基于建构主义下STEM的小学科学课程设计研究

姜玉晗 杨韵茹

一、建构主义下的STEM观点

建构主义认为：知识不是对现实的唯一固定表征，它只是一种解释、一种假设，并不是问题的最终答案;学习不是知识由教师到学生单向传递的过程，而是学生建构自己知识的过程，学生不是被动的信息吸收者，而是信息意义的主动建构者;学生可以依靠自己的认知能力对问题进行某种解释，不同的认知带来不同的观点，教学就是要让学生通过合作交流，看到那些与自己不同的观点，从而促进学习的发生和进行。

STEM（Science、Technology、Engineering、Mathematics）教育策略的情境性和以学生为中心等特征与建构主义的观点不谋而合。STEM策略体现在科学、技术、工程和数学四个学科的交融和碰撞，而且更加注重培养学生综合解决问题的能力和创新能力。因此，STEM理论鼓励教师在教学中要密切注意这四个学科之间的联系，使其相得益彰。在教学过程中，不应教授学生孤立、抽象的学科知识，而应把知识还原于丰富的生活，结合生活中有趣、有挑战性的问题，通过学生提出疑问和解决问题来完成教学任务。

STEM教育和策略的跨学科、应用型、协作性、互动性和基于问题等优势，能够帮助学生在已有认知和新发现之间创设一个自由大碰撞的平台，激发学生的学习动机。从建构主义的角度来说，若新发现没有改变原有认知结构，即被“同化”;若改变了原有认知结构，即为“顺应”。儿童的认知结构就是在同化与顺应的过程中逐步建构起来的，并在“平衡—不平衡—新的平衡”的循环中不断丰富、提高和发展。STEM策略无疑对学生的建构过程起到了极大的推动作用，我们这里将其比作“建构的助推器”。

因此，对于小学科学教师来说，将基于建构主义的STEM理念融入小学科学课堂，是一个新的方向。下面，我以所教授的《争当电学小博士》一课为例，阐述如何采用STEM策略进行小学科学课程设计。

二、建构主义下的STEM策略融入小学科学课的模型

在教科版科学四年级下册《电》这一单元中，《导体和绝缘体》是一节基础课，《争当电学小博士》是由其衍生的拓展课，它以《导体和绝缘体》的概念和经验作为学习的先行组织者，围绕“水是导体吗”“人体是导体吗”“撰写《家庭用电安全指南》”三个模块进行展开，依托的网络资源是平板电脑上的百度搜索引擎和“全景课堂”学习平台。全班共48人，分成8个小组。

模块一中，每组同学针对“水能否导电”这一主题上网检索信息，搜集资料，再和全班同学交流分享。把全班8個小组的代表发言汇总后，大家搜集到的信息来源可以归纳为以下两方面：①百度搜索;②社会新闻。对于四年级的小学生来说，百度搜索到的信息遥远而模糊，如“离子”“电离”等，这些抽象概念和他们原有的知识储备并没有直接联系;而社会新闻给出的信息更为直观具体。在感性思维和理性思维的博弈中，感性思维暂时占据上风，促使孩子们更愿意去相信这些看上去、听上去更为“可靠”的信息，因此有28个学生选择的观点是“导电”;有12个学生服从权威，更愿意相信来自百度搜索的信息“纯水不导电”，判断“不导电”;有8个学生表示无法判断。

在科学课上，当群体意见出现分歧时，实验就成了检验合理性的必要手段。带着疑问，学生开始动手实验。学生实验中的电路检测器由1.5V电池、小灯泡和导线组装而成，在两个鳄嘴夹之间接入一杯自来水，具体实验现象如图5所示，小灯泡没有亮。全班学生根据实验结果进行二次判断。这一次，有38人选择了“不导电”。在本次判断中，直观现象和已有的“不能点亮电路检测器的物体为绝缘体”这一经验是孩子们做出判断的主要依据。

至此，学生会产生疑问：“既然实验证明自来水不导电，那为什么会有图3中‘浴室母子触电身亡的新闻报道呢？”随后，学生分小组讨论，汇总出“小灯泡不亮，一定是因为电路中没有电流流过吗？有没有其他原因呢”“会不会是电路检测器不能检验自来水的导电性”等问题。在教师的启发下，学生借助网络平台，查找其他的检验手段，如“电流放大器”“电流表”等。

此外，教师还拿出铜片、铁钉、布片和验电球，让学生自己摸索验电球接入外界物体后发生的现象。通过观察，学生发现：验电球未接任何材料时，不发光;铜片和铁钉是导体，连接验电球后，验电球发出红色的光;布片是绝缘体，连接验电球后，验电球不发光。接下来，学生用新学到的方法对自来水进行检验，验电球灯亮。具体现象如图7、图8所示。

第三次判断的情况和前两次相比，出现了明显的“跳票”现象，大多数学生根据最新的实验现象做出判断“水能导电”。经过三次判断，孩子们发现，原来检验手段不是永远都有效，要多试几种方法，得出的结论才更可靠。

此时，教师发问：“自来水导电，是不是意味着所有类型的水都能导电？为什么几次判断的情况有那么大的差别呢？”

学生再次搜集并汇总信息，对“水”进行了分类，然后发现“水是导体吗”这个问题本身就不明确，没有指明是哪种水，因此，第四次判断时，大多数学生选择了“无法判断”。

至此，第一模块学习完毕。通过本模块的学习和四次判断，学生了解了信息获取的渠道和筛选方法，学习了一种以上的检验手段，顺应了已有的知识结构，积累了判断导体和绝缘体的方法。这就是学生自主建构的过程。这个模型，可以在融合信息技术的基础上，作为典型模板应用于探究式的小学科学课堂教学。

在此基础上，学生对第二模块“人体是导体吗”进行自主学习，流程如图13所示。本模块意在鼓励学生学习对知识的正向迁移。

经过前两个模块的学习，学生在熟练掌握知识和方法论的基础上开始应用。教师及时设问：“既然自来水和人体都能导电，那么在家庭用电过程中，我们要注意哪些问题？结合深圳市最近的温度高、湿度大等天气特点，你有什么好的建议呢？”让学生分小组讨论并完成相关练习。思维导图设计如图14所示。

三、给今后工作带来的启示

通过上述课题，我们不难发现，STEM教育具有“无边界性”，打破了传统意义上的“课上”与“课下”、“校内”与“校外”两条泾渭分明的分界线。学生通过网络和学校购买的学习平台，课前根据教师制定的方案导学，消除对新知识的陌生感，提升对新课程的学习兴趣;课上利用“全景课堂”这一学习平台查阅、分享、评价，最大限度地发动自主建构的积极性，乐在其中;课后根据自己的兴趣继续深入学习、自主探究。STEM策略将“课前”“课上”“课后”这三个阶段有机地结合在一起，让孩子们可以随时随地开展学习。

建构主义下的STEM教育为培养学生的人文情怀、拓展学生的视野和培育孩子终身学习能力提供了一种可能。较之传统的科学课，STEM策略将提升学生的科学素养和信息素养结合在一起，将科学教育和素质教育从“师生授受”转向了“学生自主建构”;将单一扁平的“知识”变成多维立体的“智慧”;将“知识点”的学习提升为“方法论”的践行;将“非对即错”的总结性评价转化为“精益求精”的形成性评价;将个别学生对资源的“独占”演化成全班孩子的“分享”;将“阶段性学习”发展成“终身学习”;将“自主建构知识体系”升华为“自主建构学习观”。为此，政府、学校可以增加资金支持和技术扶持，为学校配备相关的人员和设施，鼓励开发新的课程资源，为实现学生的自主建构提供必要条件。