STEM教育與小學科學教育融合例談

冒維華

摘 要：STEM教育是一種基于現實問題情境，以項目為平臺所開展的跨學科綜合素質教育理念。將STEM教育理念融合于科學課程教育，不僅能彌補分科式教育培養(yǎng)人才能力的缺陷，使對學生的能力培養(yǎng)更為全面、更為系統，而且還能緊扣學生現學知識，鞏固新知，增強其探究興趣，促進其進行深度學習，有較好的時效性，進而在不新增課程擠占學生時間的情況下達到教育增效減負的目的。

關鍵詞：STEM教育;科學課程;項目;融合

在科技日新月異加速發(fā)展的現代社會，人才始終是一個國家保持可持續(xù)發(fā)展提高競爭力的核心要素之一。STEM教育是21世紀美國為保護其大國地位而提出的一種戰(zhàn)略性教育概念。STEM教育重視科學、工程、技術與數學在現實生活中相互融合的應用，能有效彌補分科式教育的不足，旨在培養(yǎng)能夠綜合運用多學科知識解決實際問題的復合型創(chuàng)新人才。在響應“創(chuàng)新驅動，科技興國”的號召下，我國各地中小學也正興起STEM教育熱。在這場聲勢浩大的教育變革中，對STEM教育的理解和實踐，可以說是百花齊放、百家爭鳴。其中“STEM教育是一種理念，還是一門課程”就頗有爭議。我個人理解更傾向認為它是一種理念，是人們發(fā)現分科式教育培養(yǎng)的人才越來越不能適應現代社會發(fā)展需要而反思產生的一種新的學科融合的教育教學理念。

在STEM教育開展實踐中，遇到了不少問題，其中之一便是“時間不夠”。目前小學階段現有課程已經很多，學生時間緊，不少地方將STEM教育作為一門新興課程增設，無疑是擠占了學生的其他時間，增加了學生學業(yè)負擔，因此不少學校為了應付教育行政管理或校外教學觀摩團，一學期就搞那么一兩次STEM教育課的展示，當然這樣的STEM教育沒有連續(xù)性、系統性，也就談不上有多好的能力培養(yǎng)效果了。那么如何有效解決這個問題呢？將STEM教育理念融合于現有小學科學教育不失為一種合理有效解決問題的方案。

要將STEM教育理念很好地融合于小學科學課程教育，首先我們應弄清小學科學教育與STEM教育各自的宗旨，小學科學教育宗旨主要是面向全體學生，激發(fā)其對科學的興趣，讓其掌握一些基本的科學知識并形成以觀察能力、探究能力為主的科學能力。而STEM教育是一種基于現實問題情境，以項目為平臺所開展的跨學科綜合素質教育，其宗旨是通過STEM教育活動使學生的科學能力、數學能力、技術能力、工程能力、協作能力、批判性思維能力、創(chuàng)新思維能力融合內化形成能創(chuàng)造性地解決真實問題的綜合能力，對人的能力培養(yǎng)更為全面、更為系統化。對比兩者宗旨，我認為要將STEM教育理念很好融合于小學科學課程教育，要做好以下幾點：

一、依據科學教學內容，確定STEM教育活動主題

主題是開展STEM教育活動的基石和起點。必須來自生活、社會生產之中，具有現實意義。主題也是貫穿STEM教育活動的主線，所有STEM教育過程性活動的設計都是圍繞它展開的。因此STEM教育要做到與科學教學內容無縫融合，主題的確定首先必須與科學課程教學內容有科學知識性關聯，其次涉及的知識和問題不能超出學生認知水平和探究能力之外。比如：五年級下冊第一單元“沉和浮”研究物體的沉與浮的相關知識與船的關聯性較強，教學時我們可選擇“船”作為這一學時段STEM教育活動的主題，并安排學生在相應單元開始教學前幾天，從船的起源、種類、發(fā)展等方面去搜集船主題的相關資料、并進行整理，從而讓學生對主題有一個全面系統的了解。

二、在科學課程單元序言引入中創(chuàng)設STEM真實情境

現實生活、社會生產中的STEM問題具有復雜性，干擾信息多且涉及知識復雜、技術門類廣的特征，屬于不良結構問題，問題解決者要排除不必要信息，找到問題核心，進而確立解決問題的方案。而學科課程問題設置則比較簡單且模型化，問題核心清晰，屬于良結構問題，問題的解決有一套機械的方法和步驟，沒有挑戰(zhàn)性，培養(yǎng)的人才缺乏綜合運用所學知識和技能解決實際問題的能力。因此我們在確定STEM教育活動主題后，應圍繞主題緊扣科學課程教學內容創(chuàng)設真實問題情境。比如：在“沉和浮”單元新授序言引入時我們可以為學生提供這樣一個真實情境：XX航運公司由于業(yè)務增長向XX造船廠訂購了一艘海運貨輪。請你們作為造船廠某部門工程師按客戶訂單要求完成設計工作。

