基于STEAM教育理念的科学课堂5E教学模式初探

◇马培

随着科学教育的发展，小学阶段STEAM教育理念因其打破传统常规分科教学，将多个学科领域的知识深层综合，培养学生设计和解决实际问题能力，为小学科学课程改革提供了新思路和新方法。本文概述了STEAM教育的内涵，分析了小学科学教育存在的问题，实践了适用于小学科学课程教学的5E教学模式，并取得了一定成效。

当今世界发展迅速，人们对于科技的依赖程度越来越高，为了顺应时代的发展，世界各国积极寻求掌握高科技的综合型人才。各国的教育系统积极地应对这种时代的需求，尝试改变传统的教育方式，培养时代需要的创新性人才。STEAM教育理念的出现为我们实现人才培养战略提供了一条可行的思路。

一、STEAM教育的内涵

STEAM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）五门学科英文单词首字母的缩写，它是将多门学科素养进行深层的融合，培养学生综合解决问题的能力。STEAM教育注重学习过程，它是一种新的教学方式：让学生从过程中学习各种学科知识，达到知识的融会贯通以及综合能力的提升。

自2001年全国基础教育课程改革以来，小学科学教育在培养学生创新思维、探究能力等方面取得了一些进展，但从有关中小学STEAM教育方面的论文来看，关于STEAM教育在我国中小学的实施都是处于一个尝试本土化阶段。2017年2月，我国《义务教育小学科学课程标准》明确指出了该教育模式是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，旨在培养学生的创新意识和创新能力。

二、我国小学科学课堂教学存在问题

STEAM教育在我国尚属于新型教育理念，它的发展还没有形成完整的理论体系和操作模式，小学科学引进该课程理念还存在以下问题。

（一）教师本身专业素养不足。科学课程是一门综合多门学科知识的学科，但是绝大多数学校担任科学的教师所学的专业是物理、化学、生物、地理等学科的其中一门，因此教师本身专业素养不能满足科学课所需。

（二）照搬国外STEAM模式。很多学校为了求新，盲目地引进STEAM课程，有的甚至花重金招外教上课，完全没有考虑其是否适合本校学生的基本情况。从而导致浪费时间和金钱，学生收获甚微。

（三）小学科学实验走马观花。目前浙江省小学科学课时安排是1～2年级每周一节，3～4年级每周两节，5～6年级每周三节。每节课的内容非常的满，能够上完课程时间已经很紧张，留给学生真正实验的时间很少，实验成了一种形式，没有得到落实。

面对以上问题，如何将STEAM教育理念贯彻落实，如何设计科学课堂教学达到预期的效果，对教师而言是一个巨大的挑战。

三、小学科学课堂5E教学模式尝试

到目前为止，我国的STEAM课程还没有形成一个有效且供广泛推广的教学模式。常见的几种STEAM教学模式有基于项目的学习（PBL，Project-Based Learning）、基于真实问题解决的探究学习（PBL，Problem-Based Learning）、基于设计的学习（DBL，Design-Based Learning）、5E教学模式。这四种教学模式各有特点和优势。由于小学科学课程课时少、任务重、班级人数较多等特点，在小学科学课堂教学中，比较适用的是5E教学模式。

5E教学模式是基于建构主义理论的“学习环”模式，由5个环节组成，即引入(Engagement)、探 究 (Exploration)、解 释(Explanation)、精 致 (Elaboration)、评 价(Evaluation)。

（一）引入环节

引入是5E教学模式的起始环节。该环节主要是创设问题情境，暴露学生前概念，引发认知冲突，激发学生学习兴趣与探究积极性。教师在开展教学前，应先分析学生年龄特征、智力发展状况、前概念水平，创设的情境中的问题应贴近学生生活，并与学生学习内容紧密相连，使他们产生共鸣。同时，问题的难度应适中，以便让学生感觉通过努力获得成就感。

例如，浙教版五年级下册第一单元第一课《物体在水中是沉还是浮》一课（以下例子均为浙教版教材），通过以下情境：教师课前准备一块新鲜的胡萝卜（沉的）和一盆清澈的水，上课时让学生猜一猜，整个胡萝卜和将其切成小块，沉还是浮状态如何？（图1同种材料的物体，改变其大小，沉浮状态不变）这里明确学生已有的不同认知，设计直观实验让学生形成认知冲突，激发学生学习兴趣，促进学生主动学习。

图1 胡萝卜在水中的沉浮状态

（二）探究环节

探究是5E教学模式的主体环节。在引入环节中，学生已经产生了认知冲突，可以直接参与观察或实验探究，这时学生将会全身心地投入到探究活动中去。各小组学生以小组合作的形式，利用学习资源设计方案，自主选择材料进行自主探究，通过多个探究活动，获得对概念的感性经验。教师在实施教学过程中，应注意观察、倾听，适当引导学生自主完成，这样才能使学生在科学学习过程中实现知识的获得与探究能力的提升。

例如，四年级下册《各种各样的花》一课中给学生提供充足的有鲜明特点的花，让学生象观察油菜花那样观察这些花，分辨并记录它们的萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊的数量、相同点和不同点，小组内讨论他们的发现。学生从不同实验材料得出可靠证据，从而得到结论。通过本环节的实验探究，学生在思维能力和探究能力方面得到大大地提升。

（三）解释环节

解释是5E教学模式的关键环节。学生利用在探究活动中获取的数据或证据，进行科学解释或论证，从而将引入环节中的前概念提升或者纠正为科学概念。在这个环节中，教师应层层递进地引导学生在面对不同的解释和结论时学会思考与分辨，从而再展开讨论与交流。这时教师尝试提供新概念、规范的科学用语引导。在教师的指导下，学生已经潜移默化地学会使用新知识回答最初提出的问题，培养学生数据分析能力、发展逻辑思维能力、训练学生的语言表达能力。

