基于STEM教育理念的科学课教学策略

◇（广西：林市象山区平山小学）

STEM 教育理念强调跨学科学习，是一种基于项目和问题的学习方式，要求学生在学习活动中运用跨学科知识，并通过合作和实践的方式，完成既定的学习任务或解决生活的实际问题。本文主要以小学科学“声音”单元的教学为例，对基于STEM 教育理念下的小学科学教学实践进行了分析和探讨。

一、背景分析

2017年所颁布的《小学科学课程标准》明确指出，在小学科学教学中必须突出科学这门学科的“综合性”特征，并在课程内容中新增“技术与工程”领域的相关知识，倡导以跨学科方式来替代传统的学习方式。而在这样的背景下，STEM教育理念无疑成了最适合当代科学教育的指导理念。STEM 是Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Mathematics（数学）英文首字母的缩写。该教育理念的提出颠覆了传统的教育模式，将其引入小学科学教学，能够有效锻炼学生的动手能力和实践能力，促进学生创新思维和创造能力的发展。

二、案例分析

小学科学具有较强的综合性和实践性，承担着科学启蒙的重要任务，让学生认识科学、爱上科学、应用科学是小学科学教学的主要目的。小学科学四年级上册“声音”单元，《声音是怎样产生的》《声音的变化》《声音的传播》等共七课对科学知识进行探讨，让学生了解和掌握声音的自然规律和科学知识，并在对声音的探究过程中体会科学的魅力，让学生爱上科学。虽然声音在学生的日常生活中是一种常见的现象，但是声音有着看不见、摸不着的特质，声音对于学生而言还是一个比较抽象的概念。而在本单元的学习中，老师将在STEM 教育理念下，通过跨学科学、动手实践、观察记录等学习方式，让学生走入声音的世界，探索声音的奥秘，将抽象的概念具体化，以此来增强学生科学探究的能力，让学生体会到学习科学的乐趣和魅力。

（一）《声音是怎样产生的》教学设计

1.教学目标

经历制造声音、感受声音产生的过程，激发学生对于声音这一科学知识的学习兴趣和热情。

2.教学重难点

经历探究声音产生原因的过程，在观察、比较、讨论、交流中理解“声音是由振动产生的”。观察比较发声物体与不发声物体的区别，发现声音产生的原因。

3.教学准备

实验材料：皮筋、尺子、实验记录表、大纸杯、玻璃纸、白纸、绳子、笔、剪刀等。

4.教学过程

（1）导入新课

借助多媒体设备播放生活中各种声音的音频，考考学生的耳朵并出示问题：你听到了几种声音？分别是什么发出的声音？你能学学它们发出的声音吗？请学生以小组为单位进行回答。

（2）实验感知，如何使物体发出声音

（出示皮筋和尺子）这是什么？谁能让它们发出声音？它们发出声音时，你们能观察到什么现象？

分组进行实验并观察皮筋和尺子发声时的情况。

实验结论：当尺子和皮筋在力的作用下，不断重复来回、快速地做运动所发出的声音就是振动所产生的。因此得出，不管采用什么方法使它们发出声音，它们在发声时都有一个共同的特点，那就是都在振动。

（3）实验延伸进一步验证

布置任务：

每组用已有材料制作一面小鼓，并考虑：选用什么材料更适合做鼓面？在固定鼓面时需要注意哪些方面问题？小组应该如何分工？

实验延伸小结及反思：

任务完成后，组织学生进行讨论：小组成员如何分工更合理？如何处理制作中出现的问题？如何固定鼓面，发出的声音质量会更好？

（4）课堂总结

今天每组同学在实验中，已证明声音是由物体振动所产生的。如果没有声音，世界将变成什么样子？我们的生活会发生哪些变化呢？请各组撰写观察报告。

（二）《声音的变化》教学设计

1.教学目标

（1）掌握科学概念

音量是由物体振动的幅度决定的：振动幅度越大，声音就越强；振动幅度越小，声音就越弱。音高是由物体振动的频率决定的：振动的频率越快，声音就越高；振动的频率越慢，声音就越低。

