让每一名儿童在科学课中经历STEM教育实践

2019-10-16邵锋星

人民教育 2019年8期

【摘要】在小学科学课程教学中推进STEM实践，应基于儿童视角设计STEM实践项目;在STEM项目实践中发展儿童思维，促进深度学习;以双量表评价提升项目实践效益。

【关键词】小学科学;STEM教育;项目实践;双量表评价

【作者简介】邵锋星，浙江杭州经济技术开发区景苑小学校长，特级教师（杭州310000）

《小学科学课程标准》提出，小学科学课程的学习方式是多样的，倡导以探究式学习为主的多样化学习方式，倡导跨学科学习方式，推进STEM教育和应用STEM教育理念进行教学实践。

在STEM教育理念深入人心和STEM教育快速兴起的今天，依然存在对STEM教育认识窄化、泛化以及实施过程中流于形式等问题。事实上，在STEM教育的发源地美国，STEM教育的推进也是先从科学、数学等学科开始，以学科课程标准为引导在各自独立的学科中引入项目学习、设计型学习等STEM学习的特征，待教师和学生对STEM有更深理解后，再推行要求更高的整合的STEM教育：由此可见，探索在小学科学课程教学中推进STEM实践，无论是对于推进STEM教育本身，还是对于促进小学科学课程的教学改革，都具有十分重要的现实意义。

基于儿童视角设计STEM实践项目

2017年教育部颁布的《义务教育小学科学课程标准》中增加了“技术与工程领域”的学习内容，目的是使学生有机会综合所学的各方面知识，体验科学技术对个人生活和社会发展的影响，并通过技术与工程的实践活动，让学生体会到“做”的成功和乐趣，养成通过“动手做”解决问题的习惯。按照课程标准要求，教材中适当安排了“建高塔”“做一个热水器”等技术与工程类项目，让学生针对具体任务，利用文字和图案，表达自己的创意与构想，并将自己的创意转化为模型或实物。

对于“物质世界”“生命世界”以及“地球与宇宙”领域的学习内容，小学科学课程的教材一般以科学概念作为主线，决定教材的框架和结构，选择确定教材内容。虽然科学概念与科学探究双螺旋协同发展的思想模型能够更加合理地搭建教材的整体框架并体现科学教育的深刻内涵，但在具体课程的设计和教学时，依然面临许多实际困难。

以《沉和浮》单元为例，长期以来，关于这个单元的教学存在着“密度”路线、“质量”路线、“浮力”路线之争。因为小学生不能同时理解两个变量（重量和体积）同时变化会发生什么，所以“质量”路线不会收到好的效果;小学生还没有建立物质的概念，因此“密度”路线也存在问题;由于小学生还没有二力平衡的概念，因此用力的分析方法解释物体在水中的下沉和上浮也不符合小学生的认知水平。

我们尝试以“做一艘小船”STEM教育项目整合“沉和浮”单元主要教学内容，该项目的学习实践活动设计如下（见表1）。

上述STEM项目实践活动，基于儿童的视角，从学科知识角度分析儿童已经具备和尚未具备的概念基础，确定概念发展的水平和方向，进而设计适合儿童发展的环环相扣的STEM项目活动，让学生在现实挑战中发现知识、学习知识、运用知识。

小学科学课程的学习内容中有着十分丰富的STEM教育项目资源，需要教师针对不同年龄阶段儿童的学习需求来设计STEM项目。例如整合《声音》单元学习内容设计“制作小乐器”STEM项目，结合《形状与结构》单元学习内容设计“造一座桥”“飞船着陆器”等STEM项目。让STEM教育项目有效结合在小学科学课程的教学中，使科学探究发展成为一种融合了社会、认知和行为多个维度的实践活动。

在STEM项目实践中发展思维和深度学习

STEM教育强调要融入生活，从学生身边的现象出发，建立教育与生活之间的有机联系。在STEM实践活动中，整个学习过程是从真实生活中的挑战出发的，以真实的问题情境激发儿童的学习动机。因此，需要在任务呈现部分进行适当的情境创设，提升问题的真实性，以激发孩子的挑战热情。

