面向STEM教育理念的小学科学课堂的实践与思考

张梦岩

摘 要 进入21世纪，国家综合实力的竞争主要是人才的竞争，新时代所需要的人才绝不再是过去的单一人才，而是需要兼具创新能力及实践能力强的复合型人才。当前国际上兴起的STEM教育理念就是一种强调培养复合型人才的全新的教育理念。本文主要通过介绍STEM教育理念，结合具体小学科学自编STEM课程《学做小火箭》的课堂教学实践，将STEM这种先进的教育理念实践融入到小学科学的教育教学课堂实践中来。

关键词 STEM 小学科学 素质教育

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.10.064

Abstract In the 21st century， the competition for comprehensive national strength is mainly the competition of talents. The talents needed in the new era are no longer the single talents in the past， but the composite talents with both innovative ability and practical ability. The current international STEM education concept is a new educational concept that emphasizes the cultivation of compound talents. This paper mainly introduces the STEM education concept， combined with the specific primary school science self-editing STEM course "learning to do small rocket" classroom teaching practice， the STEM this advanced educational concept practice into the primary school science education teaching classroom practice.

Keywords STEM； primary science； quality education

0 背景

STEM是科學（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Math）4门学科英文首字母的缩写。科学的最大作用就是对我们生存的物质世界进行认知并加以解释以得到最终的客观世界的规律；技术与工程在科学正确认知的基础上对物质世界进行加工与改造，促进社会的发展以及人类的进步；数学更为技术与工程改造提供了技术工具。STEM教育最先由美国的布什总统在2006年最先提出，此后，美国的历任总统政府对于STEM教育的投入逐年增加。最近美国特朗普总统签署一份备忘录，拨款2亿美元经费加大对STEM相关教育领域的投入，培养学生的科技理工素养。科技创新对于促进社会的发展在21世纪经济全球化的时代显得尤为重要，科学技术是第一生产力。STEM教育作为一种全新的跨学科整合的教育方式，通过综合运用科学、技术、工程和数学的知识，促使学生将相关的理论知识和生活实践经验相紧密结合起来，这对培养学生的综合实践创新能力以及增强国家的综合竞争力将有重大的积极意义。

当代教育对现代社会发展起着至关重要的作用，与此同时，提升国家在国际舞台上的综合竞争力是实现民族复兴和伟大中国梦的关键，中国梦的实现需要文化、科技和产业等相关多方面力量的紧密结合，劳动者的素质和水平将对这一力量起关键性作用。STEM教育，是一种着眼于复合创新型人才的培养和提高劳动力水平的全新教育理念，STEM教育将成为教育兴国的一个全新的重要落脚点。面向STEM的全新教育理念将会对中小学教育产生系统性的影响。现阶段，发展STEM教育已不再是简单的学科的事情，更多的将是代表一种全新的教育发展战略，甚至也可以说是种国家的战略。[1]

小学科学，作为一门涵盖面广，综合性强的学科，旨在培养小学生的动手能力、实践能力以及创新探究能力。在小学科学课堂中合理的引入 STEM相关教育理念与开展 STEM教育方式，对于学生综合素质能力的培养与提高以及学生的综合实践探究能力的发展将起到一种积极的促进与推动。STEM教育是一种建立在学科融合基础上的教育，主要是以设计和探索为目的，对相关技术问题的解决进行有效的科学探索。[2]

STEM倡导的是一种基于具体问题解决的的项目式学习，因此在课程内容的设计整合与具体实施时，需要从如下几方面进行操作。

1 创设情境，合理导入

情境的设计，要给学生一种真实性，并同时提出相关驱动性问题。教师首要要知道学生学习完成之后得到的最终学习成果是什么，知道学生在获得学习成果的同时对于个人的知识提高以及核心素养形成所具有的促进作用。对于教师个体而言，在一个完整的STEM项目教育中，教师扮演的角色应该是一个对教学目标的制定者、信息发布者以及对学生学习情况的监督者。

案例：在《学做小火箭》一课中，给学生模拟创设一种情境：学校即将开展校园创造节，创造节中有一个项目是通过利用普通 A4纸设计既定规格的火箭，在其它条件相同的情况下，保证发射的推力相同，火箭弹射的高度越高，最终的成绩也将越高。在这一目标环境下，师生首先明确目标——我们所要创造怎样的作品，然后就此目标共识，之后老师在专业化的角度上对同学在进行引导，使他们明白相对驱动性的原理以能够进行下一步骤。如果在创设情境之初对于小火箭的规格，动力大小等缺乏具体明确的要求，将会直接导致最终学生所设计的产品缺乏对比性，也不利于最终教学目标的达成。

2 从对教材课程的执行者转变为对目标课程的研究者

在融合 STEM教育理念下的项目学习中，教师将不再是简单的课程执行者，教师的着眼点不应该只关注既定课程内容的教学任务，应该转换自己的角色，以一种课程研究者的角色，投入到相关课程的制定、研发、实施和评价的全过程，将个人的学科思维转变成课程思维。教师作为课程设置的主体，应该充分解读本学科的课程标准，分析教学对象的详细学情，从而最终完成对所开展的项目学习的主体，教学内容以及活动的组织与评价等相关内容。

