STEM理念下小学科学拓展课程资源的开发与利用

江刘 吕丽

【摘   要】STEM教育是当前课程改革的热点，但STEM拓展课程资源比较稀缺。教师可以在STEM理念观照下，从学生、教材、课堂、学校、社区五大途径出发，寻找以学生为中心，以问题解决为驱动，提倡学科融合的小学科学拓展课程的资源，并通过“甄选课程资源”“整合多类资源”“合理重构资源”等策略，合理利用STEM拓展课程资源，培养和提高学生的科学素养和综合能力。

【关键词】STEM;小学科学;课程资源;开发利用

STEM教育提倡让学生掌握学习方法，将传统的输入式学习转为以问题解决为驱动的项目式学习，从而培养学生的逻辑思维、创新精神和探索能力，全面提升学生的综合素养。尽管 STEM教育成为当前课程改革的热点，但是直接来源于高校、研究机构、企业等的STEM课程资源非常匮乏。因此，教师可以在STEM理念观照下，从学生、教材、课堂、学校、社区五大途径开发小学科学拓展课程资源，并通过甄选、整合、重构的方式进行有效利用，培养和提高学生的科学素养和综合能力，实现STEM课程的育人目标。

一、STEM拓展课程资源的开发途径

（一）关注学生焦点，选取生活资源

激发学生学习兴趣是开发STEM拓展课程资源的前提。因此，教师可观察学生在实际生活中的关注焦点，从中发现切合学生实际，能激发学生好奇心与求知欲的生活资源。

纸飞机比赛在小学科技活动中较为普遍，比赛的经历促使学生产生了提升纸飞机飞行距离和飞行速度的迫切愿望。为了找到改进方法，他们提出了“纸飞机的外形构造是否会影响飞行距离和速度”的问题。于是，教师以这个学生关心的问题为导向，引导学生从纸飞机的材质、折法、放飞技巧、环境因素等多方面深入探究。学生选择了三种不同外形构造的纸飞机作为实验对象（见图1），在无风的室内对每种飞机做了3次实验（见表1）。

图1   不同外形构造的纸飞机

表1   纸飞机外形构造与飞行距离、速度关系

[类型编号 外形构造 平均飞

行距离 平均飞

行时间 平均飞行速度 1号 机身较矮，两翼较宽，机头较宽 0.327 m 1.40s 0.23m/s 2号 机身较高，两翼较宽，机头较尖 1.355m 2.72s 0.50m/s 3号 机身较矮，两翼较窄，机头较尖 4.562m 1.91s 2.39m/s ]

通过实验观察和数据分析，学生解开了纸飞机飞行距离的秘密：1号纸飞机飞出后立刻180°转弯，平均飞行距离最短;2号纸飞机飞行时间最长，但飞出1米左右就会90°转弯，飞行距离和速度均不足;3号纸飞机作弧线状向前冲去，中途无任何转弯，飞行距离最长，飞行速度最快。因此，纸飞机的外形构造能影响飞行距离和飞行速度。随后，学生的研究又从纸飞机延伸到橡筋动力模型飞机，再到模型弹射滑翔机、遥控电动滑翔机等，由此开发了“飞行器”系列STEM拓展课程。

（二）延伸探究实验，深化教材资源

教科版科学教材中涉及的探究活动，是教材编写者精选的符合学生兴趣和认知发展水平的教学内容，有助于学生在探究活动中进一步巩固和运用习得的科学概念。教师可围绕教材原有主题和知识体系，设计情境任务，延伸探究活动，引导学生逐步解决问题。

如五年级下册第一单元“沉和浮”第四课《造一艘小船》中，将明轮船的历史作为课后探究活动“了解船舶发展史”的一部分，并非本节科学课的教学重点。但明轮船在船舶发展史中具有重要地位，了解其发明历史、工艺结构、科学原理，并亲手制作，有助于学生巩固浮力原理。与其他船舶相比，明轮船关键动力结构及模型制作的难度适中，适合小学STEM学习，能有效促进科学课学习目标的深度达成。

（三）捕捉意外问题，提炼课堂资源

如果教师全程参与科学探究活动，并关注学生的课堂行為，就能适时捕捉“即时兴趣”，抓住“认知困难”，发现“意外问题”。如果对这些意外生成的课堂资源进行梳理和归纳，就可以开发为STEM拓展课程。

