STEM教育理念与跨学科实验教学整合模式

沈杰

（哈尔滨商业大学，黑龙江哈尔滨 150028）

STEM 教育理念属于一种新型的教育理念，用于学校的教学过程中可以有效提升学生的 STEM 素养，促使学生可以综合应用自身所掌握的科学、技术、工程、技术四个方面的知识，并能够游刃有余的应用知识来分析、思考、解决相关问题，有效整合四个方面的知识，给予学生全方位的跨学科教育教学，应用融合STEM 教育理念的跨学科教学模式，促使学生对于多门学科知识的实验教学产生兴趣，以此充分发挥自身的主观能动性，进行不同学科知识关系的探索，使得学生的跨学科综合素养得到显著增强。

1 STEM 教育理念概述

该理念具体而言指的是科学 （Science）、技术（Technology）、工 程（Engineering）、数 学（Mathematics）四门学科英文释义的缩写，在教学期间，教师需要对上述四门学科知识进行有机融合，形成系统的知识框架与结构，进而对学生做以不同学科知识的整体性教学，使得学生可以在知识接受与掌握中具备创新精神、创新能力以及动手实践的能力，可以从多个方面、角度来思考问题，给出问题全面的答案[1]。该理念最早是由美国的教育学家提出，待获得诸多国家学者认同后形成了以这四种学科为主体的多门学科教学的教育理念，教学目标为通过对学生这几种学科知识的教育教学，使得学生可以具有四种学科下的科学、技术、工程以及数学素养，进而联系知识与自身能力探索世界更多的奥秘与真相[2]。研究该理念的核心特性，主要包括有设计性、情境性、趣味性、实证性、跨学科性、协作性等多种，以其中最重要的跨学科性为例进行分析，可知常规教学理念之下要求教学者根据学科知识的差异，将不同学科作以区分，并且结合学界多于相关学科所作出的研究，构建学科知识的教学模块，来进行以学生为主体的教学活动，此种将学科割裂开来的教学模块，具有单一学科的特征，教师教授过程中的难度较低且学生的接受程度高，学生可以在较短的时间内理解掌握学科知识，以此让学生可以在面对具体问题时具备较强的解决能力，实际工作中可以快速解决相关难题。

2 STEM 教育理念和跨学科实验教学整合模式分析

2.1 跨学科实验教学整合模式

目前在 STEM 教育理念的不断深入推广应用期间，可以采用相关课程、广域课程两种模式开展跨学科教学工作。前一种模式表示可以将四种学科仍然按照单一学科来教学，但是在教学过程中需要做好不同知识相关性的研究，继而让学生把握好四种学科知识之间的关联性，以此掌握不同学科较为接近的知识，能够在后续的问题处理中分析事件中体现出的知识关系，从而调动该部分有关系的知识共同进行问题处理与解决。例如，数学以及物理教师在进行知识教授之前，可以就教学计划进行共同探讨，以此将两个学科中存在关联的知识放置在较为接近的时间进行授课，其中数学学科的概念知识为最先教授的知识，而后再教授物理知识，最终学生可以在两门学科知识学习中掌握教学计划中要求要掌握的内容，还可以直接利用所学习的数学概念处理物理问题[3]。后一种教学模式则要求将学科之间的教学壁垒直接打破，继而整合多门学科知识，以便教师可以从结构化的课程结构出发，面向学生完成授课工作；该种模式多采用实践活动等形式来进行，如太阳能车辆、太阳能电池等实验设计活动，教师可以同学生一道参与到实验中，进而让学生充分调动所学习的多学科知识与创新精神、创造力开展实验。需要教育学者可以在两种模式应用期间，结合实际应用情况，总结应用时的经验与教训，继而对于模式存在的应用问题进行合理化的规避研究[4]。

跨学科整合模式应用期间，需要坚持三项取向：其一为整合学科知识取向，由于 STEM 教育理念之下的四种学科定位与教学侧重点各不相同，所以在教学时需要从不同的学科中找出共性，以此连接各个学科知识，实现跨学科知识的逻辑化处理，构建结构化的课程教学体系。其二为整合生活经验取向，即为学生在校所学习的所有知识，均要应用于社会实践中，来解决实际问题，之后由小组中的全体成员自行进行相关问题的调研，所以此种模式取向将学生放在了问题研究的主体地位，强调学习者需要结合自身的生活经验、需要找到不同学科用于问题处理的知识契合点，并且在学生学习时的好奇心、满足感驱使之下，展现学生解决问题的思路。

