在科学课上渗透STEM教育

徐春

摘 要：跨学科、跨领域的STEM理念的引导，成为科学课堂的一个重要任务。我们要培养学生具有能利用科学课堂上获得的STEM思路，来解决生活中的实际问题所必需的科学思维能力。创造意识和创造力是人类智慧的重要组成部分之一，是科学素质的核心。STEM教学思路在小学科学课堂的尝试刻不容缓。

关键词：STEM教育; 小学科学; 创新思维

中图分类号：G623.6       文献标识码：A         文章编号：1006-3315（2021）9-031-002

今天的小学生将担负起新世纪科学技术创新的重任，面对未来科学技术的挑战和现代生活的要求。小学科学是培养学生科学素质的重要基础学科。创造意识和创造力是人类智慧的重要组成部分之一，是科学素质的核心。那么，如何在科学教学中培养学生的STEM意识呢？

一、体验活动，调动STEM意识

教学五年级下册《橡皮泥在水中的浮沉》时，老师提问：“看谁能把沉下去的橡皮泥浮到水面上来？”这个就是一个STEM任务、目标，调动了学生学习的内在动力，整个课堂的学习气氛顿时变得十分活跃。有个学生把橡皮泥捏成了薄片放在水面上，结果沉了下去。通过一次不成熟的尝试，学生打开了STEM思路，同组另一位学生从水里捞出薄片，把薄片的边缘往上卷着捏，边捏边说：“我捏成了小盒子，看你还沉不沉。”学生把捏成小盒子状的橡皮泥放在水里上，橡皮泥没有沉下去。这时组内的学生手舞足蹈地说：“成功了！成功了！”由此可以看出教师STEM任务、目标的引导，有利于调动学生学习的内在动力，激發他们的学习兴趣，并体验成功的愉快情感。这时学生的创造力就在实践之中悄悄地产生了，一些STEM意识也悄悄渗透到科学课堂中。

例如上了一堂《轮轴的秘密》科学实践课，让我们明确了STEM理念下的科学教学的基本教学方向。在这一课中，学生将探索一种简单机械——轮轴。学生主动推测了它的作用。是不是可以省力呢？设定一个STEM任务，怎么利用轮轴省更多的力？用实验的方法是研究解决问题的一个好途径。当在轮和轴上分别挂上不同数量的钩码并使之保持平衡时，学生会意识到轮比较省力。当他们讨论并对直径差别更大的轮轴进行测量后，学生会更肯定地认识到轮的大小对轮轴作用是有影响的，并对自己的生活经历进行整理，去找寻那些属于轮轴的机械。这个其实就是完成STEM探究任务的过程，学生对简单机械这方面的科学认知也得到了提高。同时，STEM的理念也贯彻了下去，常此以往，学生的科学思维、科学能力也会逐步提高。课堂上科学资源的有效整合，就是STEM的理念在科学课堂上的有效实施。

在学《电和磁》时，在课堂上重现丹麦科学家奥斯特发现有关电和磁的秘密的实验。学生模仿奥斯特实验，指南针的指针一头指北一头指南，当接通了电源的导线靠近它时，奥斯特突然看到一个现象……创造了STEM情境，问学生，想试一试吗？经过实验之后，他们对电磁现象及应用很感兴趣，我就因势利导告诉他们：这个实验是著名科学家曾经做过的。学生很意外，大科学家的实验我们小学生也能做？其实，这就是STEM思路的培养。这时，他们会明白小学科学实验不仅有趣，而且包含高深的中学物理知识，他们的科学精神就会激发。然后，不断思考，推出STEM任务，怎么运用这个现象？可以做个电磁铁，STEM任务，因运而生;STEM目标，顺势开展。以上的设计，学生的STEM意识充分地调动起来。

二、轻松游戏，发展STEM意识

如在学习四年级下册《生活中的静电现象》一课时，课前我准备了两个游戏。第一个游戏：会“飞”的鱼。第二个游戏“魔球表演”。上课时，先让学生用书把桌上的硬塑料板架空距桌面约2 厘米，下面放些较小而轻的彩色小纸鱼，用丝绸摩擦硬塑料板，彩色小纸鱼就会“活蹦乱跳”地飞上来。接着，我让学生将放在桌上的气球充进适量的气，把进气口扎紧，在毛衣上摩擦气球，用气球的摩擦处去接近头发，就把头发吸起来了，用气球的摩擦处去接触手背、鼻子、黑板等处，气球就能吸在这些物体上。学生看了既高兴又惊奇，这时候，教师可以让学生设计怎么来实现这个表演。然后让学生发展STEM思路，让他们在科学课堂上，沿着这个思路走。这种STEM思路，开始引导学生进一步用实验观察的方法去探究静电现象及其性质。然后根据STEM任务，完成利用静电现象，实现一下魔术表演STEM思维发展的好时机。最后让学生自己试一试，学生轻松的游戏，在游戏中不知不觉地发展了创造力，也发展了学生的STEM意识。

