“STEM教育+”：基于科学的学科融合教学的策略研究

摘    要：基于初中科学的教育现状，尝试进行“STEM教育+”： 基于初中科学的融合教学的策略研究。小融合、中融合、大融合是“STEM教育+”三个不同层次的融合形式，它突破了以社会为中心取向的课程建设难点，为初中科学的跨学科融合教学提供了方法和策略，创生了科学教育的新生态;更重要的是，它为科学课程建设提供了新思维、新方向，让科学课程重构有了更多的可能性和可操作性。

关键词：“STEM教育+”; 初中科学;学科融合教学

纵观浙教版初中科学，较之“以拆分世界、拆解问题为己任”的分科教学，其优势显而易见，但教学现状依然不容乐观。主要表现在：一是其由于受学科中心和学科界限的制约，教材的“生活化不够鲜明、跨学科的融合缺乏广度与深度”;二是由于受教学评价和教师教学观念的制约，学科知识问题引领下的学习还是占主导地位，应试教育的痕迹依然相当明显。

STEM教育作为一种跨学科的融合教育模式，它强调问题的真实性，强调以社会为中心的课程取向，强调从整体的角度认识和学习与科学、技术、社会密切联系的知识，以培养学生批判性思维与问题解决能力、创造性和創新能力等科学的核心素养。

为此，尝试“STEM教育+”： 基于科学的学科融合教学的策略研究具有重大的教育价值与意义。

一、 “STEM教育+”的内涵及难点

1.什么是“STEM教育+”

所谓“STEM教育+”即指将STEM教育理念有机地融入初中科学教学之中，也即指基于初中科学融合技术、工程、数学等学科的综合教育，创生一种初中科学教育的新生态，以培养学生的科学核心素养。

2. “STEM教育+”的难点分析

“STEM教育+”的难度不少，主要表现在两方面：

（1）在初中科学教学中，并非所有的知识都有适合其学习的STEM活动平台。由于初中科学的不少知识与技能都难以找到生活世界的原型;即便有，不少也因产品制作的复杂性和条件限制等原因而无法实施。

（2）在融入STEM教育活动时，如何确保科学知识体系的逻辑性与完整性。由于现行教材是以学科为中心的课程取向，知识具有严密的逻辑性与相对完整性，而STEM教育活动则以社会为中心的课程取向，其“杂乱无章”的生活情境决定了解决这些问题所需知识的无序性和跳跃性。因而，不少的STEM教育活动都因学生缺乏必备的知识和技能而无法实施。

二、 “STEM教育+”的方法与策略

基于以上难点分析，“STEM教育+”的方法与策略应具有多样性和层次性的特点，现就三种融合形式的内涵、策略及适用课型进行比较（如表1所示）。

可见，小融合、中融合、大融合各有不同，其融合的程度依次由低到高;但它们都旨在融入STEM教育的理念，都具有共同的教学目标：①保持和激发学生的学习兴趣;②加深对科学理论的理解;③促使学生合作交流，适应现实的复杂性等[1]，进而培养学生科学的核心素养。

三、“STEM教育+”的实践与思考

1. 小融合：“STEM教育+”的初级形式

当不具备中融合和大融合条件时，常选用小融合。小融合是指STEM教育理念下的初中科学复习拓展课，它是对新课教学内容和巩固、应用、补充与拓展。如在浙教版科学七年级上册第1章第4节《科学测量》新课教学之后，我们开设了《面包测定仪制作》的STEM复习拓展课，教学主要围绕如下4个基本环节展开。

（1）聚焦核心的真实问题[2]：为了间接了解面粉的优劣及烘焙效果，需测量面包体积。你能自制一个简易的面包测定仪吗？

（2）设计与制作

①方案设计：选择下列器材，设计一个简易的面包测定仪（现场提供制作工具）。a.面包;b.废弃可乐瓶;c.量筒;d.水;e.细砂;f.油菜籽等。

②产品制作：以废弃可乐瓶、量筒、油菜籽等为材料，制作一个简易的面包测定仪。

（3）测试与评价：用自制的体积测定仪来测量面包体积，并与现有产品对比，评估其优缺点。

（4）改进与完善：基于产品评估，请你提出改进该产品的具体措施。

本节课是基于学习了“不规则固体体积的测量方法与技能”后的巩固与应用，它不仅有利于学生学习动机的激发，而且还有利于学生关键能力的培养（如表2）。

2. 中融合：“STEM教育+”的中级形式

当不具备大融合的条件时，优先考虑选用中融合。中融合是指STEM教育理念下的科学单节新课教学，它是对单节新课教学的重构。如在浙教版科学八下第3章第2节《氧化和燃烧》（第1课时）的教学时，通过搭建简易篝火以驱动本节新课内容的学习，其教学主要按如下的6个基本环节展开[3]。