2.2 设计跨学科整合问题

在上述模式应用期间，关系着模式应用成败的关键点在于问题设计，如果设计出的问题存在问题，将无法激发学生的学习热情，那么跨学科学习的质量、效率会严重下降，学生会感受到强烈的挫折感，难以在学习中获得有用的知识，各方面的能力也无法有效提升。

分析教学基本情况，整合跨学科知识并不是将不同学科知识直接作以整合就可以的，需要教师对于教学情况加以分析，明确该次教学的主要目标，把握学生是否对知识学习感兴趣以及不同学生的学习能力情况，还需要了解教授不同学科知识的具体内容等，以此才可以保证设计出的问题情境不仅可以实现教学目标，而且可以确保学生在感兴趣、学习效能较高的前提下有效学习所要掌握的内容。而设计的学习活动，则可以让学生积极地参与其中，实现知识的内部转换，促使学生可以将所学习的知识真正的应用到实处，借助于解决问题的思路提升学习质量与效率[5]。

2.3 模式应用分析

该文研究 STEM 教育理念和跨学科实验教学整合模式期间，选择某所初中一个班级的学生进行 STEM跨学科课程教学效果的研究对象。班级内共计有 40 名学生，在模式应用之前研究学生的跨学科基础理论知识掌握与实验案例处理能力的考察结果显示，大部分学生的理论知识考评分数远高于实验能力分数，8 名（20.00%）学生两项分值均衡，另有 2 名（5.00%）学生的利用多学科知识解决实验问题的分值高，表示该班级学生的多学科知识教学成果较差，学生解决问题的综合能力较为薄弱。

在模式应用之后，教师整合不同学科知识对于班级学生进行了跨学科知识教学。以“插座改良”为例，初中阶段的学生刚接触物理学科，虽然对于该门学科知识具有强烈的探索欲、求知欲，但是教师设计的该实验案例，涉及学生进入高中阶段才会学习的变压器、电磁感应等知识，使得学生们在插座具体改良方法研究时面临着较多的问题，此时教师可以结合研究小组整理出的研究问题，引导学生借助于互联网查询这些知识，让学生对于这些知识有一个初步的了解，而后教师需要设计出实验案例研究计划，让学生在清晰的规划中利用已经掌握的知识以及调查得出的新颖知识点资料，使用三维设计软件得出插座改良工程图，此时教师需要检验学生的图纸质量，给出富有价值的建议，待学生通过自身、小组成员以及教师群策群力之下成功完成插座改良实验后，师生需要对实验过程进行评价，以此方便教师把握设计的实验案例应用的有效性，便于指导后续的跨学科实验案例设计工作有效进行。在多个由学生主导、教师引导下的跨学科实验案例成功开展后，教师再次考察学生的知识掌握与实践能力培养情况，发现班级内有 35 名（87.50%）学生的实验能力增强，4 名（10.00%）学生的实践能力略逊一筹，仅有 1 名（2.50%）学生由于基础薄弱仍需要教师加强理论知识的教学与实验能力培养，总体来看 stem 教育理念下的跨学科实验教学模式应用以后学生掌握的知识增多，使用不同学科知识解决问题的能力也明显提升。

3 结语

现阶段我国应用 STEM 教育理念开展跨学科教育教学的工作正处于起步阶段，在实际的教学活动中有着较多的缺陷和不足之处，使得学生难以对繁杂的知识产生兴趣，所以学校教师需要对该理念继续做以研究，在理念应用中找出基于 STEM 教育理念的跨学科实验教学整合模式，来对学生进行不同学科知识的系统性教学，降低学科问题伪解决、学科知识探究证伪等问题的发生风险，以此使得学生获得知识跨学科学习的成就感，实现自身素养与价值的综合提升，为 STEM教育理念在诸多学校多学科教学中的深入推广与应用提供参考经验。