基于STEM理论视野下小学科学实验设计模式的初探

金鑫

【摘 要】 2015年12月美国颁布了STEM教育法案，对STEM教育设定了全新的详细的发展规划。同时自2015年9月至今，江苏连续设立了多个中小学STEM课程试点。由此可见，STEM教学在国内外均受到了较大的重视。小学科学实验是小学科学学科的重要组成部分。而实验设计是实验教学的重要一环，是成功进行实验的前提。但对于STEM理论在我国小学科学实验设计中该如何体现？本文笔者借鉴和吸收STEM教育理念，结合《新品弹球》实验设计，探索基于SETM理论视野下小学科学实验设计模式，以此来提升我国小学科学的教育教学水平。

【关键词】 小学科学；STEM理论；实验设计；《新品弹球》

随着经济的发展和科技的进步，人们对教育事业的发展进程也越来越关注。一直以来，受传统教学思维的影响，在小学科学教学中仍沿用传统的教学方法和实验设计模式，这不但影响教学质量的提高，还抑制了学生综合能力的发展。因此，小学科学教学需要使用新的教学方法和实验设计模式。STEM教育则是当前实践中成果较为显著的一种教学方式，是我国教育发展中值得探究和学习的内容。

一、概念界定

1.STEM理论。STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的简称。它的本质是在众多孤立的学科中建立一个新的桥梁来为学生提供整体认识世界的机会。通过使用这四种 学科整合到一种教学范例中，把学生学习的零碎知识变成一个互相联系统一整体的过程。

2.实验设计。小学科学实验设计，是指由教师和学生共同确定一个研究主题，教师提供实验器材，提出实验要求，让学生自己设计实验方案，拟定实验步骤，通过小组合作的方式来探索和发现科学现象，并通过建立模型来解释实验现象，总结出规律性的科学认知。

二、STEM理论下实验设计模式——以《新品弹球》为例

1.学习目标。小学科学实验设计实际上是小学科学正常教学的重要保障。通过对STEM理论研究分析，所涉及的不同领域之间的融合不是知识点的归纳，而是要发挥交叉学科的优势。结合我国小学科学新课程标准，取一方之长，借他方之力，使科学、技术、工程和数学互为补充和促进，探索相对应的小学科学实验设计新模式。

例如《新品弹球》课程的学习目标：

1.科学（S）

（1）知道硼砂溶液和含聚乙烯醇的胶水混合可以得到一种具有黏性的弹性物质。（2）知道原料配比不同，混合后所得产物的特性不同。

2.技术（T）

（1）掌握制作弹球的工艺。

（2）運用科学的方法测量弹球弹跳的高度。

3.工程（E）

（1）设计“提出问题—设计方案—制作弹球—弹球测试—形成新品弹球产品”的实验设计方案。（2）学会自己思考与解决不同原料配比与弹球性能之间的关系等问题。

4.数学（M）

（1）能运用比例问题解决原料的配比问题。（2）能够利用图表呈现数据，并进行分析和解释。

2.引入问题与确定需求。由于科学学科课程的特点，学生在有限的时间里所学的科学知识很难用来解决生活中的实际问题。STEM课程则关注现实问题，主张在真实复杂的情境下进行科学探究学习活动，有利于学生科学素养的培养，帮助学生解决生活中的实际问题。

例如《新品弹球》从生活中引入问题与确定需求。

（1）教师出示弹球玩具，引发学生注意力。

（2）由情境引入，借助视频交代项目主题，抛出要解决的问题。

（3）学生讨论，分析视频中出示的任务。

（4）教师引导如何解决此问题。

（5）学生观察配方中的两种原料，在此基础上讨论本项目的实验报告书。

（6）小组展示，全班交流本项目实验报告书。

3.调查研究与学习支持。在科学实验教学中，教师要培养学生的实验技能，帮助学生养成良好的实验习惯，实验仪器的使用方法及注意事项、实验设计的相关知识，教给学生在实验完成后，分析原因得出结论，促进学生创新能力的发展。

4.测试优化与解决问题。《新品弹球》活动中，学生在解决“做一个新品弹球”这个问题时，扮演着弹球工厂工程师的角色。这样的代人感避免了学生在反复调整比例、制作弹球的过程中出现疲劳和兴趣缺失的状况，促成学生乐此不倦地为了制作出更好的弹球产品，不断迭代，用数据说话，最终解决问题。其实，“动手做”活动和情境只是STEM课堂的载体，真实、有意义且贴近学生日常生活的问题才能真正帮助学生在STEM课堂中取得更多的收获。如表2所示。

以《新品弹球》为例，探索基于SETM理论视野下小学科学实验设计新模式。我们从玩具工厂的实际需求出发，引导学生从现实生活中寻找材料，用常见的胶水制作一个无毒无害的弹球玩具，通过动手做探究弹球配方的可行性，解决工业生产情境中如何改善产品的实际问题。

总之，小学科学实验设计，尽可能给学生创造一个丰富多彩的学习环境，在STEM理论指导下，提供学生解决问题的机会，把理性思考和科学推理相结合，培养学生发现、思考、概括能力，养成实事求是的科学态度，实现理性与情感完美整合，全面提高小学生的科学素养。

【参考文献】

[1]齐美玲，孙云帆.美国STEM课程的浅析[J].科教导刊，2013（28）.

[2]教育部.全日制义务教育小学科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2017.01 .

[3]冯凌.促进融合的学习—小学STEM教育案例[M].江苏：江苏凤凰教育出版社，2016.12.