产品设计是STEM实践活动中的重要环节。学生围绕项目主题进行积极讨论，发散思维，从不同角度深入分析和探索，开始设计产品方案。以“造一座桥”为例，设计方案一般经过以下环节：（1）确定桥的结构。通过原型展示，孩子们已经对桥的相关信息有很多的了解，他们协商在河面上应该建造一座怎样结构的桥更适宜。有的组决定造两个桥墩或四个桥墩的梁桥，有的组决定造一座拱桥，有的组则要建造拉索桥。（2）选材，预算经费。项目活动要预算经费，不能超过预期费用，要选用环保、经济的材料建造最好的产品。（3）人员分工。组内成员分工合作，共同解决问题，制作产品。（4）画设计图。设计图要力求細致、精确，包括桥的宽度、长度，桥面的厚度，桥拱或斜杠的跨度，以及不同部位的材料要求等，都要有明确的要求，形成图文结合的设计方案。设计方案的过程让学生体会到现实生活解决问题需要考虑多方面因素，让学生从不同的角度去理解问题以及运用多种学科知识设计方案，提出不同的解决方案，开拓学生的思维，提升创新意识。

学生对产品制作是最感兴趣的。在制作阶段，需要为学生提供丰富的资源与工具，供学生选择和使用。小学生在制作过程中容易偏离设计方案，以及小组中强势的学生常常包揽整个制作活动，教师要通过指导让每一名学生都参与到制作活动中，按设计方案进行产品制作。制作并不是一件容易的事，学生会遇到一系列困难，学生在具体的操作过程中，不断发现问题，不断解决问题，最终将设计转化为产品。

在产品测试过程中，学生发现产品的优点与不足，学会与他人交流分享自己的学习成果，学会倾听他人的意见和建议，同时进一步加深对相关学科知识的理解与掌握。仍以“造j$桥”为例，在产品测试过程中，学生对桥的宽度、桥面的厚度、桥拱或斜杠的跨度与桥面承重力之间的关系进行了深入探究，收集了丰富的数据，并进行交流研讨，对“不同的形状与结构有不同的特点，改变形状与结构可以改变承重力”的科学概念有了深刻的理解，学生在STEM项目实践中的思维发展和深度学习得以实现。STEM项目的实践过程并不是一蹴而就的，而是需要通过不断循环迭代才能得以实现。学生的调查、设计、制作、测试等环节都是循环往复的迭代过程，需要通过多次的尝试和修改。通过不断循环迭代，不仅使方案和作品更加科学化、精细化，而且让学生充分体会到STEM项目实践过程的严谨性和创造性。

以双量表评价提升项目实践效益

为了有效提升STEM项目的实践效益，教师—方面要帮助学生建构用于衡量产品达成度的评价量表，并引导学生在量表支持下开展项目实践活动，从而促进学生学科内及学科问的知识建构;另—方面要利用学生实践参与度的评价量表，衡量学生在项目实践中的卷入状况以及在团队中的表现。

在STEM项目实践过程中，需要把任务转化为具有明确要求的达成标准，并通过不断解决标准所指的若干难题，最终以完整的产品来评价自己对STEM项目所涉及的各个领域的知识掌握与应用情况。为了让学生在设计与制作过程中发挥自主性与创造性，一般来说，可以引导学生思考产品在结构、功能、成本、工艺、创新等方面的达成隋况，于是便形成了产品达成度的评估指标——产品达成度量表（见表2）。

所謂实践参与度量表，是指衡量学生个体及其团队在参与STEM项目实践时的参与深度和参与广度的各项标准。比如，学生在方案设计、产品制作、展示等环节分别需要达到怎样的要求，他们在项目实践中的分工合作、个人贡献应该具有何种表现等。

如前所述的产品达成度量表，更多的是针对产品本身的结果性评估，由于产品的个体独特性，造成了不同项目中的产品达成度量表有较大差异，需要一项目一设计。而实践参与度量表则是对学生参与STEM项目实践各环节的过程性评估，考虑到项目实践过程的共通性，实践参与度量表的差异并不显著，甚至在一定程度上可以通用。比如，可以为“做一艘小船”“桥”“建高塔”等案例设计如下的实践参与度量表（见表3）。