☉單文濤

STEM 教育與傳統(tǒng)教育的最大的差別是突破學科的局限，并不是單一學科的教育。教師在教學的過程中融入科學、技術、工程、數(shù)學等學科的知識，學生在問題的思考、研究、解決的過程中會試圖理解現(xiàn)實問題與學科之間的關聯(lián)性，加深知識學習的印象。STEM 教育理念以提升學生的科學精神、批判思維、邏輯思維和創(chuàng)新能力為目標。在如今的時代知識本身的重要性在逐步地下降，未來人才的評判更多是看一個人是否具備溝通協(xié)作、創(chuàng)新精神、實踐能力。不斷發(fā)展每一位學生的學科理解力與生活理解力，培養(yǎng)學生創(chuàng)造性解決問題的能力，樹立學生審視問題全新的廣泛的視角是STEM 教育理念的不變追求。

一、STEM 的含義

STEM 是科學（Science），技術（Technology），工程（Engineering），數(shù)學（Mathematics）的英文首字母縮寫。STEM 課程重點是關于學生科學素養(yǎng)、技術素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、數(shù)學素養(yǎng)四個方面的教育。STEM 最早是在美國提出的，2009 年美國國家科學委員會發(fā)布致美國總統(tǒng)奧巴馬的公開信主題就是《STEM 教育》，2011 年的73 屆國際技術教育大會的會議主題為“準備STEM 勞動力：為了下一代”。美國政府近年來加大從小學到大學各個層次的STEM 教育的支持力度，開展相關教師的培訓工作，解決STEM 教育公平的問題。鼓勵要求科學家多進行戶外演講與課外活動，給學習者提供優(yōu)質(zhì)的STEM 學習體驗，來激發(fā)年輕人對科學知識的學習興趣。［1］中國2016 年教育部出臺的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》探索STEM教育。科學、技術、工程，數(shù)學之間存在著一種相互支撐、互為補充、共同發(fā)展的關系，要想讓學生實現(xiàn)深層次的學習，就不能讓學生獨立學習其中的任何一個部分。STEM 教育找到科學、技術、工程、數(shù)學之間的隱形的線索，在貌似不相同的問題中找到本質(zhì)的知識，讓學生在問題的思考、研究、解決的過程中試圖理解現(xiàn)實問題與學科之間的關聯(lián)性，讓學生在交互碰撞中加深知識學習的印象，培養(yǎng)學生各個方面的技能。

二、STEM 在小學科學課堂中的應用價值

STEM 教育不是科學、技術、工程和數(shù)學知識的簡單疊加，STEM 教育具有跨學科性、情境性、實踐性、協(xié)作性、實證性的特點。STEM 教育以提升學生的科學精神和創(chuàng)新能力為目標，主張讓學生通過科學實驗、現(xiàn)場觀察、社會調(diào)查的方法，尋找問題的答案，滿足了小學科學的學科特點，有助于提高小學科學的教育品質(zhì)。［2］小學科學課是科學啟蒙的課程，科學教學對兒童未來的思維形成及素養(yǎng)發(fā)展發(fā)揮著舉足輕重的作用。我國對小學科學學科的重視程度不夠，忽視了學生科學素質(zhì)的培養(yǎng)?？茖W是一門具有探索性的學科，很多學校沒有專門的科學實驗室，阻礙學生科學學習的積極性與動手探究能力的提高。STEM 教育側(cè)重于科學探究與科學實踐，有助于充分發(fā)揮學生的主動性，促進學生向著自主方向發(fā)展。STEM 在小學科學課堂中的應用激發(fā)學生學習科學課程的興趣。

三、STEM 在小學科學課堂中的應用策略

（一）創(chuàng)建特色科學課堂，提高科學探索的能力

STEM 教育注重各學科知識的融合與聯(lián)系，在小學科學課堂上，教師可以讓學生自己動手制作實驗模型、相互協(xié)作完成科學項目，解決科學問題，在特色科學課堂上培養(yǎng)學生全新的、廣泛的科學視角。學生在親身的實驗探索中可以對科學知識領悟得更全面、更深刻［3］。