（1）聚焦核心的真实问题：进行户外活动需要露营时，在野外燃起一堆篝火几乎成了户外活动的一个标志。你能利用木条搭建一个简易的篝火吗？

（2）设计与制作：利用提供的木条，迅速制作一个“小型篝火”，要求：不能添加其他可燃物;用火柴点燃，并确保其充分燃烧。（当然在室外实验，并强调相关安全的注意事项）

（3）测试与评价

①测试：小组同学尝试点燃自己搭建的篝火。

②评价：基于很多小组都失败的现状，让学生思考讨论：失败或成功的原因可能是什么？（建立假设）

（4）自主建构新知：（探究物质燃烧条件）：尝试利用若干热水、冷水、白磷及烧杯、试管等实验器材，设计实验（实验方案可用简图表示），验证自己假设。

（5）改进与完善

①再设计：利用燃烧条件，要成功点燃篝火，我们应如何改进，并说明理由。

②再制作：紧扣“小型篝火的目标要求”，基于改进的方案进行再制作。

（6）拓展应用：利用燃烧条件解释：一根火柴为什么不能点燃块煤，却能轻松点燃蜂窝煤。（最后组织学生学习：剧烈氧化和缓慢氧化、自燃和爆炸等相关知识）

中融合不同于小融合，也不同于大融合，它适用于科学单节的新课教学。但它们都通过核心的真实问题驱动学习，以激发学生的学习动机;通过“设计与制作”“测试与评价”“改进与完善”三个基本环节解决核心的真实问题，以培养学生的创造性和创新等关键能力; 通过“迁移解决新的真实问题”，以促进学生内化，乃至活化知识与技能。进而促进学生的深度学习。

3.大融合：“STEM教育+”的高级形式

当具备大融合的条件时，首选大融合。大融合是指STEM教育理念下的科学单元新课教学，它是对单元新课教学的整体重构。如针对浙教版七下第3章第2节《力的存在》、第3节《重力》、第5节《二力平衡的条件》、第6节《摩擦力》的内容，利用“弹簧秤的制作和应用” 的STEM项目学习活动进行单元教学整体重构。本单元教学重构的具体框架如图1所示。

在大融合中，需要强调说明的是要保持“一变”“二不变”。“一变”：是指聚焦核心真实的问题驱动单元的统整教学，变“学科为中心”的课程取向为“社会为中心”的课程取向;“两不变”：一是指课程标准要求不变，统整前后的教学既不拔高，也不降低;二是统整前后的教学课时数基本保持不变。

本单元进行教学整体重构之后，至少具有如下两大优势：一是它将STEM教育理念有机地融入初中科学的教学之中。即在对本单元进行大融合的同时，在单元的不同节次中还采用了中融合或小融合（见表3），这样不仅打通了学生的课内学习与课外实践的“藩篱”，而且还最大限度地挖掘了本单元科学教材的教育价值，促进了科学学科的跨学科融合教学。

二是它弥补了原有教材在编排上的不足。原有教材中“二力平衡的條件”的内容安排在第5节，“重力”的内容安排在第3节，学生既无法理解 “为什么重力方向与细线在同一直线上？”也无法理解“为什么重力大小会等于弹簧秤对重物的拉力？” 教学重构后，为了使“弹簧秤的制作”顺利进行，学生必须对“拉力与弹簧秤伸长长度的关系”进行探究;而二力平衡的条件既是该实验探究的基础，又是后续学习“影响重力、摩擦力大小因素的实验探究”的必备知识。因此，将“二力平衡的条件”的内容前置学习将更合理、有效。

总之，“STEM教育+”的实践探索意义非凡。实践表明：小融合、中融合、大融合是“STEM教育+”的三个不同层次的有效形式，它们的合理使用与互补搭配，一是发掘了科学教育的最大价值，弥补了科学教材和教学中STEM教育的不足;二是它突破了以社会为中心取向的课程建设难点，为科学课程的进一步整合提供了新思维、新方向，让科学课程的重构有了更多的可能性和可操作性。[□][◢]

参考文献：

[1]李高峰.中学生物学课程及案例[EB/OL]..https：//max.book118.com/html/2017/1108/139372249.shtm.

[2]薛仕静.初中科学PBL新课教学范式的实践探索[J].生物学教学，2018（10）：33-34.

[3]庄振海.浙江省教育质量监测结果反馈研修活动//国家测量监测结果对科学教学的启示.2017.