用STEM理念改造小学科学教学

徐杰

STEM教育不是简单地“S+T+E+M”，而是围绕需求或项目，综合运用科学、技术、工程和数学的知识，培养学生的STEM素养。

单学科到多学科的转变

教学“土壤”相关内容后，教师可以组织学生明确主题、搜集资料、设计、制作、修饰、发布电子小报，既抒发了对土壤“妈妈”的感激之情，又综合运用了多学科知识、方法、能力。语文老师可以“把春天变成最美的课程”，带领学生在种花、赏花、吟诗、写诗的基础上，广泛阅读关于花卉的系列科普图书，认识花的成长周期和果实的构造、种子的特点，通过绘本和文字结合的观察笔记，深度体验生命的状态和意义，由衷感叹“科学真美！”

教师还可以把科学教育与种植养殖、天文观测、科学体验、创新大赛等活动结合起来，让学生在实践中应用知识，获取更多的“活”知识，为他们将来的发展进一步创造条件。

单学科到多学科的转变，在学生身上带来了实实在在的变化。这些转变，很好地体现了STEM理念的运用、发展，是知识活化的一种基本途径。

多学科到跨学科的转变

STEM教育的学习注重解决真实情境中的问题，强调在经历问题解决的过程中“真刀真枪地搞科学”，真正体验“希望、失望、成功、失败、决策、优化”，不断修正、完善认知、观点，形成经验积累和理念提升。

“打捞南海1号”是一个很好的案例。“打撈南海1号”给水下考古工作者提出了前所未有的巨大挑战：采取什么样的施工方法、施工工艺、施工流程，才能保护好有可能被损坏且价值无法估量的“南海1号”沉船？考古工作者、科技工作者围绕多个方案，开展可行性论证，通过跨部门协同创新，历经了上百次的模拟实验之后，最终采用“整体打捞”沉船出水方案，向世人生动地展示了海上丝绸之路的风采，也为我国古代造船工艺、航海技术研究以及木质文物长久保存等方面提供了典型标本。

很显然，唯有围绕解决真实情境问题发生的实战化项目学习，才能使学生自发运用科学、技术、工程和数学等多门学科知识，才能使学生在学习中与周围世界和现实生活发生联系，进而提升发现问题的能力以及实践能力，培养创新精神。要做到这一点，跨学科是必然选择。

跨学科到超学科的转变

所谓超学科就是不受学科限制，各学科知识、方法、能力、工具都可以贯通运用。STEM教育非常强调主题下的大概念，以及大概念下的跨学科技能，如文学素养、思维能力、研究能力、合作能力、决策能力等。因此，STEM教育可以帮助学生实现从跨学科到超学科的转变。

“造纸桥”这类课的教学重点是制造一座纸桥，学生根本没有机会体验限定条件下的优化设计过程。为了实现从跨学科到超学科的转变，教师可以借鉴工程框架思路改造教材，设计多课时的超学科课程。

在“造纸桥”的工程设计中，可以融合对不同形状结构是如何影响承载力的项目学习。确定的需求就是设计“可跨越50厘米宽的‘山谷、能承受至少1500克重量”的纸桥。学生分小组经过头脑风暴之后，再聚焦承重能力，逐一探究拉索、拱形、圆筒、风力、地形、地貌等结构对承重能力的影响。通过测试不同拱度纸拱的承重能力，优化设计作品，之后，确定了承重、材料、外观、创意等评价指标，评价各小组的作品。学生通过科学探究、工程设计，从建立科学理解到优化设计，充分体现了科学与工程的双向联系。

类似的改造还有立体种植、智能化菜园、舞台泡泡秀等STEM项目，真正做到学习灵活开放，方案丰富多样。在这样的教学中，学习脉络的枝蔓向外生长，联结点更丰富、可能性更大。