（2）养成善于观察并把事物的特点和性质相联系的习惯

运用语言来描述和记录声音，并能根据声音的高、低、强、弱进行连线。

2.教学重点难点

通过观察、比较，认识音量由物体的振动幅度决定，感受声音的强弱和高低变化。通过观察，比较声音的高低变化。

3.教学准备

为每组准备：三角铁一副、五根试管、水、一根小木棒、皮筋、实验记录单、吸管、胶带、剪刀。

老师准备：与学生一样，外加一台铝片琴。

4.教学过程

（1)导入新课，揭示课题：声音的变化

课前老师用铝片琴演奏一段音乐给学生欣赏，让学生初步感受声音的高低以及强弱的变化。

（2）观察比较声音的强弱变化

分组实验：每组学生先轻后重地敲击三角铁，观察并思考：敲击三角铁的轻重所产生的振动幅度的变化与音量之间有着怎样的关系？并做实验记录。

实验小结：

通过刚才的实验，我们可以得出这样一个结论：物体振动幅度越大，声音越强；物体振动幅度越小，声音越弱。声音的强弱可以用音量来描述。

（3)观察比较声音的高低变化

分组实验一：

每组学生分别在五根相同的试管中注入不同的水量，观察并思考：不同水量的同样试管，用小木棒敲击所发出声音的高低有怎样的不同？并做实验记录。

分组实验二：观察皮筋拉紧程度振动所产生的频率与音高的变化。

实验小结：

通过刚才的两个实验，我们可以得出这样一个结论：物体振动得越快，发出的声音就越高；物体振动得越慢，发出的声音就越低。声音的高低可以用音高来描述，音高是描述物体振动快慢的一个量。

（4)实验拓展

通过实验，我们可以知道，声音高低的变化叫作音调，声音强弱的变化叫作音量。

刚才用同样的试管装不同量的水，发现试管发出声音的音调不一样。水柱不同与音调之间有什么关系啊？声音的高低是否跟物体的长短有关呢？课前老师用铝片琴演奏了一段优美的旋律，你有什么发现呢？

布置任务：利用吸管、剪刀等材料制作排箫。思考：怎么样让吸管发出声音？在制作排箫时需要注意哪些方面的问题？吸管的长短与发出声音的高低之间有怎样的关系？

实验延伸小结及反思：任务完成后，组织学生进行讨论。剪短后的吸管发出的声音有什么样的变化？制作中出现的问题如何处理？如何解决排箫的音准问题？

（5)课堂总结

通过本课的学习，我们知道了声音的高低、强弱是跟物体振动的频率和振幅有关的。音量和音调会对声音的变化产生影响。大家可以自己课后利用声音的强弱、高低的原理，制作出不同声音的乐器，来进行音乐演奏哦！我想这会是一件非常有趣的事情。

（三）《声音的传播》教学设计

1.教学目标

（1）能够对声音在物体中的传播方向做出假设，并设计相应的实验，找到问题的答案；

（2）会按步骤实施实验计划，仔细观察，认真比较；

（3）通过实验知道声音能在沙、水、空气或其他物质中传播；

（4）学会制作土电话，使用土电话玩通话游戏，知道土电话是通过固体（线）传声的。

2.教学重难点

通过观察、比较、讨论交流等活动，认识到声音是通过物质传播的。

3.教学准备

为每组准备：三只分别装有一样多沙子、水、空气的密封袋，小木棒，纸杯，厚纸，棉线，剪刀。

老师演示材料：收音机、手动真空机，钟罩、小铃。

4.教学过程

（1）导入新课，揭示课题：声音的传播

利用多媒体设备为学生播放宇航员在月球上的场景，并提出问题：为什么宇航员在月球上离着那么近却不能听到彼此的声音，而只能通过特殊装置来传递信息呢？声音是靠什么传播的呢？