例如，教師在《小車的運動》科學課上主要給學生講解“小車運動的快慢與哪些因素有關”的科學知識。在STEM 教育理念下教師還想從學生的實際生活出發(fā)，讓學生在生活中受到科學的啟迪，形成跨學科的知識。各式各樣的小車是學生喜愛的玩具，學生在生活中玩小車時總會不小心把小車折騰到散架。教師給學生一個問題讓學生思考能不能設計一輛“頑固”的小車。本次的STEM教育中科學目標是讓學生體驗穩(wěn)定性在小車牢固上的使用以及體驗緩沖原理在小車牢固上的使用。技術目標是讓學生自主設計方案，繪制模型，選擇合適的方法使小車變得牢固。［4］工程目標上，學生按照設計圖完成牢固的小車的制作，在測試小車的牢固性后，進行方案的改進與優(yōu)化。數(shù)學目標上，學生學會根據(jù)物品的價格，選擇合適的材料制作，核算出最佳的組合方案，學會分析實驗數(shù)據(jù)，利用實驗數(shù)據(jù)。教師給學生準備制作小車的工具材料，學生用樂高積木材料箱搭建屬于自己的小車。第一個測試是看哪位同學的小車運動的距離最遠。在第一次的測試中學生發(fā)現(xiàn)自己制作的小車有零件散落散架的問題。下一個環(huán)節(jié)教師讓學生想辦法給自己的小車加固。教師舉例埃菲爾鐵塔，讓學生觀察埃菲爾鐵塔結構上的特點，思考埃菲爾鐵塔屹立不倒的秘密，引出三角形結構穩(wěn)定性的特點。學生用一次性筷子，橡皮筋給自己的小車加固。在第二次的試驗下，小車的穩(wěn)定性果然比上一次要好。但學生又發(fā)現(xiàn)新的問題，小車的緩沖性太差，在運動的過程中碰到障礙物就會翻倒。教師給學生播放降落傘的視頻，讓學生嘗試給自己的小車加一個降落傘，增強小車的緩沖力。學生用塑料袋作為小車的降落傘，在反復的實驗下學生發(fā)現(xiàn)有塑料袋的小車在運動過程中掉落零件的數(shù)量要少，運動的距離也會更遠。教師列出實驗材料的價格清單，讓學生用計算的方式算出預算最小的實驗組合。在特色科學課堂上，學生完成教師設計的科學、技術、工程、數(shù)學目標，科學精神與探索能力得到鍛煉加強。

（二）創(chuàng)設良好STEM 教學環(huán)境，培養(yǎng)學生學習科學的興趣

教師在STEM 科學教學中可以運用多媒體教學設備給學生創(chuàng)造出科學探究的學習情境，以學生感興趣的角度出發(fā)讓學生對即將學習的科學知識產(chǎn)生強烈的探索欲望。［5］在科學課堂上以問題循序漸進地引導學生探究鉆研，讓學生在教師的引導組織下共同協(xié)作學習，在體驗中收獲科學知識，學會用跨學科的思維發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

例如，教師在《多樣的動物》科學課上想讓學生用描述繪畫搭建模型的方法展示青蛙生長發(fā)育變化的過程，讓學生在動手實踐與體驗中形成STEM 學科能力。教師選擇用情境創(chuàng)設的方法率先激發(fā)學生學習科學的興趣，以學生學習過的課文故事“小蝌蚪找媽媽”情境引入主題，讓學生觀看青蛙生長變化的視頻。在學生觀看的過程中，教師以青蛙為例給學生講解生物的生命周期。［6］教師讓學生在小組中討論青蛙是卵生還是胎生、青蛙的生命周期有幾個階段，不同階段的體貌特征有什么不同、植物或類似動物的生命周期是怎樣的問題。學生通過觀看視頻以及聽教師的教學講解后，知道青蛙的生命周期一共分為六個階段：第一個階段是卵，第二個階段是蝌蚪，第三個階段是長出后肢，第四個階段是長出前肢，第五個階段是蛙，第六個階段是成蛙。教師讓學生用小組合作的方式搭建積木，用積木表現(xiàn)出青蛙各個階段的體貌特征。在小組合作中，繪畫能力強的學生負責在紙上畫出各個生命周期的青蛙的圖形，剩余的組員按照繪畫設計圖用積木搭建青蛙模型。教師讓學生展示自己小組制作的結果，在展示的同時解釋青蛙的生命周期，不同生命周期的階段特征，說出青蛙的變化過程，描述自己小組在模型設計上還存在的問題。教師在此時也要給學生提供有效的反饋，記錄觀察有關學生的青蛙模型制作的信息，總結學生在模型制作中出色的地方和需要改進的方面。建立學生觀察評估表格，在表格中記錄學生的實驗實踐表現(xiàn)，給學生實驗方面的指導，幫助學生在科學課堂上取得更大的進步。

