基于STEM教育的小学科学课堂实施技术与工程教学的有效策略研究

萧顺欢

摘 要：STEM教育及《义务教育科学课程标准（2017年版）》均提出实施技术与工程教学，但目前国内科学教师存在对技术与工程领域不熟悉，专业水平不足，在实施技术与工程教学上有一定困难的现状，着眼于STEM教育，探究在STEM教育下如何在科学课堂中实施技术与工程教学，落实科学、技术、社会与环境目标，为科学教学提供有效的理论知识与实践措施。

关键词：STEM教育;技术与工程;小学科学

STEM教育是科学、技术、工程、数学的融合。其中，科学指的是科学知识，其中包括对自然现象及其中蕴含规律的认识与解释，而工程和技术是在尊重自然规律的基础上去创造新事物、改造世界，数学则是实施改造、创造过程中的工具，是解决技术与工程问题的必备武器。STEM教育有助于学生从一个更高的角度去看待世界，提升学生对多学科的综合认识，提升学生的创新精神与实践能力，从而学会解决实际问题。新课程改革下的素质教育要求培养学生的创新精神与实践能力，能否培养学生的创新精神是现代教育与传统教育的主要区别。要培养学生的创新精神与实践能力，STEM教育中的技术与工程领域是关键。

《义务教育科学课程标准》（以下简写为新课标）中将科学课程目标分为四部分：科学知识目标、科学探究目标、科学态度目标和科学、技术、社会与环境目标。在技术与工程模块中，新课标指出学生要了解科学、技术、社会和环境的关系，具有创新意识、保护环境的意识和社会责任感，并且强调在教学中，教师应帮助学生形成以下主要概念：人们为了使生产和生活更加便利、快捷、舒适，创造了丰富多彩的人工世界;技术的核心是发明，是人们对自然的利用和改造;工程的关键是设计，工程是运用科学和技术进行设计、解决实际问题和制造产品的活动。另外，教师应让学生意识到科学家与工程师的区别，指导学生研究简单的科技产品，了解科学原理在技术上的应用，在体会科技产品带来便利的同时形成环保意识。

综上所述，STEM教育融合的科学、技术、工程与数学教学正是目前小学科学教学的方向与目标所在，是在科学原理学习基础上的设计与创造。对于大多数科学教师来说，实施STEM教育最大的困难在于技术与工程领域的理论与实践。如何在科学课堂中实施技术与工程教学，落实科学、技术、社会与环境目标是每位科学教师应当思考的。本文将针对科学课堂中实施技术与工程教学展开研究，并提供相关理论支持与实践措施。

一、基于新课标，改进旧教材

目前，教科版小学科学三～六年级所使用的教材均是2001—2003年版的，而最新的《义务教育科学课程标准》是2017年版的，课程目标由三维变四维，增加了科学、技术、社会与环境目标;在课程内容上增加了技术与工程领域的学习;相关的教学要求也发生改变。显然，目前的教材已经跟不上时代的脚步，跟不上新课标的步伐，这就要求科学教师要根据新课标的要求改进旧教材，对旧教材进行分析、改造，融入新课标的要求与教学建议，生成新的教学设计，达成四维目标，符合学情，符合时代要求。以下将针对相关课例进行分析，阐述在科学课程中改进旧教材，实施技术与工程教学的要点。

1.原理学习，铺垫引领

所有的技术与工程均源于科学原理的学习，在教科版小学科学教材中，需要学生设计与动手制作的课均在学生已经学习了相关知识之后，因此即便是我们多么强调让学生去设计与制作，教师也应当注重学生的科学原理学习，让学生扎实掌握相关的科学概念，技术与工程教学的开展才不会出现看起来热闹，实际上学生并不太明确究竟要做什么的現象。

2.联系生活，任务驱动

科学源于生活，生活处处有科学，教师要强化对科学知识与生活的联系，善于创设问题情境，采用生活任务驱动，激发学生学习的好奇心，培养学生解决问题的能力。如在教科版小学科学三年级下册《做一个指南针》，本课的学习者是三年级学生，他们对科学课充满兴趣，乐学、好学，但科学素养尚在培养的初始阶段，思维上逻辑性不强、考虑问题不够细致周密;探究过程不够严谨，同时实验操作能力有待提高。本课通过设计并实施实验将对提升孩子的科学能力有着积极的作用。教师可以创设这样的情境：明明与爸爸妈妈去郊外游玩，爸爸妈妈忙着搭帐篷，而在一旁玩耍的明明看到一只小兔子，觉得十分可爱就一路追寻兔子，停下脚步时却发现自己深陷一片丛林之中，只知道营地在南方，找遍了身上只发现有磁铁、缝衣针、线、碗这几样东西，你能否帮助明明找到回去营地的路。这样的问题情境贴近生活，符合三年级学生的特点，学生探索的欲望一下子被激发，在思考并设计自制指南针的过程中问题解决能力得到了提升。通过故事情景贯穿整个教学内容，运用实际解决生活中遇到的问题，让科学探究从课堂走向生活，拓展研究的广度和深度。同时，激发学生乐于助人的自豪感。又如，在六年级《杠杆的科学》一课中，由打开一个奶粉罐引入，在得知用撬的方式打开后，教师进一步提出让学生用硬币和螺丝刀撬开，感受二者不同进而得出杠杆原理。不仅如此，教师还可以创设生活情境让学生解决将葡萄榨成葡萄汁的问题，提供简单的材料，让学生运用杠杆原理设计制作简易榨汁机。技术与工程都是源于生活，贴近生活的，学生的原有知识与经验是丰富的，采用生活任务驱动，从生活出发学习科学，再回到生活解决实际问题，能够更加有效地帮助学生构建关于技术与工程的相关概念。