再如，在教学《电能和能量》一课前，要求学生观察一些家用电热器，认识它们的工作原理;留意一下电视机、录音机、电风扇等电器的散热装置;了解其它利用电能转化为热能原理工作的设备。当然，还有电能转化成光能的电器，电能转化成磁能的电器，电能转化成声能的电器等等。由于认识对象与学生的生活有着密切的关系，生成的STEM任务不会成为无源之水，无根之木。学生都能积极完成STEM任务，科学精神得到很大的拓展，延伸到了课外。上课时再让大家研究讨论，引导他们明白所有电器设备在通电时都会产生能量（热能、光能、磁能、声能等）。为了化解“能量会相互转化”这个难点，适时进行小实验，拿出自备的铁丝，反复的弯折铁丝的一个位置，然后用手摸一摸，会有什么发现？实验虽然简单，STEM其实也渗透其中，但是学生很感兴趣。“啊，热了。”“老师，铁丝发热了！”他们亲手做了，都有了共同的发现，非常兴奋。实际，铁丝弯折是个能量转化的典型例子，铁丝发热是弯折产生了热能。

一些很小的实验，激发了他们的科学精神，把整堂课的气氛调动了起来，也发展了学生的STEM思路。课后鼓励学生把学到的科学知识介绍给家长，协助家长共同探讨生活中遇到的科学问题、科学现象，又把STEM的培养进入家庭，让家长也体会一把科学的魅力。学习这些STEM科学课，同学们都感慨地说：“科学真有用啊！”

三、趣味故事，诱发STEM意识

如讲四年级上册《声音是怎样产生的》这一课时，我先播放一个故事：古代，洛阳有一个和尚，他的房间里有一个磬，常常自动发出响声。和尚以为妖精作怪，就请了不少法师驱妖，可不见成效，和尚又急又怕，竟吓出病来。他的老朋友曹绍夔听说他病了，前来探望，向他询问病因病情，正巧这时外面敲钟，磬也跟着发音。曹明白了这里边的秘密，就跟和尚开玩笑说：“明天你请客，我给你除妖。”转天曹吃过酒饭之后，从怀中抽出一把铿刀，把磬铿去了几处，从此，磬果然不再自动发音了。和尚不懂其中奥秘，就向老朋友请教，曹说：“这是因为磬的音律跟外面钟的音律相同，钟一响，磬就与它共鸣。”一席话解开了和尚的疑惑，和尚的病也好了。接着我问大家这是什么科学现象？大家说是共振现象。然后我幻灯出示问题：他的做法给了我们什么启示？古人是消除共振，我们的STEM任务是制作“共振”，让学生思考、回答设计、制作，学生、教师评价。这样，打开了学生STEM思维的闸门，学生学得有趣。STEM的意识培养，也从“要我学”转化成“我要学”，提高了学生学习的积极性和自觉性。教学中完全可以在不经意间通过巧妙的设计加以诱发STEM意识。

在学到“平面镜”时，向学生讲科学家阿基米德小时候的故事。他巧妙利用镜子的反光作用，致使海盗的船帆着火，赶走了凶残的海盗。让学生当当阿基米德，应用STEM的教学目标，让学生设计制作阿基米德的“镜子”。原理很简单，操作也并不困难，STEM的实现也顺理成章。让4-5名学生各拿一片小镜片，然后依次把反射的太阳光集中到共同的点上，学生会发现，当只有一片小镜片时，反光并不是很亮。但是当很多小镜片集中在一起，反光就增亮了很多。以此类推，阿基米德让成千上万的镜子反光集中在一起，真的会把海盗船的帆烧着。这样的故事，小学生也能讲出很多。通过它们启发学生感受到科学的伟大力量，激发了他们的科学精神，小小的STEM任务，完成了伟大的科学家的任务，学生很有成就感。STEM目标也能很好的科学课堂上达成。

试想，如果我们的学生相信学好科学有利于接受更高层次的中学学习，科学精神是真正有用的，科学具有无穷的力量，科学教师在教学中有意识地渗透“科学技术是第一生产力，是人类文明的支柱”的理念，结合日常教学培养学生的STEM理念，使学生明白：人类的未来都离不开科技的发展，科学的STEM理念必须从小培养。那么，他们在今后的科学学习中会激发出更多的科学精神。科学的教学也是成功的STEM教学。我们的STEM目标也将会真正的卓有成效。

