基于STEM教育理念的小学科学教学——以《简易净水器》为例

福建省泉州市丰泽区实验小学潘山校区 何秀晶

过去，小学科学课程或者变成教师科普科学知识的课堂，或者成为教师引导学生做科学小实验的课堂，这样的课堂都无法通过课堂教学有效培养学生的核心素养。基于STEM教育理念的小学科学教学是一种能够培养学生核心素养的有效教学途径。

一、STEM理念

STEM是Science、Technology、Engineering、Mathematics这四个英语词汇的缩写。STEM教育就是让学生面对真实情境中的问题，通过团队合作将科学（S）、技术（T）、工程（E）和数学（M）有机统一，运用跨学科的知识与方法来解决复杂问题，培养学生的自主性、主动性和创造力。推进STEM教育是全面提升小学科学基础教育质量的重要抓手，符合小学科学教育发展的方向，对培养学生的核心素养具有极大的意义。

二、STEM课程案例分析

《简易净水器》是结合教科版小学科学六年级下册《环境和我们》单元第六课《污水和污水处理》的“污水的处理工艺”知识点拓展延伸的主题STEM课程。引导学生利用身边常见的材料设计制作一个简易有效的净水器装置，亲历污水净化的活动，掌握了解水净化的常用方法。本主题课程中学生将像工程师一样经历工程的设计、制作、测试、优化迭代的过程，在综合性、项目化的深度学习中，内化整合科学、技术、工程、数学各学科的知识，培养学生解决问题的能力、创新能力、合作与沟通的能力。本主题包括以下活动流程：

1.引入问题与确定需求

活动一：创设情境，项目导入

视频展现2018年超强台风“山竹”登陆前后的场景。台风过境暴雨洪涝过后，灾区自来水厂还没来得及恢复供应，而能作为生活用水的井水、河水又受污染导致污浊。作为“小小环境工程师”的你能帮助灾区的居民们设计一个简易有效的净水器吗？从而导入项目任务：设计制作一个简易有效的净水器。

活动二：查阅资料，自主学习

小组使用平板电脑，连接网络查阅相关资料，完成自主学习任务单：我了解到的净水器。小组分享交流调查结果。

2.调查研究与学习支持

活动三：了解自来水厂的净水流程

小组阅读观看平板电脑中自来水厂净水流程的微课视频及图片文字资料，并讨论交流以下问题：自来水厂净水主要分为哪几个步骤？净水的每个步骤的目的是什么？你知道生活中哪些常见的材料物品可实现以上净化功能？

小组汇报交流，其他小组认真倾听并提出各自的意见及建议。师小结自来水厂的净水流程，并出示资料链接，着重介绍过滤和吸附的净水方法。

活动四：了解水样质量检测方法

师出示阅读资料，让学生了解合格饮用水的标准。引导小组用“看”（颜色、透明度、沉淀物、漂浮物）、“闻”（气味）、“PH试纸检测”（酸碱度）等以上方法观察比较清水和污水的不同。

3.分析观点与建立模型

活动五：设计“简易净水器”

小组观察“自助材料站”的材料特点，讨论交流：选择哪些材料，设计制作什么样的净水器呢？在设计时要考虑些什么问题呢？师出示项目评价量表，各小组明确评价要求，并用量表中的评价标准去指导自己的设计。

活动六：制作“简易净水器”

小组按照设计图开展制作，师巡视并用希沃教学助手直播记录各小组的制作过程。

4.测试优化与解决问题

活动七：“简易净水器”的性能测试

出示测试任务，小组领取活动材料，各小组观察记录净化前后水样的质量，以检测自制的净水器是否有效，及其净化效率如何。收集汇总测试结果，根据测试的结果确定各组“净化效果”和“净化效率”的得分，并填入评价量表。

5.净水器的展示与评价

活动八：“简易净水器”的产品发布会

小组代表从以下几个方面汇报展示项目成果，其他小组认真倾听并对他们的设计从可借鉴的地方或不足之处提出自己的看法，汇报的小组成员可做出相应的解释说明。根据评价量表评选出“最佳净水奖”“最佳设计奖”“最佳创意奖”。

（1）展示制作的净水器，阐述设计意图及测试的结果。

（2）设计制作过程中遇到了哪些困难？怎么解决的？

（3）你认为你设计的净水器还存在什么不足之处？怎么改进？

（4）结合测试时的经验，你觉得还可以怎么调整提高净水的效果和效率呢？

三、STEM课程教学策略分析

结合《简易净水器》案例的开发和实施过程，笔者认为要开展基于STEM教育理念的小学科学教学，教师需要掌握这些方面的教学策略：

1.课程开发策略分析

课程开发的理念之，激发小学生的求知欲望。小学生具有好奇心强的特点。STEM课程要让学生进入一个学习情境，看到一个需要解决的问题，这个问题将成为学生需要解决的目标。应用这样的方法，可以提高小学生的学习参与性、自主性。课程开发的理念之二，由易到难，帮助学生突破学习困境。小学生在解决问题的过程中，会遇到种种学习困境。教师要引导学生学会思考，结合自己的学习经验和生活经验，找出解决问题的方法；培养学生的思维水平，让学生能够整合出解决问题的流程；引导学生掌握科学的研究方法，使学生能够应用科学的方法完成探索研究；鼓励学生交流合作，让学生在交流的过程中反思学习。在这一学习的过程中，使学生掌握科学理论、提高思维水平、掌握科学的技能、形成科学的态度。课程开发的理念之三，激发学生的创新能力，这是STEM课程开发的重点。教师要在教学中，引导学生一边学习科学理论知识，一边让学生结合自己的生活实践经验及以往的学习经验，来整合过去学过的知识，应用创新的思维来分析问题，提出解决问题的策略。比如在本次教学中，在学生发现了水资源污染的问题以后，教师引导学生自主地学习相关的理论资料，了解水资源污染的原因及解决水资源污染的方法。

2.课程结构分析

STEM教育具有情境性特征，它不是教授学生抽象的学科知识，而是强调在丰富的生活情境中，让学生获得知识情境化应用的能力，根据知识所处背景辨识问题本质并灵活解决问题。基于实践，吸收并借鉴工程设计流程，笔者认为一个STEM课程应包括以下结构：

3.课程评价策略分析

传统的总结性评价如纸笔试卷测验，只能判断学生的知识掌握情况，无法对学生在STEM课程中综合能力的提高做出整体性评价。完整的STEM评价系统需要形成性评价与总结性评价相结合。可根据实际课程内容拟订评价指标，制定评价量表，采用自评、互评、师评的方式完成评价。这种形成性评价可有效追踪评价出学生STEM能力的变化。

总之，基于STEM教育理念的小学科学教学是一种能够全面提高学生核心素养的教学方法。将STEM教育理念融入小学科学教育中去，可强化学生动手动脑能力，增强应用知识解决真实问题的能力，进而不断发展，为国家培养越来越多的科学技术人才。