STEM教学理念在小学科学课程中的应用与思考

尤胜响

【摘要】随着信息技术的发展，固有的教育方式已经不能满足学生的学习和发展需求。新时期，信息技术的应用为小学教育增添了活力，大大提高了小学教育的效率。当前，信息技术已经成为课堂教学的重要辅助工具，STEM教育理念与多媒体系统功能相结合、与生活实践相结合、与探究式学习相结合，更大程度上激发了学生学习的积极性，改进了教学方法，提高了学生的学习兴趣。本文列举了部分课例，简要地分析了STEM教育在小学科学课程教学中的应用策略，以期促进教学效率的提升，促进学生的全面发展。

【关键词】科学教育;STEM教育;应用与思考

STEM教育理念已经得到众多教育专家和教育工作者的认可。STEM教育以培育学生的核心素养为中心，重点培养学生的逻辑思维、自主学习能力。随着互联网技术的不断成熟，在小学科学教学中引入STEM理念，打破了传统的教学方式，创设了全新的学习环境。

一、小学科学课堂融入STEM教育的核心价值

（一）学科大整合，跨知识界的统一

STEM教育是基于科学（Science）、数学（Mathematics）、技术（Technology）、工程（Engineering）的跨学科的教育。从STEM教育涉及的学科在提高学生科学素养中的作用来看：科学是反映自然、社会、思维等客观规律的知识体系;数学是研究空间形式和数量关系的一门科学;技术是解决问题的工具、方法和经验的总称;工程是运用科学原理和技术手段创造人工物体的过程和途径。STEM教育并不仅仅是把科学、技术、工程和数学这四个词堆叠在一起，而是以翔实的脑科学、认知科学和教育科学研究为基础，将四门学科的教学紧密相连，以整合的教学方式引导学生掌握知识和技能，提升其迁移知识的能力，从而体现教育的真正意义。

以“建萝卜高塔”一课为例，这一课要求学生利用50根牙签和一根胡萝卜建一座最高最稳的高塔。学生要通过科学探究找到最稳定、最省材的结构，要通过数学计算得出最高可以设计多少层，要思考把胡萝卜切成多少块，要通过动手操作找到搭建的技巧，还要在设计和安排中考虑人员分工和协作的问题。课程虽小但对学生的成长的影响是有目共睹的。学生从小就开始接触技术和科学，了解科学，这对他们以后的学习和融入社会有积极影响[1]。

（二）将学生的项目化实践活动与科学教学相联系

一般来说，传统的教育知识点是源于生活的，教学内容的取材也是源自生活。不断有研究者提出要将学生的知识生活化，将知识应用于生活、实践于生活。这种知识生活化的教学方式虽对学生以后融入生活有很大的促进作用，但只是局限于生活，并没有考虑到生活以外的世界，这就局限了学生的思想，对开发学生的智力是不利的。如果采用 STEM教育模式，这种情况就会得到改善。STEM教育主张学生从小接触科学，接触未来世界，不局限于他们所生活的社会环境，主张用科学的手段去解决生活中的问题。久而久之，学生就会形成系统的科学思维模式，这对学生的长期发展是大有裨益的。

小学科学教师要结合学生的生活经验和他们的知识储备来选取合适的教学策略，引导学生进行探究，培养学生学习科学的兴趣，从而提高课堂教学效率，促进学生科学素养的提升。例如，在教科版科学上册“建高塔”一课中有这样的问题：“高塔不倒的秘密是什么？”传统的教材是让学生利用塑料瓶和沙子自主研究教科书提出的三个问题：塑料瓶怎么放最容易倒？怎么放最不容易倒？你觉得高塔不倒的秘密是什么？学生初步设想上小下大、上轻下重的物体不容易倒。正常的拓展探究活动是要求学生用三个装满水、装半瓶水、装小半瓶的水的饮料瓶同时放在木板的同一端，然后抬起木板放瓶子的一端，看哪种状态更加稳定，哪种更容易倒下，以此来证明“上小下大，上轻下重”的结构状态更稳定，不易倒下。

接触STEM理念之后，笔者就设计了“建高塔”的环节，首先让学生观察生活中的高塔的结构，然后让学生大胆设想生活中的高塔具备了怎样的结构才能屹立在风中而不倒，并把自己的发现应用在实际的建造中，建造不容易倒的“高塔”。整个搭建过程，学生都在不断的失败中进行探索，他们对最优方案的确定过程也是对高塔特点的总结过程。

这个活动既是对前一个活动研究结论的应用和再检验，也是一个继续研究的过程，同时体现了工程与技术的教学目标。像这样让学生以小组为单位进行验证的活动，激发了学生的探究精神和了解科学本质的欲望，收到了较好的教学效果。

