基于小学科学课程标准的STEM项目的课程开发与研究

陆惠

【摘要】随着人类科学技术的不断进步，科学、技术、工程、数学几个领域的联系越来越紧密，解决任何一个领域的问题都有可能涉及其他几个领域。2017 年颁布的《义务教育小学科学课程标准》有较大的调整与变化，在内容上增加了技术与工程领域。而STEM将科学、技术、工程和数学有效融合，通过开展跨学科教学促进学科间的融合，提升了学生STEM领域知识的综合运用能力，实现全面发展。

【关键词】小学科学课程   STEM教育  课程开发与研究

一、理论为基石，推动STEM教育前行

2017年新修订的小学科学新课标中首次将技术与工程以独立学科领域的方式纳入科学课程，这意味着科学教育发展的一次飞跃。新课标指出，技术与工程领域的学习可以使学生有机会综合所学的各方面知识，体验科学技术对个人生活和社会发展的影响，实践活动则可以使学生体会到“做”的成功和乐趣，并养成通过“动手做”解决问题的习惯。

STEM教育是一种倾向于融合式学习的教育观，它以教学项目为核心，引导学生综合运用STEM领域知识解决实际问题，弱化传统教学中对知识内容的记忆，实现了对科学、技术、工程、数学知识的整合，将原本分散的知识内容按照课程逻辑重新架构，形成一个运行良好的有机整体，有助于学生全面认知事物，学生在实践活动中不断地学习新知识，掌握新技能。不同学科的交叉联系丰富了教学的深度和层次，为不同能力素质的学生提供了多维的目标追求，学生在多样化课程的学习中获得多种自我发展的可能，实现知识向能力的转化。

STEM教育强调的是知识和技能的应用，在科学教学过程中，教师可以根据课程内容设计具体的任务项目，让学生在实践中学习知识。学习知识和技能的最终目的是要解决实际问题，所以，要注重任务项目的真实性，课程教学任务紧贴生活实际才能体现知识的价值，才能激发学生的学习兴趣。要建立科学的教学评价标准，科学课程主要是帮助学生掌握一定的应用技能，传统考分评价方式只是检验学生对理论知识的掌握情况，STEM教育让学生参与具体教学任务，通过分组实验、头脑风暴、校外调查研究等方式，让学生更多地参与教学活动，对学生在项目全程中的表现进行评价更为全面、客观。

二、实践为主体，夯实STEM教育阵地

（一）课程开发

STEM中科学（Science）的独特之处在于为学生创造模拟科学探究和认知的过程，它教给学生的是一种科学的思维方法和科学探究方式，而不是单纯地接受式学习。将工程思想和实践引入科学课程，结合科学教材开发STEM课程学习项目，有“自制乐器”“做一个热水器”“制作灌溉工具”等。

【案例一】“自制乐器”项目是利用鱼线、铁钉、木板、橡皮筋、剪刀，或者吸管、橡皮泥等材料，结合与声音有关的知识，设计、制造出一个能有规律发声的乐器。

【案例二】“制作太阳能热水器”为的是引导学生对光的传播与光的能量等物理知识进行探索，让学生在动手实践活动中构建物理科学知识体系。借助关于光的传播与吸收，以及光的能量的保存等知识，制作热水器，通过试验热水器功能以及对其进行评价，完成STEM项目学习。

【案例三】借助我校课程实践基地“小农庄”“小花房”，引导学生观察植物的生长环境，学习植物的生长习性，结合“小农庄”“小花房”需要定期浇水的实际，制作一个智能灌溉工具。

在传统的认知里，人们往往会把STEM教育与普通科学实验课，甚至劳技课混为一谈，但其实二者在教育理念和教育方式上有着本质的区别。一项完整的STEM课程不仅仅是一次学习知识的过程，更多的是引导学生综合运用各学科知识，模拟科学家探索世界、认知世界，从而在大脑中建构自己的认知。让学生在科学课上经历科学探究活动，同时有机会拓展以下STEM课程实践活动（见图1）。

