小学STEM教育的两种主要类型

万开琼

STEM教育结合了科学、技术、工程和数学，它将知识融合到一起，去解决一些实际问题，形成能满足人们某种需求的产品，因此它更注重的是学生的创新能力、解决问题的能力和相互合作的能力。

科学在于认识世界、解释自然界的客观规律，通俗来讲是解决“有什么（个体、群体的存在）、什么样（形态、构造、特征）、为什么（原因、变化条件）”三类问题。技术和工程是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现对自然界的控制和利用、解决社会发展过程中遇到的难题，通俗来讲就是解决“怎么做”的问题，既考虑认知方面的规律，又有操作、技能方面的训练，更有对“什么是技术、怎样做技术”的理解。

实际上，在科学、技术、工程、数学之间存在着相互支撑、相互补充、共同发展的关系。如果要了解它们，尤其是它们之间的关系，就不能独立其中任何一个部分，只有在交互中才能实现深层次的学习和理解性学习，也才能真正培养学生各个方面的技能和认识。因此，STEM课程的基本流程通常为：确定需求—发现问题—设计解决方法—利用科学、技术、工程和数学等知识解决问题—运用理性方法验证解决效果。

从教学实践看，以解决实际问题为目标的项目式学习是STEM教育理念落实在小学科学教学实践中的重要方式之一，并重点表现为两种主要的技术类型，即经验型技术和应用型技术。

经验型技术

经验型技术，是通过在实践中尝试、摸索，实现某种功能，满足某种需求，它是以经验为特征的。经验是促进技术发展的重要因素，在技术发展历史的早期，它甚至是导致技术发展的唯一因素。经验属感性认识形态，是对认识对象个别、直接的感知，具有累积性与传承性。经验型技术从近代科学的早期，一直到第一次工业革命时期，都是作为科学的一种先导，是“科学之母”。

我们看到，不论对于科学还是技术，都存在知其然不知其所以然的以经验为特征的技术。在小学科学课程中也存在这样的技术。尤其是一些复杂的原理技术和高科技技术，这对人类来说是现代科学指导下的技术，属于应用的技术，但对于儿童只需体验、认识和理解。它既不是以科学认识为目的，也没有清晰的科学原理的指导（不包含科学原理的技术），主要依据经验进行或获得经验体验。

但是在体验这些经验技术的过程中，往往存在许多的科学问题有待提出和探索，而更加可贵的就是善于发现问题、提出问题。

例如在“超级泡泡器”探究活动中，教师给学生模拟创设一种情境，分发两种不同大小的泡泡器，开展吹泡泡比赛，他们都对大泡泡非常感兴趣，于是决定制作能吹出更大泡泡的超级泡泡器。

通过该情境的创设，学生立即将目光聚焦到泡泡的大小上，同时提出了一个非常具有驱动性的核心问题——怎么样制作一个能吹出更大泡泡的超级泡泡器。泡泡的大小与泡泡器的大小有怎样的关系，是不是泡泡器越大就越好？如果泡泡的大小不仅仅与泡泡器有关，那么还与什么有关？

在导入上面的情境之后，学生会思考制作超级泡泡器需要考虑哪些因素。他们根据所提供的材料（泡泡圈的材料有铁丝、铁丝加彩带、彩带等，长度分别为40 cm、54 cm、58 cm、60 cm、64 cm）不断地尝试制作，同时在一次次的试错中去对比和寻找影响泡泡器的关键因素，如完整闭合的圈、圈的大小、泡泡液的附着能力等，只有各个条件都合适，才有可能成功制作出超级泡泡器。而教师要引导学生进行数据的整理与对比，通过不断实验探究去验证自己的猜想。进而发現并非泡泡圈越大，吹的泡泡就越大，泡泡的大小还和泡泡液的附着能力有关。

制作超级泡泡器是一个经验型的技术。为什么泡泡圈在一定范围内越大越好，超过了这个范围就不是这样？能吹出的泡泡的大小与泡泡液的表面张力有何关系？泡泡液的构成成分与其表面张力有何关系？——这些都不是经验型技术能解决的问题，但是在探究这种技术的时候，能激发学生更多的兴趣。教师应该鼓励学生提出问题，在合适的时机选择恰当的问题进行研究。例如，比较水、几种油等不同液体的表面张力的小实验。

应用型技术

近代以来，科学走到了技术发展的前面，对技术发明创造的规范和指导作用日渐增强。许多STEM课程就是科学原理转化的技术，是应用型技术，体现科学原理在技术产品生产上的指导作用。许多科学规律、科学原理通过应用研究转化为技术原理，并为技术发明提供直接的理论要素和方法原则。同时，科学实验研究中设计的实验装置和模型，可以直接成为技术发明、技术创造的起点。

STEM教育的目的之一，就是培养学生从小应用科学知识来解决实际问题的能力，这也是小学STEM教育的重点。当然，由于小学生受年龄和认知水平、能力的限制，需要教师选取恰当的教学内容。

例如在“设计小车”的活动中，涉及的科学原理有摩擦力、弹力等科学知识。在具体的设计中，教师可以给学生准备硬纸片、牙签、金属丝、橡皮筋、瓶子、纸盒等材料，避免摩擦力太大，导致车子行进不明显的问题;可以应用物体表面光滑粗糙的程度对摩擦力影响的知识，将车轮进行改进;可以应用弹力知识，将橡皮筋一端固定在车轴上，多次缠绕的橡皮筋被释放后会带动小车运动起来;可以应用反冲力知识，用鼓起的气球的反冲力作为小车行进的动力，让小车最终动起来，并且能快速运动。

又如黑色物体吸热本领强，可以利用黑色容器制作太阳能热水器。在其他条件相同时，阳光直射的能量大，为了尽量保持太阳能热水器与太阳直射的最大角度，接受尽可能多的太阳热量，可以通过比较水平放置、垂直放置和倾斜放置，三种情况下太阳能热水器的吸热强弱，得出倾斜放置时太阳能热水器吸热能力强。到底该如何倾斜呢？学生通过查阅资料发现，如果总在夏季使用，则倾角宜为当地纬度减少10°;如果总在冬季使用，则倾角为当地纬度增加10°。根据重庆的实际地理位置，热水器多为冬天使用，学生将热水器的安装角度设计为39.56°，并进行实际验证。最终通过不断调试改进，逐步提高了太阳能热水器的使用功效。

STEM教育立足现实，着眼于问题的解决，代表着一种现代教育哲学，它允许学生不断试错，并在试错中不断发现问题、分析问题，最终解决问题，因此STEM教育是一种更加注重过程的教育，更加注重培养学生的认知能力和提升解决问题的综合水平，是一种深层次的教学。在小学阶段实施STEM教育，不仅可以引导学生形成基本的科学探究和设计的意识，还能拓展所涉及领域内容的广度、深度和关注度，实则是为小学科学教育注入了新的生机和活力。