基于STEM教育的小学科学实验教学初探

冯忠元

摘 要：随着全球科学技术的高速发展，当今的科学教育越来越倾向于将科学、技术、工程与数学教育进行整合，成为跨学科的综合性课程。STEM教育理念在小学科学新课程标准中也被明确提出来，强调进行工程与技术领域学习的重要性。本文选取教科版小学科学教材中“建高塔”实验内容进行具体分析，希望通过本文可以为广大的小学科学教师进行STEM教育理念与小学科学实验教学相整合给出些许参考。

关键词：STEM教育; 小学科学; 实验教学; 教学设计

中图分类号：G623.6             文献标识码：A    文章编号：1006-3315（2019）03-054-002

STEM教育是科学，技术，工程，数学教育的统称，重点是加强对学生四个方面的教育：一是科学素养，即运用科学知识（如物理、化学、生物科学和地球空间科学）理解自然界并参与影响自然界的过程;二是技术素养，也就是使用、管理、理解和评价技术的能力;三是工程素养，即对技术工程设计与开发过程的理解;四是数学素养，也就是学生发现、表达、解释和解决多种情境下的数学问题的能力。本文对在小学科学实验教学中渗入STEM教育进行了初步的探究，以供参考。

一、内容分析

“建高塔”选自教科版《科学》教材六年级上册第二单元第六课内容，是继对框架结构的学习之后进一步对塔一类的物体进行探究，认识塔一类的物体稳定性的原因，本课将引导学生用生活中最常见的吸管来搭建一座框架结构的塔，意在让学生用有限的材料制造出最大高度的具有框架结构的高塔，渗透“工程学”的思想，在规定的时间内，让学生充分发挥想象能力与创造能力，用有限的材料结合所学知识，完成挑战任务，培养学生运用科学、技术、工程、数学等的跨学科知识解决问题的能力。

二、教学环节

（一）创设情境

在这一环节中学生体验把矿泉水瓶立在课桌上，这是本节课的第一个活动，学生通过探究发现把矿泉水瓶稳定的立放在桌面上的方法，为后续探究打下基础，其教学环节如下。

环节一：同學们好，今天我们来做一个动手能力比赛。现在请大家拿出一个矿泉水瓶，谁能在10秒内把它立在课桌上？预备，开始！

（二）情境设问

经过上一环节的活动体验，学生明显感受到把瓶口朝上放的矿泉水瓶更加稳定，进而讨论这种放置方式的特点，通过体验活动直接指向本课将要研究的问题，具有很强的针对性，其教学环节如下。

环节二：为什么把瓶口朝上放的矿泉水瓶稳定？这样放的特点是什么？怎样能使得矿泉水瓶立的更加稳定？

教师：提问。教师适时出示矿泉水瓶，引导学生思考并上台与大家演示使塑料瓶在桌面保持稳定的方法。

学生：思考回答学生对不加水、加1/3水、加满水后、倒置水瓶做观察比较。

（三）设计建构

经过环节二的交流谈论，学生会发现物体的重心越低、支撑面越大，稳定性越强，进而延伸体会到高塔也应该具有这样特点才能稳定，接着利用提供的材料进行高塔模型的设计与制作，在制作的过程中学生可能会采取不同的方式放置吸管，但是怎样放置吸管才能使建构的高塔模型更高，每一层放多少根吸管？也就是说如何用有限的材料发挥出最大的用处，这是学生需要自己进行思考解决的问题，体会工程技术设计的乐趣，其教学环节如下。

环节三：在前面的学习与活动中我们知道框架结构具有稳定性，今天我们也来当一个小小工程师，动手搭建一个稳定的高塔吧！材料：吸管20根，环保纸黏土一袋。

具体要求：1.制作框架结构高塔，既要高又要稳定;2.在15分钟内完成制作;3.不能使用其他材料。

小组讨论，如何能够搭建出更高更稳的高塔？分享小组讨论的方案后再总结完善实验方案。现在可以开始完成我们的高塔了！预备，开始！

教师：出示材料，展示要求，提出问题，总结成功的方案，提出注意细节。

学生：确认材料，了解要求;学生思考并讨论交流;进一步完善实验方案;学生动手制作高塔。

（四）检验与优化

在模型建构完成之后，组织学生对模型进行高度的测量和抗风能力检测，并对实验结果进行分析，发现模型的优缺点后有目的的进行模型改进与优化，避免盲目行动。

环节四：同学们都已经完成了自己的作品，现在让我们来检验一下它吧，看看哪一组胜出？

规则：1.比高度;2.比稳定。

经过检验你发现了哪些缺点？如何改进？改进后再检验一下。组织学生进行检验。

教师：提问并组织学生再次检验。

学生：学生检验;优化方案并进行改造;再次检验。

（五）评价交流，拓展延伸

模型检验完成之后，让高塔模型做得好的小组进行交流展示，起到榜样的作用，接着对各组的实验数据进行分析，得出实验结论，发现高塔结构稳定的特点，让学生经历一个完整的探究过程，其教学环节如下。

环节五：请各小组展示你们的作品，若给你更多的吸管，你能做出多高的高塔？

教师：组织学生展示作品并做出相应评价

学生：学生汇报，交流得出高塔结构稳定的特点。

小学科学课程是以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程，实验教学也是小学科学教学的重要组成部分。《小学科学课程标准》指出：“探索性学习既是科学的目标，也是一种学习科学的方法。”因此，科学探究必须贯穿学生的科学学习过程。科学实验是基于孩子的兴趣，充分利用孩子的好奇心，以及学生科学探究的天性。教师可以科学实验为基础，结合数学、工程、技术等相关知识，整合教学资源，帮助学生建立系统的研究思路。在新形势下，教师要多维度准确把握STEM教学要点，优化设计小学科学课程，彰显科学实验课程魅力，促进学生全面发展。

参考文献：

[1]吴晓红，田小兰.中学化学教学中渗透STEM理念的教学设计——以“人工固氮技术——合成氨”为例[J]化学教与学，2016（11）：47-51

[2]宋巧颖.基于STEM教育理念的中学化学教学设计与实践[D]闽南师范大学，2018

[3]庄志杰.基于STEM教育理念下小学科学教学的几点启示[J]科学大众（科学教育），2018（09）：56

[4]郁波主编.科学六年级下册[M]北京：教育科学出版社，2004.05.38-39

[5]郁波主编.义务教育课程标准实验教材科学教师教学用书六年级下册[M]北京：教育科学出版社，2004.06