實(shí)驗(yàn)過程，掌握正確的方法磁化鋼針，用多種方法制作簡易指南針。在科學(xué)探究的過程中，讓學(xué)生感受到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰翱茖W(xué)興趣。新時(shí)代的教師不再是教教材，而是用教材教，因此教師可以根據(jù)實(shí)際情況靈活處理，不必照本宣科，選擇科學(xué)的材料才能實(shí)現(xiàn)高效課堂，學(xué)生也會逐步意識到在制作過程中，材料的科學(xué)、有效十分重要。

4.重視設(shè)計(jì)，逐步優(yōu)化

新課標(biāo)指出，工程的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)，工程是運(yùn)用科學(xué)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、解決實(shí)際問題和制造產(chǎn)品的活動。因此，讓學(xué)生動手操作前，教師要注重學(xué)生的設(shè)計(jì)，并且要讓學(xué)生明確每一項(xiàng)工程實(shí)施前都要完成周全、科學(xué)的設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)學(xué)生將了解到工程中需要考慮到實(shí)際問題非常多，要動腦筋思考解決方法，一步步優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)，學(xué)生的思維活動就體現(xiàn)在其設(shè)計(jì)過程中，這是檢驗(yàn)學(xué)生科學(xué)知識掌握程度、思維水平的一種重要媒介，通過設(shè)計(jì)圖可將抽象的思維具象化，將科學(xué)思維板演，有助于教師進(jìn)一步了解學(xué)情。如在六年級《用紙?jiān)煲蛔鶚颉芬徽n中，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一座橫跨海心沙和廣州塔的橋，在承重量、高度、穩(wěn)定性、人性化等方面提出要求，讓學(xué)生用教師提供的材料在白板上完成三維立體設(shè)計(jì)，在初步設(shè)計(jì)展示及評價(jià)后進(jìn)一步改進(jìn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。學(xué)生再識別和控制變量，記錄數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)并得出合理結(jié)論，用紙的寬度、厚度與抗彎曲能力的關(guān)系的研究，在這個(gè)過程中，學(xué)生對于工程設(shè)計(jì)的理解不會再流于淺表，會漸漸認(rèn)識到要不斷優(yōu)化，并且必須先設(shè)計(jì)再制作。

5.注重實(shí)際，著眼現(xiàn)實(shí)

工程的設(shè)計(jì)要注重實(shí)際，著眼于現(xiàn)實(shí)，考慮可利用的條件和制約因素，如在五年級《我的水鐘》一課中，制作的水鐘計(jì)時(shí)若不準(zhǔn)確主要有以下兩個(gè)方面的原因：第一是容器的形狀不規(guī)則導(dǎo)致刻度的標(biāo)記不科學(xué);第二是開始時(shí)容器里裝了比較多的水，水的重量產(chǎn)生的壓力比較大，開始滴漏速度會快一些，隨著容器中的水位逐步下降，水的壓力也越來越小，這樣就影響了滴水的速度，以上兩個(gè)因素是學(xué)生在制作水鐘遇到的制約因素。制作水鐘存在一定的技術(shù)含量，教師要引導(dǎo)在制作之后進(jìn)行反思改進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生選擇合適的孔徑，考慮如何在水壓會改變的情況下，讓水滴以穩(wěn)定的速度滴下，用身邊的什么容器制作可以標(biāo)記出準(zhǔn)確的刻度，增加計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

6.重視過程，關(guān)注結(jié)果

工程在設(shè)計(jì)之后需要制作，在制作之后檢驗(yàn)成果，這是檢驗(yàn)工程的核心。在《我的水鐘》一課中，學(xué)生制作完水鐘之后進(jìn)行計(jì)時(shí)即可知道自己制作的水鐘是否科學(xué)準(zhǔn)確;在《杠桿的科學(xué)》一課中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下利用杠桿原理設(shè)計(jì)制作簡易榨汁機(jī)，但榨汁機(jī)究竟能否榨出汁來，榨出來的效果如何通過簡單的榨汁來檢測。在現(xiàn)實(shí)中的技術(shù)與工程上，設(shè)計(jì)制作的產(chǎn)品是需要投入使用的，產(chǎn)品的實(shí)用性需要在一次次的檢測與改進(jìn)中不斷得到完善，只有經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)的產(chǎn)品才可推出市場進(jìn)行銷售，甚至在新產(chǎn)品推出市場之后還需要通過用戶反饋進(jìn)行改進(jìn)，符合生活需求。因此教師不僅要重視學(xué)生制作的過程，也要關(guān)注制作成果，讓學(xué)生明確制作與檢測同樣重要，幫助學(xué)生形成檢測與不斷改進(jìn)的概念。

二、總結(jié)

STEM教育及新課改下的技術(shù)與工程教學(xué)，不是讓學(xué)生動手做做就好了，只有讓學(xué)生親身經(jīng)歷技術(shù)與工程的過程：原理學(xué)習(xí)—問題產(chǎn)生—目標(biāo)確定—形成方案與設(shè)計(jì)圖（包含了選擇怎樣的材料等需要考慮的實(shí)際問題）—實(shí)施制作—檢驗(yàn)成果—再次改進(jìn)，并且?guī)椭鷮W(xué)生形成技術(shù)與工程的相關(guān)科學(xué)概念，這樣才算真正落實(shí)技術(shù)與工程教學(xué)。因此，在技術(shù)與工程教學(xué)中，教師要避免幫助學(xué)生規(guī)劃好一切，讓學(xué)生照著動手做做，這樣的科學(xué)課無疑成了手工課。同時(shí)，教師也要避免在沒有教會學(xué)生相關(guān)科學(xué)原理的情況下就讓學(xué)生設(shè)計(jì)制作，這樣的課堂看起來熱鬧但效果并不顯著。教師可從以上所說的生活任務(wù)驅(qū)動、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料、注重設(shè)計(jì)優(yōu)化以及關(guān)注工程檢驗(yàn)等方面著手實(shí)施技術(shù)與工程教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王旭卿.面向STEM教育的創(chuàng)客教育模式研究[J].中國電化教育，2015（8）.

[2]郭玉英，姚建欣，張靜.整合與發(fā)展：科學(xué)課程中概念體系的建構(gòu)及其學(xué)習(xí)進(jìn)階[J].課程·教材·教法，2013（2）.

[3]張杰志.技術(shù)與工程領(lǐng)域課程及教學(xué)策略的研究：以粵教科技版小學(xué)《科學(xué)》教材為例[J].湖北教育（科學(xué)課），2018（1）.

[4]高瑩燕.小學(xué)科學(xué)“技術(shù)與工程”課型教學(xué)策略初探：以《做個(gè)太陽能熱水器》為例[J].科教導(dǎo)刊（上旬刊），2018（4）.

[5]陳建.技術(shù)與工程：新領(lǐng)域、新特點(diǎn)、新策略[J].課程教學(xué)研究，2018（6）.

編輯 魯翠紅