基于STEM的科学课生活化实验开发研究

连仲月

2017版《义务教育小学科学课程标准》的学科关联建议里提到：“STEM是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，它将科学、技术、工程和数学有机地融为一体，有利于学生创新能力的培养。科学教师可以尝试运用于自己的教学实践。”

笔者所执教的是教科版小学科学教材，该教材非常注重科学与生活的联系。学生的科学学习内容大部分来自学生身边常见的生活现象，其中生活化的科学实验操作活动更易于培养学生解决问题的能力。而且，教材以大单元的形式编排学习内容，有利于开展项目学习。因此，笔者立足教材的“技术与工程”领域，围绕STEM教育理念，确定研究开发小学科学生活化实验的策略。本文以《建高塔》为例，从创设生活化情境，明确学习任务;提供“自助餐”式的生活化材料，培养创新能力;研究生活中的高塔，提供学习支持;设计高塔，建立模型;联系生活实际，解释生活中的事物和现象五方面，基于STEM的小学科学课程生活化实验的开发进行了探究。

一、创设生活化情境，明确学习任务

上课伊始，教师先让学生玩“立铅笔”（铅笔的一端削尖）的游戏，激发学生的学习兴趣，并了解上小下大放置的物体比较稳定。然后出示埃菲尔铁塔，引发学生关注。“你知道这是什么吗？它位于哪里？”“小时候你用积木块搭过塔吗？”最后，情境引入：“现在我市需要建造一座塔来作为地标性建筑，你们有兴趣参与其中的设计与招标吗？”

你看，创设这样生活化的情境，不仅快速地激发学生的学习兴趣，而且明确地提出了本节课的学习任务，学生就会利用自己的知识储备来想办法解决这个问题。

二、提供“自助餐”式的生活化材料，培养创新能力

教材中选用可乐瓶、胶带让学生搭建高塔，在实际教学中，我发现学生对此兴趣不够浓厚，感悟不深。究其原因，主要是搭建材料限制了学生无限的想象力。对于“技术与工程”领域的教学，材料是一个关键因素，它与生命科学、物质科学、地球与宇宙科学的教学一样，都需要准备有结构典型材料。除此之外，材料的要求还需要多样性，以利于学生创新能力的培养。因为多样性的材料，既给予学生选择的余地，又为学生的设计打开了思路，可诱发学生有更多的思路，制作出不同的有新意的作品。其次在材料设置上可设置“自助餐”式材料区，学生可根据自己设计的模型去选择适宜的材料，从而培养学生的元认知。所以，我根据教学内容的需要，和学生们一起准备了胡萝卜块和牙签、塑料雪花片、意大利面、棉花糖等丰富的、本土的、生活中可寻找到的材料供学生选择。

三、调查研究生活中的高塔，提供学习支持

在学生明确任务后，教师要想办法激活学生头脑中已有的对解决任务所需概念的理解。要想设计出理想的塔，就要激活学生前面所学的形状与结构知识和材料知识。我们可以在课上分享课前收集到的世界各地的塔的情况。在分析塔的特点时，教师应引导学生观察各种塔在形状与结构上的特点。这些塔的形状有什么共同的特点？都是由什么结构组成的？这样的结构有什么优缺点？学生通过交流分析理解了塔的共同特點与设计的关系，有利于学习科学概念后的迁移和运用。

四、设计高塔，建立模型

1.提出设计要求。条件限制是科学技术走向现实生活必然面临的问题。因此，在基于STEM理念下“技术和工程”领域的学习中，教师要针对教学内容，提出明确的限制条件，这是理解真正的科学技术设计的开始。所以在《建高塔》中，可以通过发布招标书，提出设计要求：①结构符合科学原理，具备不易倒塌的特点;②高度达到 80 厘米以上;③具有一定的抗风能力;④具有一定的美观度，符合现代简约风格;⑤成本不得突破预算，胡萝卜（十粒一元）、牙签（十根一元）、塑料雪花片（十片一元）、棉花糖（十粒一元）、意大利面（十根一元）。

2. 设计、分析与论证。根据招标要求，各小组先运用相关知识初步构思和设计，再经过“小组讨论—选择—确定方案—画出草图”的过程。在这个过程中，学生要思考哪个方案最可行，哪个方案最实用，哪个方案最节约等问题。这个环节是学生设计一个解决问题的方案的过程，也是一个对多种方案进行优选的过程，能有效提升学生的思维品质。

3. 建立高塔模型。这个环节是本节课教学的核心环节，各小组根据最优方案制作高塔。制作时应思考：底座如何连接？如何确保形状下大上小？遇到了哪些困难？我们是如何解决的？

在实际教学中，学生很容易受到材料或其他小组的影响，轻易否定或更改原先的设计方案，甚至将方案丢在一边，想到哪做到哪。因此，老师应有意识地鼓励学生先按自己小组的设计做，验证自己原来的构思行不行，问题出在哪，然后小组研讨后慎重修改。如果在实践中有新的创意，最好立即在方案中加以体现，调整和完善原先的设计方案。

五、联系生活实际，解释生活中的事物和现象

高塔模型建好后，要让学生用实际制作的高塔去解释生活中的高塔，培养学生灵活运用知识的能力。

总之，STEM 教育是一个项目，它的内涵丰富。我们应立足教材的“技术与工程”领域，围绕STEM教育理念，研究开发小学科学生活化实验。要在开展 STEM 教育过程中，不走形式，扎实每个教学环节，让 STEM 教育真正发挥它的价值。

【本文系福建省教育科学“十三五”规划2018年度立项课题《小学科学课程中STEM教育资源的开发与应用实践研究》（FJJKXB18-682）阶段性研究成果】