STEM教育视角下融合地区特色的小学科学案例设计——以“牛奶大变身”为例

郭 姣 张雅娴

(呼伦贝尔学院 内蒙古 海拉尔 021008)

2017版《义务教育小学科学课程标准》中明确指出：小学科学课程是一门综合性课程，强调科学课程与数学、语文等课程相互渗透，促进学生的全面发展；突出学习环境的创建，为学生提供更多自主选择的学习空间和充分的探究式学习机会，强调做中学、学中思[1]。而STEM教育强调打破学科界限，融合相关的跨学科知识，以问题解决的形式，将其运用到真实的情境中，旨在培养学生的创造力，促进高阶思维的发展。鉴于此，本研究欲将STEM教育融于我国小学科学课程中，以期改善小学科学课程现状，提升学生科学素养。

一、选题的确定

目前传统的小学《科学》教学模式并不能满足学生创造力与科学素养培养的诉求，并且在课程设置上缺少跨学科融的理念，教方法不够多样，教学过程过于结构化，导致无法达到小学《科学》课程教学目标。而STEM教育则提供一种跨学科融合的理念，有助于提升学生发现问题解决问题的能力与创新应用能力[2]。

在设计案例时，最关键、最基础的一步是选题。在选题的过程中，既要体现民族特色，更要符合小学科学课程的教学规律，使教学设计发挥最大功效。因此本研究将STEM教育融入小学科学课程，并且结合地区特色，围绕“牛奶大变身”来进行设计。

(一)选题依据

STEM教育是科学、技术、工程、数学的英文首字母缩写，是集科学、技术、工程、数学于一体的综合教育。从内在含义上来看，STEM 教育强调科学、技术、工程和数学课程以跨学科的课堂形式整体呈现，并用于解决现实中存在的实际问题[3]。

由教育部印发《义务教育小学科学课程标准》中明确指出倡导开展跨学科学习方式，并鼓励科学教师将STEM运用于自己的教学实践。小学科学作为一门以探究、实践为主的课程，以培养学生的科学素养为核心，以发展学生的创造力、问题解决能力与设计思维为目标。将STEM教育融入小学科学课程，不仅能够增强学生对科学课的学习兴趣，提高元认知技能、批判思维和创造思维[4]，而且有利于创新型科技人才培养。

本研究通过将 STEM 教育理念融入小学科学案例设计，着重培养小学生的创造性思维，培养有独立意识去发现问题并解决问题的习惯，从而逐渐培养小学生的科学素养，为我国当前小学科学课程设计提供借鉴和指导。

(二)选题特色

本研究在设计小学科学课程案例的时候不仅要结合STEM教学模式，还与地区特色相结合。丰富的自然资源和文化资源，为开展STEM教育提供了丰富的课程资源。

蒙古族奶制品制作工艺集中反映了蒙古族在生产生活方式、风俗习惯等方面的情形，展现了蒙古族人民热爱草原，以及对美好生活的追求。通过在生活中体验、观察牛奶如何变身为不同奶制品的过程，让学生感受民族食品加工工艺的特殊性，体会其中所蕴含的人与自然和谐相处的生态智慧。

本研究以“牛奶大变身”为主线，既可以追溯牛奶的来源即奶牛，将胎生和卵生动物的区别、动物后代与亲代的异同、灭绝生物与当今生物的异同融入教学，又可以通过学生亲自动手将牛奶制作为酸奶、奶皮子、奶豆腐的过程融入教学，将微生物与生活的关系、物质状态的改变、物体的三态纳入到项目研究中。

(三)选题开展

STEM教育模式不仅强调把科学、技术、工程和数学知识进行融合，还特别强调将原本分散的各种学科通过重组成为一个全新的整体，可以帮助学习者摆脱只有一种学科知识系统的拘束，激励学习者运用跨学科来处理真实情境中的问题。本研究将STEM教育模式与教学过程进行如下结合：

