STEM视角下的小学科学教学研究

顾晓军 郑靓

摘  要：21世纪科技高速发展，带来巨大的经济效益，人们对科学的认识和关注度随之提升，社会发展对STEM人才的需求面越来越宽，所谓STEM就是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）与数学（Mathematics）。当前，我国具有STEM能力的人才需求不断增长，为增强国际竞争力，提升科学综合发展，我国政府与教育部门对科学教学提供了大力支持，从小学抓起，以培育更多STEM人才。本文以小学科学教学为主线，引入STEM教学新体系，从综合方面提升学生对STEM的兴趣，激发其学习的动力。

关键词：STEM;小学科学;教学研究

Stem教育在国际上已备受关注，但在中国发展较为滞后，处于初级阶段。2016年中国教育部出台的《教育信息化“十三五”规划》首次提出stem教育模式。2017版的《小学科学课程标准》在教学建议中提出：“倡导跨学科学习方式”。即使在中国的发达地区，stem教育也并没有进入常态的课程与教学中。目前stem教育还仅局限于少量的创客教育和非正式教育中。而在学校科学课程层面，教师对stem教育的了解少之又少，甚至很多教师都没有听说过stem或steam教育，更不要说去开展了。

2017版的《义务教育小学科学课程标准》中明确提出：“倡导跨学科学习方式。科学（science）、技术（technology）、工程（engine）与数学（math），即STEM，是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，它将科学、技术、工程、数学有机地融为一体，有利于学生创新能力的培养。科学教师可以尝试运用于自己的教学实践。”但由于种种原因，学校在课程设置、教材开发、资源建设、师资培训以及学习空间建设等方面都很欠缺，我们很有必要将stem教育理念融入科学教学中，以提高学生的综合科学素质。

一、STEM教育视野下的科学课程的设计

1.利用优秀课利

研究国际上已有的stem优秀课例，可以挑选一些适合学校开展的课例加以利用例如：现在流行的3D打印，计算机编程，乐高机器人项目等。但对于农村学校来说，由于经济条件、学校场地和教学器材等的限制无法开展项目。但是我们可以挑选直接引用像《制作微型雪橇》这样的stem优秀课例，这些课例运用stem跨学科学习理念，设计制作雪橇的活动，探索纸板、木板等不同材料对雪橇性能的影响。

2.对课例进行优化

根据学校当地的实际情况对现有课例进行改造，改造成可以实际操作的stem课例，尝试利用科学课时间开展stem案例的实践研究。比如科教版的四年级课文《做一个指南针》《食品包装上的信息》五年级的《做个太阳能热水器》等。特别是六年级《桥》的教学设计：我们可以引导学生利用身边的吸管、报纸、纸板、胶带等便宜又好找的材料，让学生根据所学知识，设计造桥方案，合作制造纸桥梁，然后进行测量记录和承重计算，最后进行大比拼和互相点评。在这样的课例中，工程问题被重申，学生一起判断解决各个工程环节时需要什么，他们勾勒出计划之后，就可以通过工程过程来有逻辑地解决问题。

3.根据学生的认知水平和学校现有的资源自己设计新的stem课例

2017版的《小学科学课程标准》指出：“学具的设计，应为学生提供手脑并用、解决问题的机会。学生身边易获取、成本低的材料是科学探究的首选学具，它是对正规生产的学具的必要补充，鼓励教师收集和自制学具，为学生的探究活动提供物质条件。”例如：农村地区，经济落后，但自然资源丰富，各种材料可以充分被利用，如因地制宜开展植物种植，动物观察等stem活动非常容易，特别是像开展材料、结构、植物解剖等活动。如：利用农村易获取的材料萝卜和竹签建高塔，研究结构学，学生利用科学知识，进行工程设计，技术规划和数学立体建模搭建高塔。这样有趣的活动可以激发学生探索科学的兴趣、培养学生的创新能力和团队精神。