（三）聯(lián)系生活實際，養(yǎng)成善于觀察思考的習慣

真實源自生活，教師在STEM科學課堂上要培養(yǎng)學生善于觀察思考的優(yōu)秀習慣。在遵循科學課程開設目的的情況下，教師還要給學生拓展課程外的、生活中的科學應用，讓學生全面地、多角度地分析看待科學現(xiàn)象，弄懂科學原理，完善學生的科學素養(yǎng)［7］。

例如，教師在《熱氣球上升的秘密》科學課上采用STEM 教學理念，給學生設計不同學科的學習目標?？茖W目標讓學生初步了解密度這一物理量，讓學生理解，在不同的溫度下，空氣的密度有所不同，空氣受熱后體積膨脹，比同體積的冷空氣輕，受熱的空氣就會上升。技術目標是讓學生根據(jù)教師提供的材料思考如何驗證猜想，利用現(xiàn)成事物去解決問題，考慮在技術上是否可行。［8］工程目標是讓學生將科學知識與理論應用到現(xiàn)實生活中，體會科學的實用之處。數(shù)學目標是培養(yǎng)學生結構空間感。在有機融合的科學課堂上，教師給學生設計多個領域的探究活動。教師首先給學生播放一段熱氣球點火升空的視頻，唯美、清晰、真實的視頻畫面引起學生學習科學的興趣。教師讓學生根據(jù)視頻，提出自己感興趣的問題，學生的問題多種多樣，教師選擇兩個問題作為本節(jié)課探究的重點內(nèi)容。第一個是熱氣球是怎么飛上天空的？第二個是熱氣球怎么落下來的？教學的第一步是探究熱氣球上升的因素，教師讓學生在小組中討論。學生討論的結果有兩個，第一個是空氣，第二個是氣球的材質(zhì)。教師讓學生繼續(xù)分享自己猜想的理由。學生覺得沒有空氣熱氣球就飛不起來，如果熱氣球的材質(zhì)太重了也飛不起來。學生的回答有一定的事實基礎，教師首先要肯定學生的猜想，同時還要引導學生全面的思考問題。學生在教師的引導下想到視頻中的熱氣球上升還有火的作用。教師給學生準備一些實驗器材，讓學生用實驗驗證自己的猜想。在實驗中，學生看到塑料袋上升到空中的現(xiàn)象，教師讓學生總結實驗現(xiàn)象所得的規(guī)律，學生說空氣受熱會上升。教師舉例生活中的冷空氣受熱、體積膨脹、質(zhì)量變輕、上升的現(xiàn)象，讓學生思考其中的原因。第一個現(xiàn)象是早點攤上蒸包子的籠屜，教師讓學生回想自己在早點攤上買包子的情景，當老板把蒸包子的籠屜蓋子打開時，是不是有很多的熱氣上升。還有廚房里的抽油煙機安置的位置，是放在下方還是放在上方。結合實際生活學生發(fā)現(xiàn)冷空氣受熱上升的現(xiàn)象很多，只是自己沒有發(fā)現(xiàn)罷了。

綜上所述，STEM 教育應用到小學科學教育中是新時代發(fā)展的必然結果，STEM 教育在我國從理論走向?qū)嵺`體現(xiàn)了我國素質(zhì)教育事業(yè)的深入發(fā)展。STEM 教育與傳統(tǒng)教育的最大的差別是突破學科的局限，并不是單一學科的教育，STEM 教育理念強調(diào)多學科之間的聯(lián)系，可以全面提升教育的質(zhì)量，加快思辨型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)步伐。在21 世紀新時代下，教師要帶著對教育的熱情，在學科教學中融入STEM 理念，將學生的學業(yè)與生活結合起來，培養(yǎng)學生全新的、廣泛的科學視角，培養(yǎng)學生溝通協(xié)作、創(chuàng)新精神、實踐精神的核心能力，讓傳統(tǒng)的教變?yōu)檫m應未來的學。