从STEM视角分析《力和运动》单元
2020-09-10郑贤文
郑贤文
摘要：STEM教育是现今教育研究的热点。从跨学科、趣味性、体验性三个STEM视角分析美国科学教材Science Fusion 五年级第十二单元《力和运动》，希望我国编写STEM教材时能够注重跨学科性，注重体验性，编写真正的STEM教材。
关键词：STEM;科学教育;教材研究;
前言
STEM教育是科学、技术、工程和数学教育的简称。进入21世纪后，美、英、日国等国正在火热地进行STEM教育研究和实践。而我国的STEM教育研究较落后。笔者观察到中美STEM小学科学教材有着诸多差异，不禁想到能否分析美国教材，取其精华用于国内，帮助我国STEM教材的编制和发展。
一、教材简介
教材选自美国科学教材Science Fusion 五年级的最后一单元——第15单元Forces and Motion（力和运动）。[1]
结构上看，本单元属物质科学领域，是四年级最后一单元Motion（运动）的深化。本单元在学生了解运动和速度的前提下解答了使物体发生运动、产生速度的因素，即“力”。
内容上看，本单元共6节课。两节教授知识，第一课“什么是力？”第五课“什么是牛顿定律？”;两节探究课，第三课“力是怎么使物体运动的？”，和第四课“什么是平衡力和非平衡力？;一节STEM课“橄榄球安全头盔”;还有一节资料卡，让学生感受安全工程师这份职业。
二、教材分析
余胜泉教授认为：STEM教育应具备的核心特征是：跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性。[2]笔者将从中选取几个本单元中较为凸显的特征进行分析。
（一）跨学科
STEM教育是一种新的教学理念，它通过跨学科的方式综合运用四大学科的相关知识，以使学习者解决问题。教科书第707页底下有个活动希望学生根据给的力和速度的数据绘制一个图表。这个对数据处理的过程涉及到了数学知识与技能。书第710和711页是一个名为“去火星吧！”的专题。这个专题从力的角度，尤其是平衡力和重力，将三级火箭的原理进行了简单地说明。其中显然脱离不了技术与工程两个领域。
（二）趣味性
一本教材编写得再好，缺少趣味就很难激发学生的学习动机，知识的内化和建构就无从谈起。本教材在趣味性上让人印象深刻。首先，从本单元第一页起几乎每一页都在向学生提问。如单元首页“我想知道为什么”一栏写着“为什么赛车在比赛的时候要更换轮胎好几次？”这是生活中可能碰到却没注意的问题，问题解决的成就感能给学生带来学习欲望。其次，教材中的图片充满趣味性。浏览教科书到这一部分画风突转，从贴近生活的科学风转为漫画风格。
（三）体验性
在教科书配套教材中可以看到本单元主要的探究活动有5个。其中主要以验证型STEM教学为主，希望学生经历验证过程。这种验证型的教学是以学生为主体开展的，教师只需指导便可。作为一种支架式教学，学生利用教材可以自己做，自己玩，发展动手能力和解决实际问题的能力。如“力是怎样造成运动的？”活动中，明确学生要探究问题——给出材料清单——注意事项;可以感受到编写者对于学生能获得良好的学习体验下了一番苦工。
三、对我国STEM教材编写的启示
（一）编制真正的STEM教材
美国教材对于STEM课程有明显体现，每节课涉及的STEM领域都会明确标注出来。而现行的人教版、科教版、苏教版等个版本的小学科学教材中对STEM的课程只是浅尝辄止，没有清晰地表明哪节课是STEM课以及又涉及STEM中的哪些领域。没有真正的STEM教材又谈何STEM课，谈何培养学生的STEM能力呢？
（二）教材编写要注重跨学科性
STEM教育理念最重要的特征就是跨学科性，单一学科的知识与技能不足以满足学生解决现实问题的需要。“橄榄球安全头盔”一课是在学生通过之前学习知道常见的力、理解平衡力并初步了解速度和力的关系及力、质量和加速度的关系的前提下进行工程和技术领域的拓展和综合，从材料和功能的角度对安全头盔进行分析。而我国现行教材却以科学为主，不是单纯的科学课就是以科学为核心的所谓的“STEM”课或是科学、技术、工程、数学相互割裂的课。
（三）教材编写要注重学生体验
STEM教育强调学生的亲历和体验，希望学生在动手、动脑的过程中发展知识，解决问题。Science Fusion这套教材有专门的配套挂图指引学生进行实踐探究。每一个活动都是和学习的单元有关，并有开展建议。学生可以根据挂图上的步骤自己制作一个产品或进行一次试验。希望我国的STEM教材编写时能够考虑学生的学习体验。
参考文献：
[1] John "Jack" J. Lynch，Jr.. Science Fusion G5 [M]. Houghton Mifflin Harcourt，2012：：697 -740.
[2] 余胜泉，胡翔. STEM教育理念与跨学科整合模式[J]. 开放教育研究，2015，21（04）：13-22.
