统合的力量：建设STEM版的“实践科学”

摘 要：STEM教育理念引领小学科学教育不仅能够提高教学的效率，还能让学生更好地学习其他学科。文章从坚持学生立场、运行跨界思维、设计问题引领、注重探究过程四个方面阐述了在STEM教育背景下，以小学科学课程为载体，用STEM理念引导小学科学教学，联系生活实际，丰富课堂，实现学生的深度、创造学习，从而提高学生的综合能力和科学素养。

关键词：STEM教育;小学科学;教学实践

中图分类号：G623.6 文献标识码：A 文章编号：2095-624X（2021）11-0033-02

一、STEM 教育形成的背景

STEM是科学、技术、工程、数学的英文首字母缩写。它是科学、技术、工程和数学深度整合的教育。其中，科学在于认识、解释自然界的客观规律; 技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、解决遇到的问题;数学是技术与工程学科的基础工具。STEM 教育理念注重学生的思维能力、操作能力培养，注重让学生通过自己已经学到的知识进行科学真理探索。

二、基于STEM教育理念，打造新型科学课

当今社会，科学、技术、工程、数学等各个领域密切联系了起来，我们面对的问题，也不再是单一学科的问题，而是综合性问题。每个教师都教学自己的学科，但对于学生来说，却要学习不同的学科。学科之间是互相有联系的，有许多交叉的知识。 STEM 教育就特别提倡发展孩子的个性，也推崇不同学科的整合，提倡让学生实现可持续发展。由此可见，STEM教育与我们的小学科学教育追求的目标是一致的。下面从四个方面说说如何用STEM教育理念引领我们的科学课。

（一）坚持学生的立场，建设属于儿童的真性课堂

学生作为学习的主体，教育工作者只有站在学生的立场，设计符合学生现实需要的学习任务，才能促进学生深度学习。作为教师，必须从学生的角度去思考：学生喜欢什么样的科学课？怎样的设计是最符合学生年龄特点的？什么样的实验材料是適合学生的？

我们可以从众多的活动中筛选适合学生探究的活动主题，把一些教育的内容游戏化、趣味化，把需要孩子探索的知识融入活动中。在活动一开始，我们就给学生自主的权利：让学生自由组合，选择志同道合的小组成员;各抒己见，选择所需探究的方向;扬长避短，选择适合本小组探究的感兴趣的问题;各取所需，选择探究所需的材料……允许学生在活动中犯错误，把学生的错误也看作重要的教学资源。正因为只有站在学生的立场，充分给予学生选择的自由，才会激发学生的活动热情，取得最佳的活动效果。

（二）运行跨界思维，建设具有统合力量的大结构课堂

小学科学课往往从学校周围的自然环境以及身边的各种材料入手，开展适合学生的科学实验，培养学生综合解决问题的能力和创新能力。我们在开展科学教学时，就可以以科学实验为立足点，融入与实验相关的数学、工程和技术知识，从而帮助学生建立起系统性的研究思想。

苏教版小学五年级《科学》下册有《形状与结构》这一单元。其中，《建桥梁》一课中有不少的探究活动，有一个是有关比较不同类型桥梁的承受力的活动。教材预设的活动只是比不同桥梁的承受力，对于怎样建造比较理想的桥梁并没有涉及。教师运用STEM 教育思想可以这样设计：第一，先让学生针对学习内容在小组讨论，提出问题，并进行假设;第二，分小组设计实验方案，并对小组的假设进行验证;第三，在小组验证时渗透有关工程、技术和数学方面的知识;第四，根据小组成员讨论的设计图搭建出自己小组的独特桥梁，并按要求测试桥梁的承受力，分析记录得到的数据，从而得出结论，形成研究报告。

还是这一单元的内容，《建高塔》这一内容却是探究不同结构建筑材料的特点。我们可以围绕如何使结构更加稳固这一活动来开展教学。这个活动包含了设计与技术，使结构稳定这一要求既要学生掌握一定的科学知识，知道其中的科学原理，又要学生掌握工程设计和操作技术的知识。首先，学生可以先通过探究不同图形（如三角形、平行四边形、正方形等）的特点，了解有关结构的对称性和稳定性，通过动手构造认识到三角形是一种稳定的结构。其次，学生通过尝试加固立方体，理解结构的稳固性与结构的形状，再通过不同材质材料的比较，寻找到最合适的材质。最后，学生通过设计和搭建建筑，探索建筑物的稳固性与哪些因素有关。这样加入STEM的探究活动，不仅有助于学生对几何形状的有关数学知识的了解，还有助于学生学习到工程方面关于结构材质、连接方式等知识。这样的活动并不是简单地将科学与工程、技术、数学组合叠加，而是把一些小知识转变成探究世界相互联系的不同侧面。

