STEM教育 在小学科学中的应用

陈美香

一、科学教育理念的发展

在科学教育的发展过程中，由斯宾塞提出的“科学知识最有价值”，到赫胥黎强调人文科学、自然科学、社会科学的同等地位，到杜威的经验主义，到“STS教育”、建构主义科学教育观、有中国特色的“科学精神与人文精神”相统一的绿色教育。科学教育理念在前人的基础上不断地演变与更新，以适应科技飞速发展的当今社会。20世纪80年代美国意识到国际竞争力在慢慢地下降，首次提出“科学、技术、工程、数学教育集成”的纲领性文件，后被简称为“STEM”教育。“STEM”教育理念一时间风靡各国，德国、日本等国家纷纷根据本国的实际教育情况对“STEM”教育加以探索与实践。

二、STEM教育與新课标“技术与工程”的契合点

STEM代表科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）。STEM教育并不是将科学、技术、工程这四个学科简单地混合在一起，而是强调这四个领域之间的关联性与系统性。小学科学新课标将“技术与工程”归为单独一大类，适应了科技发展的时代需求，符合小学生的认知特点，这与STEM教育有了某种程度上的契合。有利于促进学生对科学、技术、设计、工程相互关系的理解，也培养学生综合应用科学知识解决实际生活问题的能力。这是一个很大的突破，把技术教育作为科学教育的一个组成部分，是当前科学教育的发展方向。同时弥补了我国小学缺乏技术教育的不足，可以以此为契机提高学生综合应用和实验创新的能力。

三、STEM教育渗透小学科学“形状与结构”的教学中

（一）小学科学“形状与结构”的教学现状

“形状与结构”单元是苏教版小学科学五年级下册第二单元的内容。本单元在学生已经学习了常见的材料的基础上，通过各种制作活动，引导学生了解形状与结构的初步知识，激发学生科学制作的热情，培养创新意识。同时每一课都有设计相关科学知识在生产、生活中的应用，体现了“STS”教育理念。而在教学过程中，只重视单纯的“提出问题-做出猜测-实验探究-得出结论”这样的常规的科学探究过程。实际上，在大部分科学探究课当中，科学探究可以说是一个有起点和终点的“马拉松”。

（二）STEM教育的特征应用于“形状与结构”

1.STEM教育的开放性与动态性

《折形状》本课重点在于引导学生探究物体形状和承受力的关系。学生在课堂上在教师的引导下进行实验探究并得出圆形纸筒的承受力最大，并得出结论。传统的课堂一般只是在教室或者学校里面，而STEM课堂不再局限在教室和学校，使得学生获得更多接触生活和社会的机会，将科学探究真正地应用在实践当中。实际教学中，学生对于蛋壳的承重力有多大产生了浓厚的兴趣。甚至有学生提出生鸡蛋和熟鸡蛋的承重力哪个大？针对学生的这些感兴趣问题，我允许学生以小组为单位选择一个主题，自行设计方案，并在课后进行探究。在这个过程当中把遇到的问题一一列出来，在班级讨论或者咨询校外科普工作者。其实这就是课堂延伸出来的更有趣的科学，也符合了STEM教育的开放与动态特征。

2.STEM教育的综合性与实践性

《搭支架》主要是引导学生探究各种支架的稳固性，向学生渗透浅显的结构力学知识，使学生能够解释各种建筑结构的道理。在实际教学中，学生对于三角形支架是最稳定的已经有了一定的认识。在科学上，会接着提出“不稳定的结构要如何才能变得稳定？”这样的问题。学生则对问题进行思考并试验。紧接着，就是技术层面的事情了。学生会根据已有的经验通过一定的技术让不稳定结构变得更稳定。随后，教师对学生的技术加以评价，这种方式叫作“架梁”。接下来的“搭建高塔”才能真正体验到STEM教育的实践性。学生以小组为单位进行合作学习：利用已有知识（数学、科学、技术）——做出高塔设计图——讨论设计图的可行性——做出预算（需要的材料）——建造高塔工程——展示成果——评价（互评与自评）——改进设计方案——继续改造高塔工程。在整个教学过程中，学生对自己的设计方案和作品津津乐道，并对课程本身产生浓厚的兴趣，其综合技能也得到提升与发展。

3.STEM教育的设计性与合作性

《建桥梁》与《造房子》都是在前面两节课内容的基础上带领学生真正地参与一次较为庞大的工程设计与建造。在《搭高塔》这节课中，学生已经有了一定的经验。所以在这两节课中，我更重视学生的自主设计与团体合作能力。《建桥梁》教材的重点只放在比较三种不同形状（平板桥、拱桥、斜拉桥）的承重力大小。这样的教学设计会限定学生的思维模式，学生会认为桥就是只有这几种形状。实验探究过后，得出相同的结论：拱桥最稳固，平板桥最不稳固。STEM教育强调自主设计，让学生自行设计桥梁模型，通过小组合作完成，更能充分发挥学生的创新性与课堂的开放性。教师可以请相关专业人员或大学桥梁专业人员做适当的指导与建议。整个教学过程中，团队合作渗透到多个环节中。STEM教育体现的合作不仅是课堂内学生与学生之间的合作，还包括学生与教师、实验员、家长、科学家、工程师的交流，学生在各种适合研究的场所如：实验室、科技馆、工厂、科研中心等地方的合作。

三、结语

以上是我对STEM教育在小学科学课“形状与结构”中的应用的一些粗浅见解，STEM教育在我国从理念走向实践势在必行，其中的难度可想而知。为了培养学生综合解决问题的能力，更好地将STEM教育融入小学科学课程当中，传统教学的固有模式已经不再适用。STEM教育理念的融会贯通迫在眉睫。因此，将理论融入实际教学中，逐渐发挥教育新理念的作用是大势所趋。