基于STEM理念指导下的课堂教学新尝试

杨娟娟

[摘 要]探究是科学研究的本质特征，也是学生学习科学的重要方式。然而，现在学生的探究性学习常常出现以下情况：研究同一个主题时，会用同样的材料和同样的实验方法，经历同样的研究过程，面对同样的实验现象，然后思考同样的问题，结果往往没有差异性。这样的探究性学习不利于学生科学素养的培养和发展，所以教师应引入新的教育教学理念，勇于改变、创新、发展，结合自身的教学实践，在实践中不断开拓前行，使学生在科学的道路上越走越远。

[关键词]STEM理念;小学科学;尝试

[中图分类号] G623.6[文献标识码] A[文章编号] 1007-9068（2021）15-0064-03

探究是围绕问题开展的活动，是一个逐步分析和解决问题的过程。一直以来，科学教师遵循着一成不变的教学模式，即“提出問题—讨论问题—解决问题”。一般情况下，课堂上学生利用教师准备的器材（每组的实验材料相同），围绕这节课的某个问题进行实验探究，从而得出相同的结论，完成本节课的学习任务。也就是说，全班学生面对同样的问题，用同样的材料、同样的实验方法，经历同样的研究过程，面对同样的实验现象，然后思考同样的问题。这样进行知识探究，学生只是学习的接受者和模仿者，并没有充分发挥他们的主观性和主体性，那这样的探究还有什么意义呢？

随着科学的不断发展和社会的日趋变化，一些新的理念不断融入小学科学教学中。STEM教育就是一种新的理念，其中S代表自然科学（Science），T代表技术（Technology），E代表工程（Engineering），M代表数学（Mathematics）。然而，在中小学推行STEM教育理念，绝不是自然科学、技术、工程和数学等学科的简单叠加，而是在“大科学”框架下强调多学科的交叉融合，强调对青少年科学素养、技术素养、工程素养和数学素养的综合培养。

下面，以《污水和污水处理》一课教学为例，尝试分析STEM教育理念在课堂教学中的运用。

一、同一主题，不同选择——有利于学生科学素养的培养

教学《污水和污水处理》一课时，观察污水是一个非常重要的教学环节，因为学生都想知道“污水中到底有些什么”“是什么污染了水资源”等问题，然而教材只要求学生观察比较生活污水和自来水（如图1）。当全班学生都观察由教师提供的统一的生活污水时，他们的观察结果是一致的，导致对污水形成的原因不明晰，学习结果呈现单一化、片面化。为此，在探究活动中，教师应满足学生的好奇心和求知欲，培养他们的科学素养。

科学素养不是教会学生背同一个科学概念、会做同一个科学实验，它一般包括对自然现象的好奇心和求知欲，能运用基本的科学知识和技能认识自己与周围世界的能力，具备进行科学探究所必需的科学思维和方法，形成与自然界和谐相处的生活态度等。小学生具有强烈的好奇心和求知欲，这些欲望必然使每个学生都有自己的想法和选择。那么，只有为学生的探究性学习提供开放的空间、自主的余地、个性化的选择，才能走好培养学生科学素养的第一步。

如教学《污水和污水处理》一课时，教师组织学生进行一次户外的观察实践活动，选择学校周边具有代表性的几个场所进行实地采样和观察污水。通过与多种污水的“亲密接触”，学生对污水形成的原因认识更全面。如下表：

当学生有了自主选择的权利，再进行学习活动时，他们便有事可做、有话可说、有情可抒，也更能充分发挥自身的主体性、主动性。这样的学习活动不仅能满足学生的好奇心，更让他们在大自然的怀抱中，真切地认识自己和周边的世界，体会到人与自然和谐相处的意义。

二、同一实验，不同方法——有利于学生工程素养的培养

基于STEM教育理念，如何在小学科学教学中培养学生的工程素养呢？我想，就是对于实验方法进行研究。实验教学是小学科学教学的重要组成部分，不管是教师还是学生，都深知实验在科学课中的重要性。然而，在实验教学中，教师一般都会给每个小组相同的实验材料，让学生进行相同的实验探究。例如，《污水和污水处理》一课中的净化污水实验，教材展示的方法是用细沙子作为材料进行污水过滤（如图2）。在全班学生都用这种材料和方法进行实验探究后，发现处理过的污水洁净程度大致相同，然而这种没有差异的结果并不是探究性学习的理想结果。

正如殷志杰老师在《关于自然学科培养学生创新精神的思考》一文中指出：“既然所有的学生都使用相同的材料进行研究，学生还需要动什么脑筋，在研究的方法上也就无自主和创新可言了;既然所有的学生研究方法全相同，观察到的现象就会大体相同，归纳的结果也大体相同，学习的结果也就没有什么自主和创新可言了。”因此，教师在教学中为学生提供一个材料自助区（如图3），过滤材料不仅限于沙子，还有棉花、纱布、小石子等，而且学生选择时可以不限材料的种类和数量，也不规定材料的放置方法和位置。学生自主选择实验的材料和方法后，最后每份污水样品的洁净程度都不相同，差异性很大（如图4）。这样的实验结果也能顺理成章地将教学推进到下一环节，即介绍实验的材料和方法。