二、小学科学课堂融入STEM教育的实施途径

（一）利用现代化信息设备弥补传统教学的短板

传统教学中，教师一般通过语言对学生进行引导，这种引导往往是很难进行的，因为学生的生活阅历少，无法完全理解教师所说的内容，因此这种教学方式并不符合学生的认知特点。而教师利用现代化信息设备可以弥补传统教学的短板。仍然以“建高塔”活动为例，教师首先出示并介绍古今中外各具特色的高塔，让学生在欣赏中思考这些高塔会遇到哪些力的影响，塔为什么高耸入云而屹立不倒呢，利用这一方式提高学生对科学课堂的学习兴趣，让学生的思考也更有方向。所以，信息技术的引入能够打破时间与空间的限制，在很大程度上满足学生的学习需求。在STEM课堂的情境创设和问题聚焦环节中，学生更容易找到问题的共性和研究的方向。

（二）利用多媒体的系统功能指导教学活动

新时代背景下，信息技术手段在一定程度上弥补了传统教学的短板，传统教学中，教师要承担繁重的教学任务，在选材上要准确，而且要确保内容浅显易懂、可操作性强，能够激发学生的学习兴趣，这些条件看起来很容易，但是叠加起来就给教师的教学工作造成了很大的困难，降低了工作效率。现代媒體中各种程序的应用可以让教师的教学工作更加自由，让教学变得更加轻松，这样既节约了教师的时间，又提高了工作效能。例如，“建高塔”活动中，学生每人都有一张设计图，怎样让学生分享到这些各具特色的设计呢？教师可以利用多媒体的系统投屏功能，把小组中每个“小工程师”的方案都展示在屏幕上，这样，小组汇报时，对每个人的优劣评价和最终方案汇总的过程就会清晰地展示在大家的面前。在这个过程中，学生需要对自己的认识进行不断的整理、反思和修正，这既促进了学生概念的建构，也促进了学生思维品质和能力的提升，同时对扩大学生的知识面、活跃现场气氛及激活学生思维都有重要的促进作用。此外，教师利用这些先进的技术指导学生学习，可以在备课方面减少精力，把更多的注意力放在学生的教育上，有效提高课堂教学效率，这些对于达成STEM课堂的教学目标——更好地提升学生的协作意识、工程意识，扎实地培养学生的创新精神和探究意识，都有着不可替代的作用。

（三）开展探究式学习提升学生核心素养

对于小学科学学科来说，教师应重点提升学生自主学习能力，培养学生的自主探究精神，激活学生的科学思维。将STEM理念融入小学科学课堂，教师可以通过探究式学习模式让学生像科学家那样开展研究，主动学习。探究型课堂是指对现在存在的事物或者现象进行反思和提问，使学生敢于提问、敢于探究，即在操作的过程中提出问题、分析问题、收集数据、总结结论，从而让学生一步一步地去探究和思考。例如，在教学“空气污染”这一部分内容时，首先，教师要引导学生了解空气的具体构成，哪些是必要构成部分，哪些是污染元素;其次，教师要指导学生调查生活中哪些因素会造成空气污染，造成的后果是什么;再次，教师要带领学生分析空气中的有害物质的产生原因是什么，并通过扇形图对其进行展示;最后，教师要启发学生思考、交流这些污染元素怎样才能得到消灭，通过什么手段才能得到控制。这样的过程能够让学生充分了解空气污染的后果，以及怎样去治理污染。采用STEM理念能使学生更加主动地接触生活，能开发学生的脑力和想象空间，能在一定程度上锻炼学生的动手能力、实践操作能力及逻辑思维能力。

（四）科学课堂与生活实践融合培育科学精神

在科学教育中，大部分的知识来自生活实践，教师将STEM教育理念融入教学之中，让科学课堂与社会实践相结合，从而培养学生的科学精神。例如，学完“简单机械”这一单元后，学生掌握了斜面、杠杆、滑轮等工具的应用原理，教师就可以给学生准备“4根15厘米的吸管、一段25厘米的棉线、几张A4纸、几根牙签、一块橡皮泥”，然后让学生利用这些材料设计一款可以自动升旗的装置，要求：旗子离开起点的距离越高，成绩越优秀。怎样创造性地使用材料才能让成绩最好？学生在实际应用中运用了超级头脑风暴法，测量评价环节中，一个又一个想法呈现出来，比如，一根棉线可以分成4根更细的线，吸管也可以裁成升旗绳，利用课桌增加旗子起点到终点的距离等。课堂上每一声惊叹、每一处创造其实都是对形成科学精神和科学素养最好的解释。

STEM教育模式主要是采用科学的方法对学生进行教学，主张让学生用科学的方法探究世界，并主张将知识、能力与实践相融合。教师在课堂上运用工程模式，采用技術手段，结合数学思想对学生开展教学，让学生潜移默化地接受科学的理念，接受科学的训练，能有效提高学生的科学思维能力，促进学生核心素养的提升。

【参考文献】

李雅.幼儿园科学教育融入STEM教育的核心价值与实施路径[J].小学科学（教师版），2018（12）：7.