例如，《各种各样的花》中学生找出花朵们的共性和异性，总结出完全花和不完全花、单性花和两性花的特征，在小组内讨论和组与组讨论中会出现分歧，他们会对信息进行甄别。

（四）精致环节

精致是5E教学模式的核心环节。在教师的引导下，学生将新获得的知识与已有的知识建立联系，并进行实践练习、拓展和灵活应用，解决实际问题。这个环节教师应设置新的问题情境，鼓励学生大胆尝试、充分运用新知识解决新的实际问题，教师可以追问学生是怎么想的，并将思路说出来，从而加深学生对新知识的理解，获得更多信息和技能。

例如，三年级上册《水和食用油的比较》一课中，学生已经学习并知道了水重（密度大），食用油轻（密度小），油会漂浮在水上面。

设问：通过以上学习和探究，如何比较水、牙签、食用油的轻重？

拓展：学生将所学知识应用于解决实际问题。（当学生看到牙签在水中浮，食用油中沉）

教师追问：你能从看到的现象（图2）中，给这三者的轻重排序吗？

图2 牙签在水和食用油中的沉浮状态

这个问题对于三年级的孩子来说，难度有些大，经过思考、追问之后，学生能够自己正确排序。通过精致环节，学生能够将新知加以运用，对新知能够牢固掌握的同时，思维能力也在提升。

（五）评价环节

评价是5E教学模式的最后环节。这是对整个课堂中学生的表现进行公平、公开、公正的评价。教师引导学生对自己的学习活动进行自评和互评，鼓励学生自评，包括知识概念的理解、综合运用能力提升等方面；同时教师也会对学生进行知识目标以及能力目标评估。

例如，五年级上册《设计制作小赛车》一课，提供给学生的材料是“明码标价”的。学生的评价方式为：学生自评、小组互评。学生自评采取打分制，满分10分。学生互评（表1）中学生每人三颗小星星（一颗5分），只能投给其他小组，不能投给自己。教师也有三颗，投给学生。学生本节课的评价方式做到了定性评价与定量评价、形成性评价与终结性评价、自我评价与他人评价。

表1 学生评价方式打分表第_____组

四、小学科学课堂5E教学模式成效

随着5E教学模式在小学科学课堂中应用，学生对科学的学习热情空前高涨，学生的设计实验能力、探究学习能力、小组配合能力、问题解决能力等方面得到明显增强。

（一）激发了科学学习兴趣

在小学科学课堂教学中，教师充分利用学生的兴趣点，在5E模式的第一步“引入”就抓住学生的眼球和注意力，让他们整堂课都沉浸在兴趣的海洋中。这种充满玄机的课堂实施以后，我们收到学生很多心里话。

例如，我最喜欢科学老师的“卖关子了”“总是让我充满干劲”“痴迷在科学老师的世界中，那里有好多神奇的实验”“每次科学课都感觉好快啊，要是过得慢一点就好了”“科学课是每天最期待的课”……

从学生写给我们的信件可以看出，学生喜欢我们的科学课堂，愿意参与到科学课堂中。

（二）获得了科学探究方法

通过长时间的课堂练习，学生能够针对探究问题或者需要解决问题从提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价8个方面进行实验设计，掌握了基本的探究要素。从图3也可看出5E教学模式与科学探究要素步骤是一致的，运用5E教模式进行小学科学课堂教学，可以

图3 5E教学模式环节与科学探究要素

从多维度培养学生的科学探究能力，有利于课堂教学目标的落实。

（三）提升了科学素养

图5 5E教学模式与科学素养关系

5E教学模式在小学科学课程中的实施后，学生的科学素养得到提升，从图5中可以看出，5E教学模式的五个环节紧紧包围着科学素养，它的实施是科学素养在课堂中得以体现的一种形式。

1.学生参加科技比赛成绩优异

通过科学课堂的兴趣激发，学生的综合解决实际问题的能力得到提升，应用拓展方面越来越得心应手。他们在省、市、区参加各类科技比赛中表现优异，尤其是科技小论文的写作，成为学生最喜爱的“作文”类型，他们边做实验边写作文，特别有趣，再也不用担心没有素材了。

2.区抽测成绩提升较大

通过两年的实验，我们从学生最具象的现象着手，按照5E模式备课上课，让STEAM教育理念真实地应用在小学科学的课堂中，学生的综合能力得到提升。

[典型题目]5E模式让对比迁移变得容易

种子和卵各自孕育着新的生命，下图是它们的结构示意图，请结合图回答下列问题。

（1）图甲和图乙中的部分结构有类似的功能：图甲中的序号_______与图乙中的蛋壳起到保护作用，图甲中的3和图乙中的________作用相同。

（2）种子和受精卵的来历相似。种子是通过传粉受精而来，也就是雄蕊产生的________传播到雌蕊的________上，使子房里的胚珠受精，受精的胚珠发育成种子。受精卵是雄性的________与雌性的________受精发育而来。

这个难度较大的综合分析题目的得分情况让我们深知学生对于科学的学习已经不再是停留在知识的掌握方面，而是综合能力的提升方面。将来，学生将会成为一个个逻辑思维能力、动手实践能力超强的人······

初探证实，在小学科学课堂过程中，借鉴STEAM教育理念进行5E教学模式教学，能够有效地从多个维度达成教学目标，能够让教师和学生共同发展、共同促进。教师在实施5E教学后，能够更加轻松、熟练地投入教学工作、传授科学精神，同时增加了与学生的沟通交流的机会。可见，STEAM教育理念下的5E教学模式是一种操作性强、实用性好的教学模式，它能够有效促进小学生科学素养水平的提高。