三、根據科學課程教學內容和真實情境的具體任務界定STEM項目

一個STEM主題可衍生出許多子項目，比如與“船”相關聯的子項目有：材料的耐腐蝕研究、強度的研究、動力選擇、速度快慢與形狀的研究、裝載量的研究等，但對于學生而言在特定的學段并不適宜開展所有項目的研究，只能選擇與對應學段學生的科學知識水平、數學知識水平、思維能力和所掌握技能等級相適應的內容作為該學段STEM教育的主要項目。因此在“沉和浮”單元序引授課時引導學生分小組研討主題可開展的子項目有哪些，最終聯系本單元知識核心界定哪個子項目適合在本單元學習時作為重點展開研究。很明顯從船工作的水環(huán)境、使用的經濟效能方面來界定的話，研究制作一個能浮于水面，運載量大且不易傾覆的船是緊扣學生即將學習的“沉與浮”單元內容的合適項目。

四、找準STEM項目在科學課程教學中的融合切入點

STEM教育強調的是多學科課程的融合，但切忌在STEM項目教育中為了凸顯多學科融合，不按項目研究所需，不分主次，機械生硬地安排多學科課程活動，打亂基礎性課程教學的開展，因此找準STEM項目在科學課程教學中的切入點，適時自然地融合，就顯得尤其重要。

分析“沉和浮”單元教學內容和教學時序安排，第1、2、3課時分別研究同種材料構成的物體沉浮與自身重量和體積關系;不同材料構成的物體在水中沉浮與自身重量和體積關系;物體沉浮與排開水量關系。第4課時則是沉浮的應用，體現了科學與技術之間的關系。第5、6課時從力的角度解釋物體沉浮的原因。第7、8課時從隱含的密度關系去解釋物體沉浮的原因。到這兒我們不難發(fā)現第4課時沉浮的應用研究增加船裝載量的方法以及如何保持穩(wěn)定和平衡是STEM教育船主題子項目最好的融合切入點。

五、將STEM教育的工程設計和技術應用融合于科學課程教學中

在科學課程中經常用數學進行測量、實驗數據的分析與處理、建立數學模型解釋物理現象等研究活動，可以說數學與科學相輔相成，這兩個學科課程自誕生之時便相互交融，融合于一體。因此科學課程中相較于STEM教育而言，最缺乏的是工程設計和技術應用的教育。

在“沉和浮”這一單元的第4課時，引導學生通過制造一艘橡皮泥小船，并利用它研究弄清怎樣增加船的排水量，從而達到更大的裝載量后，我們就可以在此基礎上安排學生分組討論，擬定一份簡單的造船的工程計劃書。具體地說，這個計劃書應包括：工程項目名稱、組內人員職責分配、明確造一艘什么用途的船、用什么材料、船的草圖設計及論證、實施執(zhí)行設計、測試和改進設計等內容。從而很自然地開展工程設計和技術應用的教育，加強了科學與工程和技術之間的聯系，有效彌補了原有科學課程教育在這兩個方面對學生能力培養(yǎng)的不足，同時也培養(yǎng)了學生的團隊協作能力。

六、在科學課程實踐總結活動中融合STEM項目中展示與評估的環(huán)節(jié)

批判性思維能幫助我們發(fā)現問題，而創(chuàng)造性思維能幫助我們解決問題。STEM作為綜合性教育，其項目作品展示與評估活動環(huán)節(jié)不僅能增強學生批判性思維和創(chuàng)造性思維能力，而且能促進學生深度思考，激發(fā)其進一步探究學習的興趣。在“沉與浮”單元制作船實踐活動總結是讓學生分組展示介紹制作的船，但我們如果在這一階段活動中突出安排學生對設計和作品的優(yōu)缺點分析與評估，就可以使學生的批判性思維和創(chuàng)造性思維能力得到提升，促進他們進行深度學習。

總之，STEM教育理念融合于科學課程教育，不僅能彌補分科式教育培養(yǎng)人才能力的殘缺性，使對學生的能力培養(yǎng)更為全面、更為系統，而且還能緊扣學生現學知識，鞏固新知，增強其探究興趣，促進其進行深度學習，有較好的時效性，進而在不新增課程擠占學生時間的情況下達到教育增效減負的目的。

參考文獻：

[1]于偉.“率性教育”：建構與探索[J].教育研究，2017（5）.

[2]陳銘.STEM教育理念下的科學活動教學策略探究[J].小學科學（教師版），2019（10）.

編輯 趙飛飛