（2）老师演示，通过实验进行声音传播的验证

老师首先将一部正在发出声音的收音机放入钟罩当中，然后再将钟罩密封，并将钟罩里的空气用真空机慢慢抽掉。请学生观察钟罩在真空前后收音机音量的变化是怎样的。

（3)学生实验验证声音是否可以通过空气、沙子以及水进行传播

学生分组实验：在实验前能够对声音在物体中的传播方向做出假设，并设计相应的实验，找到问题的答案。每组学生利用老师提前准备好的三只分别装有一样多沙子、水、空气的密封袋隔着，倾听小木棒轻轻敲击桌面的声音（提醒学生注意保持教室的安静，屏息倾听），注意认真观察实验过程中发现的任何一种现象：塑料袋里装什么物质时听声音的效果最好？耳朵直接贴在桌面上听和远离桌面听，哪个效果更好？把它记录下来。

学生分组交流结果：隔着空气、水和沙土都可以听到声音；隔着沙和水听声音效果比较好；隔着空气听到声音比较小。这是因为声音有着向四周扩散的特点，尤其是在开放的空气中更容易损失。

（4）实验验证小结

声音除了能够通过空气传播，也能通过沙子和水进行传播。其中，沙子我们称之为固体，水是液体。所以，我们又可以说，声音能通过空气、液体、固体传播。

（5)实验拓展游戏——打土电话

布置任务：让学生利用声音传播的相关原理，用纸杯、厚纸、棉线、剪刀等材料，自己动手亲自设计并制作“土电话”，在保证不提高音量的情况下，楼上和楼下可以传递消息。

老师通过以下问题进行引导：在通话时声音是通过什么传到你耳朵里的？为什么棉线不拉直，土电话就不能工作？

师生小结：因为拉直的棉线能很好地传递震动，而松松的棉线会抑制、减弱并最终吸收震动，使震动无法到达另一只话筒。

（6)课堂总结

通过前面的学习，我们已经知道声音是靠振动产生，音的强弱、高低变化是跟物体振动的频率和振幅有关的。通过本课的学习，学生通过隔着分别装有空气、水和沙土的密封袋，倾听小木棒轻轻敲击桌面的声音的实验，以及自己动手亲自设计并制作“土电话”的活动，知道声音是能够通过空气、液体、固体传播的科学知识，并锻炼和提高了动手实践和创新能力。

三、教学反思

（一）STEM教学理念基于科学实践

STEM 教育理念与传统教育理念最大的区别，就在于注重实践，强调在科学教学活动中学生通过动手实践来获得相应的知识和体验。只有让学生像科学家一样，对科学知识进行探索，才能够获得更加深层次的知识。在“声音”这一单元的教学中，为了帮助学生更好地理解和掌握声音的相关科学知识，笔者在各个课时的教学中都设计了动手实践活动，让学生亲身经历“提出问题—设计方案—优化方案—动手实践—得出结论”等工程探索过程，以此来增强学生的科学意识，提升学生的科学素养。

（二）STEM 教育理念强调跨学科学习

STEM 教育理念强调跨学科学习，在小学科学教学活动中要求引导学生采取学科融合的方式进行学习，并能够运用跨学科思维来解决学习中遇到的各种问题。在“声音”这一单元的教学中，为了帮助学生归纳总结声音变化的影响因素，笔者引导学生通过对实验数据分析这一数学思维来找到声音变化的规律，并最终得出影响声音的因素。通过学科知识融合的方式解决实际问题，以此来培养学生的科学工程思维，提升学生的科学素养。

（三）师生成为学习共同体

在STEM 教育理念中，老师和学生通过“项目”成了学习共同体。这就要求老师以指导者、组织者和参与者的身份加入“项目”当中，通过与学生共同完成“项目”的过程来引导学生从表面现象引入背后原理。在《声音的传播》的教学设计中，老师通过引导学生完成隔着分别装有空气、水和沙土的密封袋，倾听小木棒轻轻敲击桌面的声音的实验，以及自己动手亲自设计并制作“土电话”的活动，锻炼和提高了学生的科学动手实践能力，促进学生创新思维和创造能力的发展。

综上所述，STEM 教育理念不仅强调在科学教学活动中各学科知识的简单融合，更加注重利用项目来培养学生的创新能力、合作能力和解决问题的能力。