1.采用项目式教学

STEM教育强调采用实验探究和工程设计为主的项目式教学模式。案例以真实的项目为驱动，需要学生借助多种可用资源来开展探究活动，在学习过程中进行跨领域的知识整合和思维整合，从而解决一系列问题链。在完成所有项目制作的过程中，培养了学生的语言表达、沟通协作、自主思考、科学实验、写作和绘画等能力。

2.强调情境性

STEM课程是基于建构主义理论的基础上进行设计，强调学习的主动建构、情境性和与社会生活的互动联系[5]。案例以学生熟知的“舌尖上的中国”节目中黄豆的不同奇妙的变身来引出蒙古族特色食物——牛奶的变身，以激发学生的学习兴趣，可以让学生主动积极的参与其中。

3.强调小组协作

STEM教育强调群体互帮互助、相互启发，所以在案例设计中，让学生以小组为单位进行探究，小组之间可以协作制作，在遇到困难的时候可以相互提出自己的观点，可以利用头脑风暴来解决问题，而且培养了学生的团结协作能力，懂得团队的重要性。

4.强调跨领域融合

案例通过牛奶的变身不仅将科学、工程、技术和数学四个领域进行融合，而且将小学科学课程中物质领域与生物领域中多个知识点进行融合，确保学生在真实、复杂的情境中探究解决问题。

5.注重产品的设计性

案例中通过观察、记录、尝试制作的过程逐步引导学生制作不同奶制品，在此过程中让学生体验产品的设计过程。通过分解的任务、解决问题的支架，逐渐帮助学生提高设计、制作产品的能力。

二、前期分析

(一)总体教学目标

结合《小学科学课程标准》中对科学课程总目标的描述，以及在设计STEM教学案例时对目标中科学知识和地区特色的融合，本教学设计方案的目标以知识目标、探究目标、态度目标为引领展开设计。各个维度的目标具体如下：

1.知识目标

知识目标主要呈现本STEM教学案例中融入了小学科学课程标准中1-2年级所对应的教学内容，如表1所示。

表1 知识目标

2.探究目标

根据课程标准对科学探究目标的描述，针对5-6年级的学生在这一学段应该达到的水平，将核心目标放在“学生自主完成探究任务”。整个探究过程体现在教学活动的各个环节。在本案例中各个探究环节学生应能达到的标准如表2所示。

表2 探究目标

3.态度目标

这里的态度目标既包括科学态度，也包括传承和弘扬民族文化的目标。在本案例中体现在下面两个方面。(见表3)

表3 态度目标

(二)学习者特征分析

本研究针对的学习者为小学1-2年级的学生，由于学生年龄小,无意注意占优势,注意力不稳定,容易分心,不善于调节和控制自己的注意力，因此教师需要鼓励和引导学生进行学习，用丰富多彩的教学内容和生动灵活的教学方法来调动学生思维的积极性和对知识的求知欲。

(三)教学内容分析

小学科学课程内容包含物质科学领域、生命科学领域、地球与宇宙科学领域、技术与工程领域这四个领域。本研究将小学科学课程单元结构进行重构，内容主要选自生命科学领域中生命的延续、生物与环境的关系以及物质科学领域中的物质的状态。以蒙古族特色食物——牛奶的变身将这些内容进行跨领域融合，在学生熟悉且真实的情境中培养和提高科学素养。

三、教学过程设计

教学过程的设计充分依据了建构主义学习理论、“做中学”理论、探究性学习、基于项目式的教学模式等。根据教学目标、教学内容、学习者的基本特征，将本节课的教学活动设计如图1。

图1 教学活动流程

(一)创设情境

呼伦贝尔作为中国三大黄金奶源之一，盛产纯天然牛奶。牛奶除了可以制作蒙古族日常的奶茶外，还可以变身为具有蒙古族特色的奶酪、奶皮子、奶豆腐、奶渣子、酸奶等等奶制品。

设计意图：本环节主要目的是创设真实的生活情境，激发学生的学习兴趣。建构主义教学观强调学习的主动性、社会性和情境性，不能无视学习者的已有知识经验，其中持文化历史观的建构主义学者维果斯基特别强调，在人的发展过程中社会文化历史的作用，因此在本环节创设呼伦贝尔地区特色食物奶制品情境，是置于学生的已有经验和社会文化背景之下的。