（三）设计引领性问题，建设有思维张力的科学课程

学习科学就是为了解决实际生活中的问题。一个好的问题，经过设计开发，可以丰富成为STEM科学活动，促进学生创新。教师在教学时可以利用学生在生活中遇到的问题来激发学生探究的兴趣，帮助学生像科学家一样思考问题，像工程师一样解决问题。

如在教学苏教版小学四年级《科学》上册第一单元第一课《空气的性质》时，教师可以通过这样一个问题导入：两个水瓶中各套有一个气球，在其中一瓶子底部扎一个小孔，若对着瓶口吹这两个气球，会出现什么现象？通过实际的操作，学生发现有小孔瓶子里的气球是能吹大的。学生对这一问题进行了讨论，得出结论：瓶子里有空气，空气也占据了空间，所以没孔瓶子里的气球吹不大，往有小孔瓶子里的气球吹气时可以把瓶子里的空气挤出来，这样就腾出了瓶子内的空间，气球就吹大了。

如果我们这样设计的话，就会发现学生的注意力主要还是集中于对科学概念的认识与解释，并没有真正让学生的能力得到提高。STEM科学活动更注重解决活动过程中所产生的问题，针对这样的特点，我们可以对这一活动进行适当的改动。

首先，请学生对着没有钻孔的套有气球的瓶口吹，并猜一猜可能是什么原因造成气球吹不大的。学生由此展开讨论，提出自己的想法：吹气球的力气不够大;瓶内的气球是不是坏的;吹的时候嘴巴漏气了;瓶中有气体，压住了气球让它吹不大……

其次，在学生讨论的基础上提出新任务：有没有办法能将瓶内的气球吹大？这样的活动设计符合学生的学情需要，也让学习任务更具挑战性。学生会根据刚才的讨论，针对问题出现的可能原因找到解决问题的办法，从而提高学生解决问题的能力（见表1）。

最后，趁热打铁，提出问题：瓶内的空气占据空间，能想办法把你们赶跑瓶中的气体这个过程让同学们真真切切地看到吗？集思广益，学生又提出了各种方案（见表2）。

这些问题可以有效增加学生思维的深度与广度，提高学生解决问题的能力，锻炼学生的动手技能，并有效把科学教学与STEM对接起来。

（四）注重探究过程，建设实践为主体的运行机制

STEM教育的一个重要特点是注重让学生通过实践去获得知识，学生常常依靠动手操作来认识、 理解世界。STEM的探究活动与一般的科学探究活动不同，师生在一堂课中可能无法得到一个合理、有效的结果，只能是与目标不断地靠近。

比如说，在五年级学生学完《电和磁》这一单元，认识了简单电路之后，教师就可以设计这样的活动——“让我的小房间更亮”（见表3）。

学生在实际的操作中要对自己的猜想设计方案不断修正调整以取得最优效果。如在操作中要注意调整变量做对比，每种方案要注意对比时只改变一个条件。这个活动中，学生不仅要把电的知识学以致用，还要用到光的知识。在调整过程中，又要不断地利用测量到的数据来帮助自己修改方案，这可以使学生各类能力得到发展。

再比如六年级的《吹泡泡》一课，学生通过对各种材料不断尝试，制造出多种有效的泡泡水。在这个调制的过程中，有对学生数学能力的培养（什么样的配比最合适），技术的要求（不同的搅拌方法，水温的高低，加入材料的先后顺序），这样的调配其实是对学生各种能力的培养。

STEM 教育理念為小学科学教学提供了新的方向，它不同于以往的以知识传授为主的教学，是一种综合多个领域的应用型教育。我们可以以小学科学课程为载体，为学生提供认识世界的机会。通过多个领域知识和技能的学习，使学生学习的零碎知识，变成相互联系、统一的整体，开阔学生的视野， 带领学生用科学、技术、工程、数学等多种色彩织出绚丽的画卷。

[参考文献]

[1]叶兆宁，杨元魁.集成式STEM教育：破解综合能力培养难题[J].人民教育，2015（9）：62-66.

[2]余胜泉，胡 翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015（17）：17-18.

作者简介：黄黎莉（1979— ），女，中小学一级教师，本科，研究方向：小学科学教学。