4.将stem理念渗透在平时的教学中

特别是在小学低年级的教学中，由于学生的认知水平、动手能力的限制，许多课例不可能完全将stem理念运用于每一个课例之中。但我们可以将跨学科理念融合于教学中。stem教育具有情境性特征，它不是教授学生孤立、抽象地学习知识，而强调把知识抽提并作用于丰富的生活，让学生获得将知识进行情境化应用的能力，同时能够理解和辨识不同情境，根据知识所处背景辨识问题本质，并灵活解决问题。

5.提高学生的综合素养

以stem理念开展的科学活动，整合了学生所学的各类知识，打破了学科界限，充分挖掘学生的个性潜能，为学生提供了多元发展的路径和空间，开阔了学生眼界，陶冶了学生情操，发展了学生特长。例如：学校开展科学节，让学生展示他们的科学发明，科学作品等，有效补充课堂教学的不足。

二、小学科学教学实践 ——以《快递薯片》一课为例

不管哪种整合取向，都强调整合后是否促进和优化现有的科学教学。《快递薯片》一课，正是工程框架型的科学-工程整合的一次尝试。

1.创设真实问题情境

STEM整合教育强调解决实际问题，真实的问题情境有利于激发学生的学习兴趣。

《快递薯片》一课，以《一封来自薯片公司的邮件》为引子，将学生置身于真实情境中，明确挑战任务：产品要满足“有效、简单、实惠的包装方式”。面对薯片公司的求助，学生显得跃跃欲试、义不容辞。“哇！我能为公司设计产品！”，“我能为公司解决问题！”……在这样的真实情境下，容易点燃学生的兴奋点。

2 明确需求，设计产品

“如何防止薯片在快递中破碎”这就涉及到产品包装问题。老师引导学生明确包装要求“有效”——完好无损，“简单”——方法简单，“实惠”——成本控制。小组完成产品设计方案并作图。四年级学生经历“需求分析——设计产品”这样的过程，对后续的产品制作以及测试，改进都有很重要的作用。这是一个谋划的过程，要站在厂家、快遞、顾客等等不同角度考虑，这也是全局观和整体思维的锻炼。在设计过程中，权衡有效、简单、实惠三个标准，对材料选择也要做到成本控制，产品的最优化。设计过程中，小组内有不同意见，需要讨论、决定，有学生要坚持自己的想法，有学生要放弃自己的想法，合作精神也悄然而生。

3.包装时各显神通

《快递薯片》一课的亮点之一在于要进行真实的包装，而不是制作模型。这更调动了学生的积极性。当然，有了细致的产品设计方案，包装起来也就容易很多。教师还根据实际情况，跟学生商定10分钟完成包装。果然，绝大部分小组都能按时完成。虽然小小的时间限定，背后也潜藏了执教者精心的设计和准备。

4.多重挑战，迎接测试

薯片打好包，紧张的测试环节要迎接震动和跌落挑战。当看到自己小组的包装箱被“测试员”各种强度的8次“震动”和3次高处“跌落”时，好多同学，情不自禁地发出心疼、惊讶的声音，生怕自己小组的包装禁受不住高强度的测试，可谓激动人心。尤其在开箱“验货”时，学生的迫切、激动和小心翼翼尽显无遗。

5.综合评价 揭示奥秘

快递薯片已完成，但是课堂还没有结束，教师引导学生关注设计方案，共同发现快递时要保护好产品的包装秘密。

三、结语

stem理念的小学科学课堂，强调真实的学习情境，强调学生的实践活动、团队合作，强调学习结果的开放及对创新的鼓励，最终达到知识的融合与能力的提升。除了科学素养、技术素养、数学素养、艺术素养及工程素养的提升外，学生还将获得适应能力、社会交流能力、自我管理能力等社会情绪能力的发展。Stem理念下的小学科学课教学设计将大有可为。

参考文献

[1]  王智红. STEM教育理念对小学科学教学的启示[J]. 小学教学研究，2017（20）：15-16.

[2]  张静文. 概念转变视角下的STEM教学设计研究[J]. 中小学信息技术教育，2018（1）：57-59.

[3]  舒俊波. 小学科学教学中STEM活动的推进策略[J]. 教学月刊小学版（综合），2017（3）：20-23.