以四年级上册《声音的变化》一课为例，教材配套的学具袋虽然提供了一支五管箫（见图2），但存在难以吹响、音高区不清等缺陷，对探究活动造成影响，学生产生了改进愿望。于是，“五管箫大变身”STEM拓展课程诞生了。课程共分为四个板块：①吹奏、观察五管箫，发现问题;②对比其他吹奏乐器，进行归因;③改造吹口，绘制“七管箫”设计图;④学习和运用3D打印技术，完成改进任务（见图3）。该课程让学生不仅深入反思造成科学实验失败的原因，将改进学具的想法落实到课堂中，还能使用改良后的学具，体验科学实验成功的喜悦。

图2改进前的“五管箫”      图3改进后的“七管箫”

（四）结合主题活动，挖掘校本资源

学校组织开展的主题探究活动，常常要用到校园内的材料、工具、设施、人员等资源。教师可根据活动主题，因地制宜地挖掘校本资源。

如某学校与区气象局专家合作，长期开展“气象与生活”主题探究活动。学校除了必备的四年级上册“天气”单元的实验器材外，还配备了测风器械、观测场地、创客教室。学生曾做过日常天气观察记录（如表2），也曾制作过最简单的风向标。因此，学校结合主题活动，充分利用器械与设备、日常观测数据、人力资源等校本资源，开发了“风向标探秘”STEM拓展课程。

表2   家庭周边气温和风向观测表（部分）

[12月15日 地址 气温（℃） 风向 17：30 东郡尚都 7.9 西北 绿都小区 7.8 西 中山锦庭 8.0 西北 大田小区 8.2 东南 19：30 东郡尚都 6.5 西南 绿都小区 7.2 西 中山锦庭 7.7 东北 大田小区 7.6 南 ]

（五）组织校外实践，开发社区资源

教师应鼓励学生走出学校小课堂，走进图书馆、博物馆、科技中心、农场果园、工厂码头等社会实践大课堂，将社区资源融入STEM教学活动，形成系列化小学科学STEM拓展课程体系。

教师在社区开展STEM课程学习活动时，可以根据社会实践基地的主题、场地、特色活动等资源设计学习单，并根据表单中的范例突破学习重点和难点。例如，在博物馆进行的“古代计时工具发展史”课程是一种项目式学习课程。在学习单的引导下，学生开展观察、记录、实验、分析、制作、汇报等活动（见表3）。其中“向组员介绍一种计时工具及其工作原理”是学习难点，教师就以“圭表”的介绍为例，辅助学生收集其他古代计时工具的信息，模仿范例完成学习任务，轻松突破难点。

表3   “古代计时工具发展史”学习单

[任务目录 完成情况 寻找中国古代计时工具，并记录名称 将寻找到的计时工具按照出现的年代进行排序 向组员介绍一种计时工具及其工作原理 圭表是一种古代计时工具。“表”是指一根垂直立在地面的标杆或石柱;“圭”是指从表的底部沿水平伸向北方的一条石板。每当太阳转到正南方向时，表影就会落在圭面上。只要测量表影的长度，就可以推算出各节气的时刻。

根据一定的分类标准，对找到的计时工具进行分类 类别： 分类依据： 根据泄水型水钟的原理，小组合作制造1分钟计时器 （设计图） ]

二、STEM拓展课程资源的利用策略

（一）围绕问题，甄选课程资源

STEM拓展课程资源并非开发即能用，而要根据各学段具体的教学要求进行甄选。甄选出来的课程资源要力求原理简单、操作方便、现象直观，符合学生当下的认知发展水平和注意规律，能够迅速吸引学生的注意，降低理解难度，提升问题解决的效率，增强问题解决的成就感。

以“明轮船”STEM拓展课程为例（见表4），教师围绕探究问题，对不同的课程资源汇总后进行甄选，发挥了课程资源的最大效益：根據学生生活经验和兴趣，甄选“折纸船、玩纸船”资源，因为纸船制作简单且生动有趣，更易激发学生学习兴趣;从教材原有的探究活动资源中，精选“用其他材料制造船”的任务，因材料多样化，探究会更丰富;在校内主题活动资源中，教师选择体积更大的充气水池，因为该器材资源便于小组同场竞技，缩短评价时间，能提高学生改进的热情;在社区科普教育资源方面，教师舍弃了游艇，选择轮船作为观察对象，因为明轮船是由轮船演变而来，相似程度比游艇更高。