四、设置障碍，激发STEM意识

如教学四年级上册《听听声音》一课时，教师让学生回忆听到的声音，紧接着提出“这些声音有什么不同”的疑问，并要求学生自己设计实验进行探究，激起学生探索声音不同秘密的强烈愿望。布置了这个STEM任务，教师提供一些可以制造声音的材料，学生们有的用铅笔敲长铁管、有的敲短铁管、有的用文具盒箍上皮筋拨动、有的吹口琴、有的往瓶子里倒水……学生陶醉在拨、弹、吹、倒等自由探究的STEM活动中，使他们在自由探究中，享受着发现的快乐。通过一系列实验探究，使学生在各自的思想水平上，形成了“声音有强弱（音量大小）、高低（声调高低）不同”、“有悦耳和嘈杂之分”的概念，然后，因势利导进行小乐器的制作，激发了学生对声音秘密的STEM探索意识，学生的创造力也被教师激发，从而解除了疑难。STEM理念的渗透水到渠成。

贝尔纳曾经作过精彩的描绘：“我们已经看清科学既是我们时代的物质和经济生活的不可分割的一部分，又是指引和推动这种生活前进的思想的不可分割的一部分。科学为我们提供了满足我们的物质需要的手段。……它使我们对未经探索的未来的可能性抱有合理的希望，它给我们一种鼓舞力量。这种力量正慢慢地但却稳稳当当地变成左右现代思想和活动的主要动力。”科学课不仅是知识的教学，更是一种思想，一种力量，一种动力。所以，激发STEM意识，尤为重要。

教科版五年级下《人类认识地球及其运动的历史》的教学中，我在导入新课环节时提问：“2008年5月12日在中国大地上发生了怎样一件大事？”生答：“汶川地震。”接着我们一起体验四川地震的情境，播放“汶川地震”的视频。屏幕上画面地震袭来的时候，我们人类是如此的无助、渺小。观影后我又开始互动：我们可以通过科学课的知识来解释地震的起因，谁来回答这个问題？生答：“由于地球的内部运动。”引出课题《人类认识地球及其运动的历史》。地震是地球内部运动造成的，上学期我们已经学习过，今天我们再进一步来研究整个地球以宇宙空间为背景的运动。希望在座的同学通过上学期和这堂课，以及今后更高层次的学习，甚至将来有可能改变我们面对类似汶川地震这样的自然灾害时的无助，这个宏伟的STEM任务，也许要我们的学生一生来努力，科学课堂上无法一下子完成的，但是，伟大目标、伟大蓝图、伟大理想的树立，对学生未来的发展至关重要。

正如丹皮尔所说：“只有心胸开阔了，才有可能建立科学，假如没有他们，具有科学头脑的人就很难摆脱神学成见对学术的束缚。”STEM意识在科学课堂的作用毋庸置疑，可以让我们的学生走的更远、走的更高、走的更深。

在“光”的单元，我讲到“凸透镜”时，给同学们讲了一个故事：一个叫克劳伯尼的物理学博士曾同一批旅行家被困在了孤岛上，在找不到任何取火工具的情况下，他没有绝望，也没有祈求神。他具有科学精神，利用他的科学头脑把冰打磨成凸透镜，利用其聚光作用，在太阳下取到了火，终于摆脱了受冻、挨饿、丧命的危险。然后，这个STEM任务让学生试一试，他们的科学精神就被激发了，这时趣味性更大。凸透镜下的聚光点真的点燃了纸片，这时，学生明白了具有科学精神的人真是力量无穷，实际上STEM意的培养也在这一环节的教学中不知不觉的完成了。最后告诉他们，我们的祖先早在一千六百多年前就发现了用冰取火的方法。这时，学生的科学精神会伴随着STEM意识共同成长起来。

善于动手是人类智慧的结晶，是创造能力的表现，STEM也并不神秘，小小的课堂设计思路的改变，就能引领学生的STEM理念，跨学科、跨领域的进行科学探索，丰富学生科学体验，拓展学生科学思维。我们在科学课堂上要制造科学探索的时机并且创造STEM的环境和条件，充分让学生动手，学生才能在实践活动中，特别是创造性活动中，增强STEM意识。从STEM的过程中发展学生的科学思维、科学能力，从而提高他们的科学素质。转变观念，运用STEM教学方法，让学生能够解决生活中、社会上的科学问题，为迎接未来的挑战打下坚实的基础。