3.科学选材，阐述意义

在科学教学中，要注重实验材料的选择，既要简易，符合学生的学习、动手能力，又要科学，能够让学生看到直观的效果。如在《做一个指南针》一课中，指南针一般有两种：悬挂式、水浮式，但为什么提供给学生的材料中要加一个碗呢，原因在于将指南针悬挂于倒扣的碗中，可以解决在野外、航行中天气恶劣，影响指南针转动及指示方向的问题，实现刮风下雨都可以准确指示方向的目标。此外，教材上是采用线绑住指南针进而悬挂，但三年级学生多数不会用打结的方式去绑指南针，会的学生操作起来也较慢，因而可以设计先在磁针中间黏上橡皮泥，再把线缠在橡皮泥上吊起磁针，这样的操作更符合学生的实际，而且再调节磁针的平衡时针也不容易掉下来，成功率大大提高。学生设计经历简单的探究性实验过程，掌握正确的方法磁化钢针，用多种方法制作简易指南针。在科学探究的过程中，让学生感受到科学的严谨性，激发学生创新思维，培养学生动手实验能力及科学兴趣。新时代的教师不再是教教材，而是用教材教，因此教师可以根据实际情况灵活处理，不必照本宣科，选择科学的材料才能实现高效课堂，学生也会逐步意识到在制作过程中，材料的科学、有效十分重要。

4.重视设计，逐步优化

新课标指出，工程的关键是设计，工程是运用科学和技术进行设计、解决实际问题和制造产品的活动。因此，让学生动手操作前，教师要注重学生的设计，并且要让学生明确每一项工程实施前都要完成周全、科学的设计。通过设计学生将了解到工程中需要考虑到实际问题非常多，要动脑筋思考解决方法，一步步优化设计。同时，学生的思维活动就体现在其设计过程中，这是检验学生科学知识掌握程度、思维水平的一种重要媒介，通过设计图可将抽象的思维具象化，将科学思维板演，有助于教师进一步了解学情。如在六年级《用纸造一座桥》一课中，让学生设计一座横跨海心沙和广州塔的桥，在承重量、高度、稳定性、人性化等方面提出要求，让学生用教师提供的材料在白板上完成三维立体设计，在初步設计展示及评价后进一步改进，优化设计方案。学生再识别和控制变量，记录数据，分析数据并得出合理结论，用纸的宽度、厚度与抗弯曲能力的关系的研究，在这个过程中，学生对于工程设计的理解不会再流于浅表，会渐渐认识到要不断优化，并且必须先设计再制作。

5.注重实际，着眼现实

工程的设计要注重实际，着眼于现实，考虑可利用的条件和制约因素，如在五年级《我的水钟》一课中，制作的水钟计时若不准确主要有以下两个方面的原因：第一是容器的形状不规则导致刻度的标记不科学;第二是开始时容器里装了比较多的水，水的重量产生的压力比较大，开始滴漏速度会快一些，随着容器中的水位逐步下降，水的压力也越来越小，这样就影响了滴水的速度，以上两个因素是学生在制作水钟遇到的制约因素。制作水钟存在一定的技术含量，教师要引导在制作之后进行反思改进，引导学生选择合适的孔径，考虑如何在水压会改变的情况下，让水滴以稳定的速度滴下，用身边的什么容器制作可以标记出准确的刻度，增加计时的准确性和科学性。

6.重视过程，关注结果

工程在设计之后需要制作，在制作之后检验成果，这是检验工程的核心。在《我的水钟》一课中，学生制作完水钟之后进行计时即可知道自己制作的水钟是否科学准确;在《杠杆的科学》一课中，学生在教师的引导下利用杠杆原理设计制作简易榨汁机，但榨汁机究竟能否榨出汁来，榨出来的效果如何通过简单的榨汁来检测。在现实中的技术与工程上，设计制作的产品是需要投入使用的，产品的实用性需要在一次次的检测与改进中不断得到完善，只有经过严格检验的产品才可推出市场进行销售，甚至在新产品推出市场之后还需要通过用户反馈进行改进，符合生活需求。因此教师不仅要重视学生制作的过程，也要关注制作成果，让学生明确制作与检测同样重要，帮助学生形成检测与不断改进的概念。

二、总结

STEM教育及新课改下的技术与工程教学，不是让学生动手做做就好了，只有让学生亲身经历技术与工程的过程：原理学习—问题产生—目标确定—形成方案与设计图（包含了选择怎样的材料等需要考虑的实际问题）—实施制作—检验成果—再次改进，并且帮助学生形成技术与工程的相关科学概念，这样才算真正落实技术与工程教学。因此，在技术与工程教学中，教师要避免帮助学生规划好一切，让学生照着动手做做，这样的科学课无疑成了手工课。同时，教师也要避免在没有教会学生相关科学原理的情况下就让学生设计制作，这样的课堂看起来热闹但效果并不显著。教师可从以上所说的生活任务驱动、优化实验材料、注重设计优化以及关注工程检验等方面着手实施技术与工程教学。

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编辑 鲁翠红