表4   “明轮船”拓展课程资源甄选表

[资源汇总 甄选结果 部分学生有观察船运货入港的生活经历;大部分学生喜欢折纸船，并用纸船玩过小游戏 学生亲自折纸船、玩纸船游戏 教材中有用橡皮泥造船并比较载货量的实验;有用其他材料造船，比较成本、载重、速度等因素的探究活动 用其他材料造船，比较多方面因素 “家乡的桥”校园主题活动提供了大型水槽和充气水池等配套器材 大型充气水池 莼湖海滨公园配有小型游艇，象山港码头有较多的轮船 参观码头，观察货轮的结构和工作流程 ]

（二）凸显情境，整合多类资源

在STEM拓展课程的明确问题阶段，如果教师面临某类资源数量不足的情况时，就可以将不同类别的资源进行整合，搭配使用，摆脱单一资源的桎梏，从而创设一个凸显真实、富有趣味的问题情境。

例如在“风向标探秘”STEM拓展课程中，教师面临无法长时间带领学生在气象监测站上课的困难。于是，在明确问题阶段，教师可先让学生使用自制风向标，再与专业风向标进行比较，思考并发现自制风向标存在的缺陷，以激发学生的学习动机。然后，教师引导学生发现、分析真实的观测数据与气象预报数据间的差距，并通过使用器具时的照片寻找原因。最后，结合“气象与生活”主题探究活动，由气象研究员布置“小小气象员” 的任务，提升学生研究自制风向标精准程度的兴趣。

（三）落实任务，合理重构资源

分析问题、设计方案、实施方案是STEM拓展课程的三个主要环节。学生在不同的学习环节需要不同的课程资源。如果教师给予学生大量未经处理的资源，就会导致阶段目标混乱，增加完成任务的难度，降低解决问题的成功率。所以，教师应先将资源进行适当处理、合理重构，再分阶段提供给学生。

以“五管箫大变身”STEM拓展课程为例（见表5），由于学生在四年级上册《声音的变化》一课的探究活动中，曾听过不同长度的塑料管发出的声音，但因缺乏比较，难以准确识别音高。这时，教师可提供其他乐器进行对比实验，分析五管箫的缺点，提出改进建议。台虎钳和切割机是本次切割改进乐器的重要工具，与普通美工刀相比，具有使用方便的优势，属于校内主题活动资源。但这些工具操作难度过大，无法直接用于STEM拓展课程，需要教师提前完成切割。

表5   “五管箫大变身”拓展课程资源重构表

[资源原型 重构结果 在探究活动中，学生曾听过不同长度的塑料管发出的声音，能感知音高的变化 增加一个吹奏五管箫和竖笛的对比实验，通过区分音高，感受差别 学生提出修剪五管箫塑料管的实验，但是制作效果不佳 依据学生的想法继续改进，制作出长度适宜的五管箫后再次进行对比 学校长期开设创客主题课程，配备了台虎钳、切割机等设备 分析竖笛等管乐器的内部结构，提前用设备切割五管箫的塑料管 ]

综上，教师不仅需要从学生、教材、课堂、学校、社区五大途径出发，开发以学生为中心，以问题解决为驱动，提倡学科融合的小学科学拓展课程资源，同时还需要通过“甄选课程资源”“整合多类资源”“合理重构资源”的策略对其加以合理利用，使STEM理念下小学科学拓展课程落地生根。

参考文献：

[1]苏乐.STEAM视角下的小学《科学》教学设计研究[D].曲阜：曲阜师范大学，2017.

[2]董利.基于STEM的小学高年级科学课教学设计与应用[D].重庆：重庆师范大学，2017.

[3]陈晓.基于 STEM 教育视角的小学科学课例分析[J].基础教育研究，2017（13）.

[4]蔡海军，谢强.小学科学课程资源的开发与利用[J].湖南第一师范学院学报，2012（6）.

[5]张桃.新课程背景下课程资源开发的原则与途径[J].当代教育论坛（学科教育研究），2008（3）.

（浙江省宁波市奉化区岳林中心小学   315500）