STEAM教育理念下培养学生科学探究能力的策略探究

宗若灿　杨成铎

摘要：近年来STEAM课程因其倡导问题解决驱动的跨学科教育，强调培养学生的问题解决能力、设计能力、实践能力，受到我国教育界的普遍重视。小学科学以探究为主要的学习方式，注重跨学科知识的融合，这些正是STEAM教育的精髓。在课堂教学中，教师要创设真实的教学情境，树立先进的教学理念，实施多样化的学习方式，把STEAM理念真正落实到教育实践之中。

关键词：小学科学;STEAM教育;探究能力;教学策略

STEAM是一种融入科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）五种教育的综合性教育，它不是把知识进行简单的叠加，而是围绕一个问题或项目，灵活地运用多学科知识解决真实的问题。STEAM教育是一种倡导跨学科的实践教育，它是基于真实问题解决的探究性学习，也是基于设计的实践性学习。STEAM教育力求引导学生以真实问题解决为任务驱动，通过多学科知识与多学科思维，在具体的实践活动中创造性地解决实际问题。

在教育实践中，小学科学学科应以探究性学习为主，注重在探究活动中培养学生的科学思维、问题解决能力、创新能力、实践能力、信息素养，这与STEAM教育理念高度一致。把科学教学与STEAM教育进行深度融合是一线教师需要思考的问题。据2017年3月由教育部教育管理信息中心、北京师范大学联合北京国信世教信息技术研究院共同撰写发布的《中国STEAM教育发展报告》中数据显示（见图1），现阶段小学开设的STEAM课程学习方式较为单一，主要以探究学习和合作学习为主，而项目式学习、基于问题的学习、基于设计的学习较前两种方式来说占比相对较少，单一的学习方式限制了学生动手解决问题能力的发展。因此，科学教师要寻求多种方法，丰富教学策略，提高课堂教学实效。

一、创设真实情境，引导学生发现问题

著名教育家陶行知说：“创造始于问题，有了问题才会思考，有了思考，才有解决问题的方法，才有找到独立思路的可能。”STEAM教育是一种探究性学习活动，只有引导学生自主发现问题，才能充分调动学生的思维，激发学生的探究热情。STEAM教育的问题应该是生活情境中的真实问题，问题只有与学生的生活实际相联系，才能使学生感受到探究的价值，体验到探究的乐趣。

例如，在“太阳钟”一课的教学中，学生根据影子的变化规律，在木板上垂直插入一根竹签，制作成一个简单的牛顿钟，然后将牛顿钟平放到操场上，于整点时刻画出竹签的影子，并标记上对应的时间。经过连续几天的检测，学生发现自己制作的牛顿钟计时十分准确。在学生在欢呼雀跃时，我继续提出问题：三个月后我们再来核查，牛顿钟的计时是准确的吗？学生们大惑不解。

三个月后，学生带着制作的牛顿钟再次来到操场上核查牛顿钟的计时。当学生看到此时牛顿钟与标准时间竟然相差了二十多分钟，都感到十分意外。在学生百思不得其解时，我引导学生将牛顿钟南侧向上抬起一定的角度再进行观察。

学生操作之后，发现当牛顿钟南侧向上抬起到一个角度时，它的计时依然十分准确。这是为什么？学生纷纷陷入了深思。经过启发、引导，学生最终解开了其中的秘密，并根据其中的原理，再次制作出了一个计时准确的工具——日晷（赤道式日晷）。

二、树立先进教学理念，提高学生探究热情

STEAM教育重视学生主动参与探究过程，强调在实践活动中让学生获得真实的学习体验，使学生在学习体验中有效探究、深层思考。

（一）在玩中学，激发学生的兴趣

兴趣是最好的老师，只有激发学生在STEAM教育活动中的探究兴趣，学生才能以饱满的热情和坚韧的毅力进行深入研究。在STEAM教育中，教师要最大限度地激发学生的学习需求和探究兴趣，使学生想要探究、乐于探究。在玩中学，“玩”是有目的、有引導、有针对性地“玩”，能够使学生在玩的活动中深入学习，提高思维技巧，提升探究能力。

在“叶和花”一课教学中，教师组织学生到操场上采摘各种树木的叶片，学生看到秋色正浓的校园风光时兴奋不已，纷纷行动起来。学生采摘完树叶后，教师引导学生观察各种树叶的差异。经过对比，学生发现这些树叶的叶形、叶序、叶脉等都存在着差异。经过师生的共同研究，学生将这些树叶按照叶形和叶序进行分类。通过深入探究，学生掌握了各种叶形和叶序的特征，并将那些有特点的叶片制作成叶脉画、叶脉书签、叶贴画等。最后，在教师的指导下，学生绘制出了校园植物图谱。

（二）在差异中寻发展，促进学生有效探究

STEAM课程倡导开展开放式的学习活动，对于不同层次的学生，教师需要进行个别化指导，同时为学生呈现的探究资源（实验材料、学习型课件、微视频教学）也要有层次性，以满足不同学生的学习需求。学生可以根据自己的兴趣、能力、学习基础、探究能力，自主选择合适的学习资源。