（二）课程实践

我校“一帆”微创意课程自主开发的STEM学习项目设计包含科学、技术、工程和数学四个方面的要素，强调学生在设计任务情境中运用已学知识，通过开发解决方案、检验设计合理性、权衡方案、讨论修正等过程发展学生工程设计能力。下面以桥为例，呈现开展STEM项目研究的过程。

1.以生活为导向，确定研究任务

在一节完整的STEM课堂上，教师通常从真实的生活情境入手，提出一个具体的问题，引导学生思考解决问题的方法，逐步展开探究的活动。桥梁是生活中常见的一种建筑，小学科学课程中有所涉及，课程内容来源于小学科学课程标准中材料与结构的相关内容。这次桥梁探究的活动以港珠澳大桥的通车为契机，课程的工程任务是选用材料设计一座桥，制作的桥梁不仅要美观，而且要能够承受指定条件的重量。

2.以项目为载体，制定研究方案

在STEM课程的实施过程中，教师要引导学生综合运用已经掌握的学科知识和完善的STEM研究方法，解决基于真实情境的问题。在实践活动基础上提出科学问题、界定技术难题、发展和使用模型、计划和实施研究、分析和阐释数据，发展数学、信息、计算机技术和计算思维，形成解释（针对科学）、设计解决方案（针对工程），获取评估和交流。在《桥梁》这个课程设计中，教师通过港珠澳大桥，引入学校附近的沙洲湖大桥，进入环球桥之旅，感受桥梁中的科学知识，体验工程与技术，将“建桥”这个核心工程任务拆分成科学、技术、工程、数学等多个方面，通过动手活动掌握工程任务中所运用的知识和方法，并进行设计、制作、检验，一步步提炼出研究的主题，逐步制定相应的研究计划和方案。我们将网络与实地考察相结合，认识这两座有特殊意义的桥梁，了解桥的发展历史、桥的类型、桥的各部分名称，以及桥的功能、桥梁的结构、桥梁的形状等。从科学角度界定作用在结构上的力，设计纸质的或其他材料的桥，并绘制了图纸，选用一次性筷子的简单黏合制作、扑克牌搭建、纸板搭建等进行简单的桥梁搭建，用强度和稳定性评价标准测试和改善桥的设计构造，一步步完成对桥梁的认知与探索（见图2）。

3.以过程为主线，展示研究成果

经过背景经验活动的铺垫，学生已经掌握了设计桥梁的基础知识，教师以过程为主线，引导学生完成工程任务，让学生重新经历一次完整的工程流程。STEM教育理念很重要的一点是学生对于自己成果的展示，presentation是很关键的一环。但是这种展示不是单纯地展示研究成果，而是将自己研究的思路和研究过程展示出来，同时也是学生逻辑思维能力、語言组织能力、自信心等综合素养的体现。在桥的环球之旅中，学生要用思维导图的形式展示对桥的整个思维过程，此外还需要提交工程建议书，作为本次STEM课程的最终总结。工程过程、工程任务、桥梁背景经验活动、工程建议书，一个个不同的任务将桥梁这一主题用科学、技术、工程、数学等知识串联、融合在一起，构成完整的STEM的桥梁主题活动课程。

4.以评价为契机，研究问题拓展

每一个主题的STEM课程结束之后，需要对学生的学习展开评价。学习评价有多种不同的方式，就小学科学课而言，主要有过程性评价和终结性评价两种。这样的评价也可以运用于桥梁制作的STEM活动中，评价内容包括：学生对建桥任务和目标是否有清晰的认识;是否有强烈的动机和足够的努力;是否掌握相应的桥梁科学知识;小组活动是否体现合作;是否有完整的作品呈现，等等。评价可以采取质性描述的方法，让学生较为具体地了解自己项目学习的情况，找到努力的方向，同时对自己研究的整个过程进行反思，找出研究方法的不足之处，在原课程的基础上提出新的问题，并能够自主地实施新一轮的研究探索。

较之传统的科学课学习，开放式、应用性工程任务给学生带来了身临其境的体验。学生从初始尝试，到通过探究建立科学理解，再优化设计，进一步检验，整个过程渗透了工程设计的“迭代”理念，充分体现了科学与工程的相互促进，为学生创新思维与实践能力的发展提供了更为广阔的天地。