如何在科學(xué)教學(xué)中融合STEM教育理念

胡海濤

教育部于2017年 2月頒布的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出：“科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)（Science， Technology， Engineering and Mathematics， STEM）是一種以項目學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機地融合為一體，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。科學(xué)教師可以嘗試運用于自己的教學(xué)實踐。”然而，科學(xué)教師具體怎么嘗試、怎么實踐，課程標(biāo)準(zhǔn)中沒有詳細(xì)的指導(dǎo)，這給廣大喜歡STEM教育的教師們帶來了一定的困惑。其實，“科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)”等學(xué)科彼此間是相互交融、相互影響的，STEM教育的價值恰恰在于既保存了每一門學(xué)科具備的特殊性，又將其可以相互滲透、相互融合的部分結(jié)合在一起，從而促進(jìn)了各學(xué)科的融合發(fā)展。

青島出版社小學(xué)《科學(xué)》教科書的技術(shù)與工程部分中，多節(jié)設(shè)計與制作類型的課中都體現(xiàn)了STEM教育理念。例如，《走進(jìn)虛擬世界》一課，讓學(xué)生通過自制一個VR鏡來體驗與了解VR技術(shù)，充分展現(xiàn)了STEM的教育理念，使學(xué)生明白“任何工程都需要借助數(shù)學(xué)和技術(shù)來完成，且不能違背科學(xué)和自然規(guī)律”。

鑒于筆者是《走進(jìn)虛擬世界》一課的編寫者，在這里把這一課的教學(xué)設(shè)計思路奉獻(xiàn)給大家，希望能讓廣大科學(xué)教師對“技術(shù)與工程”部分的STEM教育理念有個詳細(xì)的了解。

針對VR眼鏡一課的教學(xué)活動，筆者設(shè)計了以下幾個環(huán)節(jié)。

一、引發(fā)需求

教師首先播放一壯漢帶著VR眼鏡觀看VR電影產(chǎn)生“害怕”反應(yīng)的視頻。隨后教師問學(xué)生：視頻中的壯漢為什么會嚇得癱倒在地呢？然后，教師再播放一段“過山車”的VR視頻給沒帶VR眼鏡的學(xué)生看，看完提問：你們覺得可怕嗎？為什么我們的反應(yīng)和他不一樣？這樣以問題解決為導(dǎo)向，讓學(xué)生通過討論得出，要想看VR電影就需要有VR眼鏡，引發(fā)制作的需求。

二、探究原理

教師出示多種VR鏡的圖片和一個VR鏡實物，并引導(dǎo)學(xué)生觀察VR鏡的結(jié)構(gòu)，包括鏡蓋、鏡片、鏡身。接著，就“看VR視頻時，VR鏡哪一部分起到了重要的作用呢？”這一問題展開實驗。實驗時學(xué)生一只手將放大鏡放到眼前，將另一只手的手掌放到放大鏡前，并前后慢慢移動到合適的位置，就能通過放大鏡看到清晰放大的手掌掌紋（如右圖）。同樣，也正是放大鏡的放大作用使我們看到了放大清晰的VR視頻。

放大清晰的像有了，可是VR視頻中那強烈的立體感是怎么產(chǎn)生的呢？為了解決這個問題，教師帶領(lǐng)學(xué)生做“一只眼睛對手指”的游戲。游戲規(guī)則：一同學(xué)閉上一只眼睛，用自己的食指從上往下去觸碰眼前另一個同學(xué)的食指（如左圖）。通過游戲，使學(xué)生感受到“一只眼睛看物體時立體感比較差，只有兩只眼睛同時看物體才能在大腦中形成明顯的立體感”，從而明白VR鏡需要將兩片放大鏡同時使用才能起到立體的效果。

以上兩個探究活動表明：VR鏡是含有科學(xué)原理的技術(shù)產(chǎn)品，體現(xiàn)了本課的科學(xué)性。

三、創(chuàng)意設(shè)計

做VR鏡時首先要做個長方體的盒子，由于自制VR鏡是用手機做屏幕的，手機要放到盒子里，所以盒子的長和寬分別比手機的長和寬略大?？墒呛凶拥母叨仍趺创_定呢？教師引導(dǎo)學(xué)生再次討論放大鏡的使用方法，用放大鏡看手機屏幕，量出圖像清晰時放大鏡到屏幕之間的距離（近似于焦距），這個距離就是盒子的高度了。這樣，在設(shè)計盒子的長寬高的過程中用到了數(shù)學(xué)學(xué)科的知識。正是“盒子的高度等于放大鏡到屏幕的距離”，才保證了我們通過盒子能看到放大清晰的手機視頻，并能在我們的頭腦中形成立體效果，設(shè)計很精巧，有技術(shù)含量，體現(xiàn)了本課的數(shù)學(xué)性。

四、技術(shù)制作

根據(jù)自己的創(chuàng)意設(shè)計，用剪刀和卡紙、雙面膠帶剪出并粘貼成一個帶有蓋子的長方體盒子，并根據(jù)自己兩眼的距離，在盒子的相應(yīng)部位開兩個小孔，孔的大小比放大鏡略小，把兩個放大鏡粘貼在盒子小孔的內(nèi)部，蓋上盒子，VR鏡就做成了。完成后引導(dǎo)學(xué)生理解：“我們根據(jù)需求對卡紙、放大鏡等材料的利用和改造就是技術(shù)。”從而體現(xiàn)了本課的技術(shù)性。

五、應(yīng)用體驗

將手機播放VR電影后，放在自制的VR鏡里，手持VR鏡看VR電影，體驗身臨其境的VR效果?？赐觌娪爸螅龑?dǎo)學(xué)生理解：“為滿足我們的需要，運用科學(xué)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計、制造VR鏡的活動就是工程?！?/p>

回顧教學(xué)活動設(shè)計：首先，通過為學(xué)生提供視頻情境引發(fā)他們對VR鏡的個體需求，并激發(fā)學(xué)生參與制作與設(shè)計活動的強烈動機;其次，放大鏡的“特殊使用”實驗揭示了VR鏡的使用原理（體現(xiàn)科學(xué)），同樣“一只眼睛看物體立體感差，兩只眼睛看物體才能在大腦中形成很強的立體感”的實驗也蘊含著科學(xué)原理（體現(xiàn)科學(xué)）;接著，以測量為主要方式對VR鏡的外殼進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計出一個長方體盒子（體現(xiàn)數(shù)學(xué)）;然后，各小組根據(jù)自己的設(shè)計，利用工具進(jìn)行制作加工，落實自己的設(shè)計（體現(xiàn)技術(shù)）;最后，將自己的作品應(yīng)用體驗于生活（體現(xiàn)工程）。整個設(shè)計通過科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程四門學(xué)科的融合，讓學(xué)生體驗享受完整的STEM活動過程，并引導(dǎo)學(xué)生對活動過程進(jìn)行抽象、概括，繼而形成“技術(shù)”和“工程”的主要概念，達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)中的要求。

【作者單位：煙臺市芝罘區(qū)葡萄山小學(xué)? 山東】