在“做个太阳能热水器”一课教学中，教师要求学生做一个太阳能热水器，并将200毫升水的温度在15分钟内尽可能地升上去。这是一个开放式的探究活动，学生不仅要考虑吸热与物体颜色、太阳光照射角度的关系，还要考虑太阳能热水器的材料选取、保温效果、制作成本、外形美观程度等。学生在设计出太阳能热水器的草图后，教师组织学生进行制作，并在评比后组织获胜组介绍自己的设计原理。整个探究活动，调动了学生的参与热情，激发了学生的创新思维，使不同层次的学生都获得了不同程度的发展。

（三）在疑难处点拨，激活学生的科学思维

STEAM教育的目的之一是培养学生解决问题的能力。问题的解决离不开学生的科学思维，因此在探究活动中要努力提高学生的辩证思维能力，使学生全面、动态地分析、解决问题。学生在进行探究活动过程中，必然会遇到各种困难，此时教师要在疑难处给予学生必要的引导、点拨，激活学生的科学思维，使不同学习背景、知识水平的学生在交流、讨论的基础上，思维能够产生碰撞，相互取长补短。

在教学“太阳和影子”一课后，为了使学生深入理解太阳和影子之间的关系，教师引导学生成立“圭表”科学探究小组。在学生对二十四节气充分了解的基础上，教师指导学生利用材料制作圭表，学生进行小组讨论交流，制定探究计划。之后，学生在每个节气的正午12点，利用圭表记录太阳的影子。经过一年的跟踪记录，学生发现了太阳高度角的变化规律。此时学生不禁产生了疑问：日影的长度变化与节气之间有什么关系？教师与学生共同讨论，得出“利用圭表可以测定回归年，划分二十四节气”的结论。

在利用圭表测量回归年和二十四节气的过程中，学生掌握了正南方向的确定，理解了每个节气的含义和确定方法，提升了自己的科学探究能力。

三、实施多种学习方式，深化学生探究能力

STEAM教育注重在实践中进行深入探究，教师要结合科学探究的特点，充分利用各种学习方式，使学生进行深度探究。

（一）在基于问题的学习中培养学生的问题解决能力

基于问题的学习，即构建真实、有意义的问题情境，引导学生发现问题并在自主探究中综合运用所学知识，积极解决问题的一种学习方式。它是以学生自主解决问题为中心，其中问题是真实而非虚构的，与学生的生活实际相联系。可以说，问题是学生持续学习的动力，学生围绕问题展开思维，寻求解决问题的方法，从而提高解决问题的能力。

在教学“小水钟”一课时，为了提高学生的探究能力和问题解决能力，教师要求学生制作一个能计时10分钟的水钟，用制作的水钟计时并检验水钟计时是否准确，再找出影响水钟计时准确的因素。教师引导学生先设计制作方案，然后用自己带来的塑料瓶制作水钟。在进行汇报时，学生发现了许多问题：水钟的刻度并不是均匀的;水流的速度并不是固定不变的，而是先快后慢;塑料瓶的形状影响水流的速度，等等。

经过充分讨论，学生根据生病时静脉输液的经历，想到了可以用输液滴漏器控制水流的速度。为了使水匀速流下来，必须保持液面高度不变。为了解决这一问题，学生制作了“多级受水型”漏壶。在中间一级壶的上方开一个开口，这样就可以使上面流下来的过量水自动从开口流出去，保证了水位不变，从而保证水流的速度不变。

（二）在基于项目的学习中培养学生的探究能力

基于项目的学习，即创设一个富有挑战性的项目，引导学生充分利用各种资源，在精心设计、深度参与的基础上，进行长期开放探究的一种学习方式。它是以学生围绕特定的项目主题为中心，学生综合运用所学知识在实践中以创造产品的方式探究真实问题的解决办法，从而提高创新能力。

在教学“怎样得到更多的光和热”一课后，学生对太阳能热水器的倾斜角度产生了好奇，我便组织学生成立了科学探究小组，引导学生从多角度展开深入探究。在探究的初始阶段，要设计对比实验，找出“太阳能热水器”倾斜角度是多少时水温升高速度最快。第一组学生负责设计图纸;第二组学生负责寻找材料;第三组学生负责制作热水器;第四组学生负责测量、记录;第五组学生负责测量二十四节气的太阳高度角。第三组学生将八个试管的外壁涂满墨汁，里面装入等量清水，在橡皮塞上钻孔后插入温度计，再分别塞住八个试管口，然后将八个试管分别以不同的角度摆放在架子上。经过连续的测量，学生最终发现了太阳能热水器的倾斜角度与当地的纬度一致时水温升温最快的结论。

STEAM教育是一种教学理念和學习方式，强调学生自主参与，综合运用多学科知识解决真实的问题。教师要领悟其精髓，把握其核心，树立全新的教育教学观。教师要有意识地应用STEAM教育理念，精心设计课堂教学，充分引导学生深入探究自己感兴趣的问题和项目，为学生搭建自主探究的舞台，这样就会使学生在探究过程中不断提高自己的核心素养和创新能力。

参考文献：

[1] 李雁冰.“科学、技术、工程与数学”教育运动的本质反思与实践问题——对话加拿大英属哥伦比亚大学Nashon教授[J].全球教育展望，2014（11）.

[2] 周东岱等.基于STEAM教育理念的小学课程体系重构研究[J].电化教育研究，2017（08）.

（责任编辑：赵静）