案例：将上面情景导入后，首先引导学生思考在哪种情况下，底部推力以及外界环境不变可以使得火箭所上升的高度有所差别。逐步引导学生对于“箭头”、“箭身”、以及“箭尾”三部分的分析思考，进行相关的实验探究。实验开展材料：普通A4纸，美工刀，双面胶带，米尺、橡皮筋和三脚架。同时，出示火箭的制作规格：火箭长度20cm，箭筒直径10cm。让学生自由以小组为单位合作共同完成对火箭的制作。在制作过程中，提醒学生对火箭长度以及箭筒等具体尺寸的关注。

3 从教学内容的权威者变为学生学习的陪伴者

学生作为STEM项目学习的核心，在学生面对问题时老师所扮演的角色应该是陪伴者，而不是权威者，不要一昧直接去告诉学生所谓的正确答案或者去评判对与错。

案例：当学生在分组制作“小火箭”的时候，在材料裁剪，粘合箭头、箭身和尾翼以及测量尺寸等涉及数学与工程方面的环节遇到问题时，作为学生学习的陪伴者，应该时刻关注学生的学习过程，适时提供必要的帮助，引导学生完成对所遇到的相关问题的解决。当学生小组合作完成对火箭的制作以后，在火箭的测试环节，学生往往会忽略 “保证火箭尾部动力相同”的这个已定条件，此时应该及时提醒学生。通过不同小组在相同推动力的条件下测试每个火箭的最大升空高度，组织学生汇报实验测试结果。

4 从传统的知识的传递者变成知识的建构者

在STEM项目学习中，教师将不再是传统单纯的知识拥有者的角色，而应该根据学生在相关的STEM项目学习中所遇到的问题和需要，扮演传递知识的媒介的作用，提供丰富的学习资源。在STEM项目学习中，教师不仅作为知识的建构者，同时也是知识的学习者。

案例：当小组学生完成作品的设计制作并进行测试時，教师和学生一起观察研究火箭的外形特征对在相同动力下火箭升空高度的影响。总结、对比和讨论，研究总结出外形特征：（1）火箭顶部：火箭顶部要尖锐，箭头和箭身形成一种流线型，减少飞行时的空气阻力；（2）火箭箭身：箭身长度和底部直径比10：1；（3）火箭尾翼：数量精简，且分部均匀，较少气流以及维持飞行的稳定。符合以上特点，飞行高度才会越高。

STEM教育是将科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科放在一起的简称，是一种强调多学科进行交叉融合的新兴教育方式，倡导将多学科进行有机结合的一种全新教育方式理念，旨在提高学生的动手实践、科技创新以及综合素质能力。现有相关数据研究表明，当前很多地方实施的 STEM教学过程中不同程度的都出现了将不同学科知识以割裂（分学科）的方式进行教学的现象，[3]甚至有些 STEM教学只是简单地将多门学科进行拼凑组合，并没有进行相应的系统性的交叉融合，使其成为一个有机的整体。关于 STEM教师队伍建设方面，目前普遍存在 STEM教师素质不足和STEM教师队伍不稳[4]的情况，小学科学作为术科，在学校中的地位没有语文、数学以及外语重要，因此并没有得到相关领导的应有重视。很多学校缺乏专职科学教师也是开展STEM教育面临的另外一个困境。由于缺少足够的专职科学教师，有些学校的科学课采取由语文或者数学老师代课的形式进行开展，教师的科学素质良莠不齐。此外，受中国传统教育理念以及当前应试教育的束缚与影响，家长普遍重视语文、数学以及外语科目的教学，对于小学科学等增强学生综合素质的术科家长给予的关注度普遍不高，不太重视 STEM[4]教学，如何转变学生及家长的传统的教育观念也是当前教育所亟需解决的问题之一。

STEM作为一种当前新兴的国际流行教育理念，当前还没有达到一个在全国范围内推广的程度，缺乏相关高层教育管理部门的重视与推广，需要有关教育管理部门组织一系列相对应的大规模全国推广活动。目前来看，在全国进行大规模推进STEAM教育现阶段还比较困难，还无法让我们更多的学生从STEM教学中受益。尽管困难，但是我相信只要我们广大一线的科学教师都做点努力，贡献自己的一份力量，在日常的科学课堂进行STEM教育教学，推广STEM教育理念，一切都将有所好转。

参考文献

[1] 赵中建.STEM：美国教育战略的重中之重[J].上海教育，2012（11）.

[2] 杨琳玲，郑立新.基于STEM教育的中小学未来教室展望[J].中小学信息技术教育，2014（10）.

[3] Herschbach，D.R.（2011）.The STEM initiative：Constraints and challenges[J].Journal of Stem Teacher Education，48（1）：96-122.

[4] 张燕军.21世纪美国中小学生STEM 素质低下问题及其对策.外国中小学教育，2013（6）.