融合STEM理念的初中科学教学实践分析

郑华东

科学实验教学的核心是培养学生的独立探索能力，实验操作能力和解决问题的能力。STEM的教学理念符合初中科学实验的教学目标。它不仅可以培养学生的科学意识，问题意识和问题产生能力，而且可以有效地提高学生的科学实验学习能力和实践能力，为培养学生的科学素养提供了良好的保证。本文就STEM概念在初中科学实验教学中的应用进行了实际探讨。

STEM教育的重点是发现生活中的问题，然后在老师和家长的指导下，学生使用多学科知识来设计和解决所发现的问题。为了使STEM教育与学校的科学技术特色完全融合，我们首先建立了STEM教育发展中心，该中心以负责人和科学小组的老师为主体，包括数学，信息和教育。其次，明确教育目标，建立立场，实现STEM概念与课堂，“探索技能”，创新发明和品牌活动的结合，将STEM概念渗透到学校教育的各个角落，实现四项融合。

1 STEM概念与课堂教学整合

STEM概念旨在整合各种学科的知识并解决现实生活中遇到的问题。学校以“问题探索”为核心，探索了一套“问题主导”课堂教学模式。同时，每个学期在每个年级科学课中选择合适的课程类型，并结合数学，信息，艺术，音乐和其他学科来尝试STEM教学。在一个学期中，可以开发多个STEM教育和创新课程，例如“旋转风车”和“水杯热损失研究”。此外，学校还大力推动STEM概念与学校课程的整合。

1.1 明确的目标

学校依托“崇明文明”校训，利用区教育局“探索技能”项目的发展，阐明了学生探索和学习合作的勇气的三项核心科学素质。并善于创新。

1.2 优化过程

从国家课程和校本课程的两个维度出发，我们整合了扫盲的核心共识，即培养学生探索，学习合作与创新并扎根于课堂的勇气。国家课程级别：以“问题探索”为核心，探索了一套“问题主导”的课堂教学模型，即问题发现，问题探索，问题解决和综合科学探究活动。根据学校的课程级别：我们学校编辑自己的“技術创新”教科书，每周使用一堂课进行科学技术教育。教材内容包括：科学思维，科学实验，科学游戏和科学阅读。同时，学校在每个星期五下午使用俱乐部班级开设精心设计的课程，例如电子拼图，七巧板，机器人，技术生产，无人机和平衡车。

1.3 建立职位

在教室里，建立了以科学家命名的科学研究所，以开展流行的探究活动。在学校一级，成立了“新星”初级科学院，以开展竞争性的探究活动。

2 STEM教育理念在初中科学实验教学中的应用策略

STEM教育的概念是将科学，技术，工程，数学等多学科内容有机地整合起来，以培养学生的独立探究，合作和现有知识的综合运用的能力。但是，由于初学者的学科知识有限，独立的探索能力和分析研究能力，教师在将STEM教育理念应用于科学实验教学时，还必须采取相应的教学策略和教学方法，以提高“教学”的效果。

2.1 合理设计STEM教学流程

STEM教育理念强调基于不同学科之间的综合视角进行教学，这涉及相对多的学科和知识内容。因此，在科学实验教学中，教师必须合理设计STEM过程。在设计过程中，他们还必须充分考虑如何通过整合各种学科以及解决项目或解决实际问题的过程来激发学生的学习兴趣。通过培训学生，可以实现多学科知识的独立整合和实际应用，从而达到培养目的，提高学生的科学实践能力，创新能力和科学素养。在STEM教育理念下设计科学实验教学过程，是保证科学实验教学质量的基础。因此，在进行STEM教育理念下的科学实验教学时，教师必须合理设计相应的教学过程。作者在浙江教育科学版八年级的“模拟潜水艇实验”实验教学中使用了以下过程：过程1：情境整合（创建跨学科的应用场景以激发学生的兴趣）探索：引文学生对科学更感兴趣。在以下情况下：这种情况可能给潜艇带来麻烦，使学生可以独立思考并探索“下沉并漂浮”在水中的基本原理。流程2：基于问题的学习或基于项目的学习（提问）：为什么成千上万的航母可以安全地在海上航行？为什么数万吨的潜水艇在水中自由漂浮？他们是如何做到的呢？步骤3：将研究问题或项目分组（开放式教学，以开发学生的探索潜力）：首先，引导学生（或小组问自己），讨论航空母舰为何能够安全航行水域以及潜艇为何能够自由漂浮。第二是设计。并传达自己的“模拟潜艇下沉和漂浮实验”设计方案。流程4：核心学科知识（科学实验的目的和主要内容）的构建：如何利用生活中的现有知识（多学科知识）和现有材料完成“潜艇自由沉没和漂浮”实验。流程5：内容整合或实验计划整合（设计问题或实验计划的解决方案）：完成实验计划的设计和材料的收集（最小和最简单的材料）;创造可以自由下沉和漂浮的“潜艇”，并进行独立的相关实验。流程6：实验结果的讨论和交流（知识交流，共享）：交流，讨论和分享有关相关实验结果或缺陷的知识或实验技能。同时，我们需要讨论“潜艇下沉和漂浮”过程中科学知识（浮力，重力，质量，密度等）和数学知识（浮力，重力计算等）的应用和交流。该实验旨在增强和增强学生的多学科，多技能的应用意识和能力。流程7：如果教师想达到科学实验教学的目的，应该及时总结并反思教学。在将STEM教育理念应用于初中科学实验教学过程中，作者采用了上述教学过程。同时，结合科学实验的内容，采用不同的教学模式和情境模式，突出科学实验的开放性，动态性，实用性和综合性。