(二)明确任务

提出与本主题相关的问题：

1.奶牛妈妈随时都可以产奶吗？奶牛宝宝是怎么出生的？

2.牛奶是如何变身为我们日常中的酸奶、奶皮子、奶豆腐的？

设计意图：基于问题学习认为，好的问题都是来自现实生活中的问题，问题一般要与实际生活相关联，让学生觉得所要解决的问题就是自己身边的现实问题，自己与这些问题有一定的关系。因此本环节在明确任务时，都是从学生的现实生活中提出的。

(三)自主探究

1.学生探究牛奶的来源

通过查阅资料、访谈家长、实地考察等方式探究奶牛妈妈是否随时都可以产奶，并填写表4。

表4 观察记录文档

2.胎生和卵生的区别

教师呈现鸡宝宝、鸟宝宝、牛宝宝、羊宝宝等动物的出生方式，提出胎生、卵生的概念，学生通过观察、讨论等对比二者不同填写表5。

表5 观察记录文档

3.比较牛宝宝和牛妈妈的异同

教师呈现图片，引导学生比较牛宝宝和牛妈妈的异同填写表6。

表6 观察记录文档

4.说一说猛犸与当今哪种动物相像，有哪些异同。

参观扎拉诺尔猛犸公园，观察猛犸象化石的形态，填写表7。

表7 对比文档

(四)动手制作

1.学生与家长一起动手制作。使用1斤牛奶，用最简便的方法制作酸奶、奶皮子、奶豆腐任意一种或几种，体验传统制作过程；2.记录物体状态的变化、物体重量的变化、需要的温度、时间；3.小组讨论牛奶重量变化的原因和制作奶制品的基本步骤，填写表8。

表8 奶制品制作记录表

设计意图：本环节以问题和任务的形式让学生探究完成，通过相关表格的填写引导探究。

第一，本环节的教学活动融合了本课的教学知识目标、探究目标和态度目标，包含明确的教学内容，即小学科学课程标准中物质科学领域内容和生命科学领域内容。

第二，该课题能够将科学、技术、工程、数学有机结合起来，如下表9所示。

表9 STEM 目标表

第三，学生独立提出假设、设计验证假设的方案，验证假设的机会。学生能够根据教师提供的表格在制作奶制品过程中发现牛奶的质量有变化，从而根据实际情况提出牛奶质量变化的原因的假设，独立设计验证假设的方案，并根据方案验证假设，在此过程中学生的探究能力得到培养。

第四，学习结束时，有明确而具体的成果展示。

第五，在整个探究和协作的过程中，教师既给学生提供必要的引导，如让学生记录由牛奶制作成奶制品后质量的改变，同时又给学生独立探索的机会，让学生自己发现问题、分析问题、解决问题。

第六，在整个过程中，既有个人独立探索又有小组协作学习，既培养了独立探索的能力，又促进了学习者相互交流、讨论、协商，共同进行意义的建构。

第七，教师给学生提供了显性的行为建模和隐形的认知过程建模支持。包括教师给学生提出了每个探究活动应该完成的内容，并提供相应表格，让学生明确在每一个学习活动阶段应该进行哪些活动以及如何完成这些活动；教师在整个过程中起着重要的引导作用。

第八，整个活动很好地采用支架式教学策略为学生搭建支架。通过分任务的形式使学生沿着教师搭建的“支架”逐步攀升，从而完成对复杂知识的意义建构。

(五)展示交流

按照表10汇报。

表10 汇报主要内容表

设计意图：本环节采用展示交流的方式，将学生自主探究和小组学习的结果加以呈现：一方面可以实现知识领域的目标，包括物质状态变化的原因，酸奶中益生菌与生活的关系等；另一方面通过交流，学生可以共享每个小组在提出假设、验证假设过程中有益的做法，互相学习，从而提升学生发现问题、分析问题、解决问题和创新的能力，对提升学生的科学能力和科学态度有非常积极的意义。