一个优秀的工程项目，需要独特的设计和合适的材料。如果把一次实验比作一项工程的活，那么不同的实验方法就相当于独特的工程设计，不同的实验材料就相当于适合的工程材料。只有在实验过程中给学生提供充分的思维空间和选择空间，才能更好地发挥他们的主观能动性，避免科学学习程式化、机械化的倾向。因此，实验材料和方法的不同选择是培养学生工程素养的基础。

三、同一结果，多样展现——有利于学生技术素养的培养

在世界科技发展态势中，创新速度最快、通用性最广、渗透力最强的无疑是信息技术，将信息技术与科学教育紧密结合，也是现在教师广泛使用的教学方式。基于STEM教育理念，在小学科学教学中培养学生的技术素养，我想应先将信息技术与学生学习科学的方法结合起来。

例如，《污水和污水处理》一课中有“污水的观察报告”环节，在前期的教学中，我们尝试了好几种汇报的方法，但都不能充分地展现学生的观察结果。如方法1：汇报者将观察报告单放在投影仪下进行汇报。汇报者虽是观察活动的亲历者，熟悉和了解观察对象的特性，但由于时间等条件的限制，记录单上只能记录简要的信息，其他学生在没有亲眼看到污水样品的情况下，无法对汇报者的说法置疑或确信，这样的汇报也就比较枯燥乏味。方法2：污水样品也放在投影仪下，有了实物，确实可以帮助其他学生更多地了解这份污水样品，但是对于报告中的一些细节，如漂浮物、沉淀物等，其他学生还是无法看到。

在这一环节中，如何更好地展现学生的学习成果成了我们首要解决的问题。最终，我们借助信息技术来突破这个难题，即由学生自己课后利用多媒体整理和分析他们的学习成果。当只靠写和画这样的汇报展示方式不能充分地展现学习成果时，多媒体能更全面、更生动、更具体地呈现学习成果。图片的呈现能让学生清晰地看到污水样品以及样品周边的环境，这样直观展现的效果是文字描述不能达到的。通过用幻灯片中不同颜色和大小的字体来显示所要表达内容的主次关系，学生观看时一目了然，能更好地抓住重点。显然，这样的汇报形式更具有说服力和表现力。以下是部分汇报成果截图：

科学学科和信息技术进行整合，一方面可以改变学生在课堂中的地位，从被动的知识接受者转变为知识的共同建构者，调动了学生的学习积极性和主动性，开阔学生的视野，培养学生的创造能力;另一方面，网络丰富的教学资源可以唤醒学生的创新意识，使他们想创新、敢创新、会创新。

四、课内课外，有效结合——有利于学生数学素养的培养

STEM教育理念指导下，在小学科学教学中培养学生的数学素养，我认为是对学生逻辑思维的培养。培养学生的思维能力是科学学科在能力方面的教学要求之一，主要包括比较、分析、概括、推理、演绎、综合和分析等思维能力。然而，小学科学教学任务重，周课时少，很多教师在选择教学内容时就会有所删减，“考什么就教什么”往往成为教师删减教学内容的准则，导致学生课后往往只会背概念，卻不知这一科学知识的由来。由于学生的科学知识都是被动获取的，并没有形成科学的逻辑思维，所以这样的科学教学显然背离了特别关注科学知识转向关注培养学生科学素养的宗旨。

当课堂教学无法满足学生的学习需求时，教师必须利用课外时间来满足他们的求知欲。例如，教学《污水和污水处理》一课时，有观察污水和处理污水两个重要的教学环节，这样的教学安排无法在一节课中完成。这时教师可利用双休日组织学生进行实地采样，然后开放实验室一周，任何课外时间，只要学生有想法，就可以去实验室观察他们采集的污水样品。在这一周的时间里，学生迸发出了许许多多新的思维火花：将污水按不同的标准进行分类，培养比较和分类的思维能力;分析污水的来源，培养分析和综合的思维能力;分析污水中含有的物质，培养概括和推理的思维能力……学生观察的时间多了，观察的仪器多了，观察的方法多了，自然而然发现也就多了。这样的学习效果，远比在一节课中只能用有限的器材和方法去观察的效果要丰富与精彩得多。学生缺少的不是求知欲，而是慢慢被剥夺的求知时间。因此，将课课外时间合理地利用起来，给予学生充分的时间和场地，他们的知识学习可以不断得到丰富，思维能力也能得到更好的发展。

教育国际化使得新的教育理念不断涌现，小学科学的教学之路应当与之携手。因此，教师要勇于改变、创新、发展，结合自身的教学实际，将先进的教育理念本土化，在实践中不断开拓前进，使学生在科学的道路上越走越远。

（特约编辑 木 清）