2.2 明确STEM实验教学目标

尽管初中科学实验教学所涉及的知识相对广泛并且并不困难，但教师还应在STEM教学过程中阐明实验教学的目标，以便学生可以清楚地定义实验的目的。在实验过程中，只有这样，才能真正提高实验设计的有效性和合理性。例如，在“模拟水下下沉和漂浮实验”的科学实验教学中，作者首先确定了教学目标。

2.3 STEM教学内容的合理设计

科学实验是科学教学的重要内容之一。它的教学内容涵盖了许多实验计划的设计和实际操作，并将涉及许多学科知识，例如数学，化学，技术，物理等。尽管初中科学教科书中的许多科学实验可以匹配。STEM教育理念并不意味着所有科学实验内容都可以采用STEM教育理念。另外，STEM教学概念基于“项目”或“问题”或“任务”。因此，在STEM理科实验教学中，理科教师还应结合学术条件，学生的学科知识和实践能力。开展并选择一些适合学生的科学实验内容来实施STEM教学，使学生在学习，实践和解决科学实验中的问题的过程中，将不同学科的知识有机地整合到科学实验中。在“模拟海底”实验教学中，作者为学生设计了主要的实验教学内容：1.实验教学导论。使用航空母舰和潜艇在水中安全驾驶的做法引入了“潜艇”实验。它使学生能够通过航空母舰和潜艇的视频来积极思考影响两者“漂浮”的基本原理和方法。同时，借助语境介绍，激发了学生的好奇心，增强了学生对实验的兴趣，增强了学生对科学实验的参与。第二是浮力和重力。让学生独立设计或体验浮力和重力，例如在水中放入泡沫，在水中放入结实的铁球或记住游泳时的感觉。同时，观察学生是否可以利用自己对不同学科的知识，根据自己的经验来思考和设计实验计划，并及时或适当地指导或回答学生提出的问题。第三是进行实验设计。让学生结合实验要求来独立设计相应的“下沉和漂浮”程序。在此教学中，作者旨在指导和鼓励学生使用不同的思维方法和不同的科学方法进行实验设计。第四是验证和共享。在组织学生完成相关的“模拟潜艇下沉和漂浮”实验设计和验证后，作者将鼓励学生利用课堂前收集的现有多学科知识和相关实验数据进行自主（或小组合作）实践实验经验。从他人的实验设计计划中学习，根据自己的实验结果优化和创新实验计划，并培养学生的工程意识。最后，作者将组织学生讨论和分享实验结果，设计技巧和产品。通过讨论和分享来促进学生之间的知识交流对于培养学生的实验能力，逻辑思维能力，验证能力和科学思维能力具有重要的现实意义。

3 结语

为了将STEM教育理念应用到初中科学实验教学中，教师必须结合学生现有的知识水平，知识理解能力和实验操作能力。同时，教师还应根据STEM教育理念明确教学过程，教学目标和教学内容。从那时起，他们提高了科学实验的实用性，知识性和科学研究性，使学生可以将其现有的多学科知识应用于科学实验。同时，在提高科学实验学习效率的同时，还可以不断提高其科学素养。

（作者单位：杭州市余杭区光华外国语学校）