立足STEM教育理念，打造小学科学实践课

黄国航

《小学科学课程标准》指出科学教学与其他学科密切相关，倡导跨学科教学。小学科学课程是一门综合性课程，是义务教育阶段的核心课程，以培养学生科学素养为宗旨。STEM教育是多学科的融合，尤其侧重于教学活动对问题的探讨和实践，锻炼学习者科学探究和解决问题的能力。那么，在科学课堂教学上，怎样为STEM教育的发展添砖加瓦？ 以下以六年级下册制作“净水器”为例进行实践研究。

一、主题分析，融合STEM理念教学

制作“净水器”是小学科学六年级下册第4单元“我们的家园”中的《保护水资源》一课的主要活动。该课由三个活动组成，活动1：“水被污染了吗”是让学生调查了解当地的水体污染情况;活动2：“如何保护水资源”是让学生分析当地水体污染的主要原因，并提出保护水资源的措施;活动3：制作简易净水器，让浊水变清，并提出改进的方法。本节课的主题主要确定在活动3，该活动具备综合性、实践性等特点，可以设计丰富多样的教学活动。学生在前面的课程中接触过水的溶解，知道部分物质可溶于水，具备一定的动手操作技能，有利于基于STEM 的小学科学教学流程展开，使学生在科学探究、项目实施的过程中发现问题，提升学生科学探究和解决问题的能力。

二、有机融合，分级明确教学目标

STEM 教学强调学科的有机融合，但不管是哪些学科的整合，都必须厘清每一学科目标。制作“净水器”通过结合STEM理念开展的实践主题活动，从科学、工程、技术和数学的角度对净水器的结构进行研究和应用。从课程内容的角度来说，制作净水器的过程，需要分解出合适的教学活动作为脚手架，支撑整个案例的研究。从学生学习的角度来分析，虽然他们初步明白可以采用沉淀、过滤等方法进行简单的杂质分离，但是对于使用其它物质吸附杂质就不了解，因此，可以教师预先提供一定的学习帮助。于是，结合教材围绕这个主题，制定了4个领域具体且有针对性的教学目标。

三、结合主题，制定基于STEM的教学模式

STEM教育是多学科的融合，教学活动侧重于对问题的探讨和实践。为了将STEM教育深度融入本节课的教学中，使本节课教学真正引导学生走进科学世界，体现科学的实践性，探究性等特点，因此，本节课制定如下基于STEM的实践教学流程（如图）。教学活动包括提出问题、科学探究、工程设计、评价交流四个环节，各教学环节着重突出学生的主体地位，使学生在科学探究的过程中获取科学知识、学习科学方法、领悟科学思想。

四、教学实施，有效落实STEM教学

课程教学具体的实施过程围绕“提出问题——科学探究——工程设计——评价交流”的教学活动设计展开。

（一）提出问题——如何把污水变干净

1.创设情境，激发问题。教师可以创设问题情境、生活情境，如呈现当地的河水，工业废水，含有大量垃圾海水的图片，引起学生的学习兴趣，引导学生意识到水被污染的现象，引发学生思考水中含有哪些物质？提出问题：被污染的水不能直接饮用，如何把它变成干净的饮用水？

2.创设任务，强化学习动机。通过问题提出挑战性任务：制作一个净水装置。这是一个复杂的大问题，我们可引导学生将大问题分解成一个个小问题，搭建脚手架，便于学生解决问题。教学过程中，教师可引导学生思考：关于这个任务，你了解了什么？对于设计制作净水装置，你有什么想法？你需要什么科学知识解决这个任务？不断地提出挑战性任务，强化学习动机。

（二）科学探究——如何去除水中的杂质

教师引导各小组依据“提出假设—搜集信息—验证假设”环节对净化水质展开探究。

1.提出假设，激发探究兴趣。制作“净水器”可以通过假设问题激发探究兴趣，学生运用先前习得的知识，根据已有经验提出各种假设。如，净水器内只需要有卵石和石英砂，污水过滤后水就变成清水……根据提出的假设形成各种解决问题的方案。

2.搜集解决问题的证据——净水方法。学生课前通过书籍查阅、上网搜索、访问等方式搜集各种净化水的方法，并了解该方法的效果。如，自然沉淀法：用于去除水中粗大颗粒;过滤法：去除水的细微杂质;吸附法：吸附有气味的物质……最终选择制作“净水器”需要用到的方法。

3.搜集解决问题的工具——材料及用途。根据在制作“净水器”时需要的方法，针对性的查阅本方法中需要准备的主要实验材料，并进一步了解该实验材料的用途。如：纱布与卵石过滤较大物质（不溶物质），石英砂过滤较小物质（不溶物质），活性炭吸附可溶物质（有色有味的物质），蓬松棉吸附最小物质（不溶物质）……

4.探究材料顺序，激活工程思维。小组合作讨论，假设推理制作简易净水器时的材料放置顺序，并进行验证。确定如下的材料顺序：纱布→卵石→石英砂→活性炭→蓬松棉。學生围绕针对性问题展开学习，学生自主地学习了这些材料的性质，同时学生在解决问题的过程中体会到自己努力的成效， 在推理探究思考中，促进工程思维的提升。

（三）工程设计——净化水装置的设计

教师对学生活动进行调控，辅助学生优选方案或者进一步的拓展功能，并为学生提供必要实验材料，巡视指导与监督。

1.学生动手制作“净水器”。STEM教育的课程设计一般是以小组合作的方式进行，在师生、生生的多向合作、交流、互动的过程中逐步完成的。学生依据工程设计的思路开展净水装置设计，各小组分别设计不同的净水装置。各小组沿着“明确净水装置——收集和分析信息——设计解决方案——制定标准——构建净水装置原型——迭代优化产品”的思路开展净化水装置的设计与制作。

2.检验自制简易净水器的净化效果。为测试制作效果，以及进一步优化作品，组织学生观察污水注入简易净水器后，流出来的水是否澄清？如果流出的水不是澄清的，则需要进行设计调整，学生在调整与测试中，寻找出失败的原因，不断地迭代，不断去改进与完善自己的作品。

（四）评价交流——作品展示，合理评价

1.作品展示，修正完善。STEM教育的创新力是在创造产品的过程中体现出来的，而创造产品实质是一个解决问题的过程，即发现产品问题、分析产品问题和不断改进产品的过程，在这个过程中创新思维是核心。“如果……那不是更好吗？”发现产品的问题，并提出自己想法。“这个东西还可以再改进一下吗？”“还有没有更好的方法？”……教师要不断地激励学生思考问题，不要墨守成规，要能别出心裁、标新立异地提出新观点、新设想及新方法。学生据此不断迭代地改进作品。

2.合理评价，提升能力。在 STEM教学的开展过程中，我们可以将传统试卷、课堂观察、进行工程过程观察评价，评价出学生的STEM能力。在制作“净水器”的STEM教学中，采取如下评价。

总之，STEM教育将科学、技术、数学、工程四门学科有机整合，培养学生灵活解决科学问题的能力。本文从“提出问题—科学探究—工程设计—评价交流”四个教学环节入手设计“制作净水器”，构建了基于STEM的小学科学实践教学活动流程。让小学科学教学真正将重心转向对科学逻辑的关注，完成了从单一讲授式课堂向追求科学探究性课堂的转变，学生可以亲身体验探究的过程，提升学生在课堂中的参与感，激发学生的探究兴趣。