渗透STEM教育理念有效开展实验教学

刘昕 翟仙芝

科学实验是培养学生科学素养的有效途径之一。利用科学实验的特点，将安全有趣的科学实验引入科学课堂教学中，对学生进行科学教育，提升学生的科学素养，已成为科学教育发展的一大趋势。小学科学实验课既要让学生对科学产生兴趣，又要通过一次次的实验，提高他们运用所学知识解决实际问题的能力。合理设计科学实验，让学生对科学的兴趣源于积极的体验，这是进行科学教育的主要途径，也是科学实验教学准备的核心环节。

本文针对如何在平时的科学教学中合理地设计科学实验，借助实验教学培养学生的社会责任担当，发展学生的创新能力，切实提升学生的科学素养，进行了论述，希望能给一线科学老师提供一些帮助。

一、实验渗透STEM教育理念，培养学生社会责任感

科学实验为学生提供亲自探索科学世界奥秘的机会，在实验中渗透STSE教育理念，培养学生的社会责任与担当，使学生在实验中体会科学使人类生活更美好的真谛，让学生学科学、爱科学。STSE是由科学（Science）、技术（Technology）、社会（Social）、环境（Environment）的英文首字母组成，2017版《义务教育小学科学课程标准》对这一目标明确要求：从科学技术与日常生活的联系、科学技术与社会发展的联系、人类与自然和谐相处三个方面，在科学技术的研究与应用教学中要培养学生保护环境的意识和社会责任感。在实验教学中，老师适时设计节能环保小实验，以此提高学生对环境保护重要性的认识。如，在电路实验中，拓展介绍电的来源、日常生活中因为人们的不良习惯造成电能浪费的现象;在苏教版一年级下册“制作小水轮”实验中，老师介绍地球上淡水资源的有限，让学生明白水资源的宝贵，进而介绍水污染，让学生知道保护环境的重要性以及环境污染的严峻;增加水的净化演示实验，让学生体会科学的价值;在“认识矿物”的观察实验中，介绍新能源的开发与利用，使学生认识环境保护重要性，可以从源头上思考节能减排的方式。借助环保主题式实验，融合STEM目标，能够有效地培养学生的环保意识，潜移默化地培养学生的社会责任感。

二、结合技术、工程设计实验，发展学生创新能力

我国基础教育阶段的学生普遍存在动手能力、解决问题能力偏弱，创造性不足的问题，他们获得知识的途径比较单一，对于认识知识是怎样形成与如何归纳真实情境中知识的能力与意识非常欠缺。许多研究与实践表明，STEM在培养学生上述能力方面有着无可替代的作用，通过STEM教育将学科融合的课程设计进日常教学中，结合项目式学习，为学生提供动手实践和体验式学习的途径与机会，让他们经历完整的科学探究过程，激发学生学习科学的热情。学生在明白所学知识的价值后，学习的兴趣与积极性会更高。因而创设真实情境，让学生解决情境中的问题，能够充分调动学生学习的主观能动性，将科学与技术工程紧密相连，在教学中增加模仿工程设计的过程，让学生真实体验各学科之间的关联性，促进他们学会从多种角度看待问题，培养他们的工程思維。

结合过程式教学，训练学生迁移、应用能力;通过介绍技术发明的实例，拓宽学生视野;打破学科界限，设置不同难度梯次的实验任务，发展学生思维与创新能力。如，在“探究空气成分的质量”实验中，设计“吹气球”竞技类小实验。此实验利用白醋和小苏打反应产生二氧化碳气体，随着反应的进行，二氧化碳气体量也逐渐增多，气球渐渐鼓起来，这是利用等质量的不同形态物质中气体体积最大的特点设计的实验。对于小学低学段学生而言，比较有吸引力。对于小学中高学段学生，则可以利用气体产生压力的特性，从能量的角度设计实验，如，制作气体小汽车、气体小火箭、气体潜艇等，这样的设计对小学中高学段的学生来说具有一定的挑战性，可以激发他们运用所学知识解决实际问题的动力。这样的设计不仅让学生知道气体是有体积的，也让学生直观感受气体有压强、能产生压力的事实，且这种压力可作为动力源。以生活中的真实情境为背景导入实验，能减少学生对解决问题产生的畏缩想法。与工程、技术相结合设计实验，更具挑战性。以项目任务形式布置给学生，让学生参与工程设计的完整过程，可以锻炼学生的工程思维，激发学生解决实际问题的探索欲，让学生在设计中有实物，即设计有成果，使学生有获得感和成就感。这对学生创新能力、迁移能力与解决实际问题能力的培养有很大的促进作用。

三、利用科学实验特点，引导学生深入探究

小学科学是一门以提升学生科学素养为目标的学科。很多精彩有趣的科学小实验的原理并不深奥，但如何借助实验现象，激发学生探究现象背后“秘密”的兴趣与动力是关键。因而，老师在安排实验时，需要注重实验用品的选取、实验过程的安排及实验成品的展示等，所以要为实验现象呈现方式的设计做准备。如，在苏教版小学科学六年级教材《变色花》一课中，可利用紫甘蓝指示剂遇酸碱变色的现象制作彩色面条;在模拟火山喷发实验中，选择醋和小苏打反应来模拟火山喷发现象;在颜色合成实验中，可利用层析法制作七色花伞;等。通过这种类似自然现象的动手模拟、再现演示或玩具制作，激起学生对科学世界的探索欲与求知欲，帮助他们建立相应的科学前概念，为今后科学学习打下基础。

四、重视学生实验能力培养，安排实验进阶教学

维果斯基的“最近发展区”理论提出：在教学中，老师需要关注学生现有能力与教学目标之间的差距，合理设计教学，使教学难度、进度与学生现有思维、能力相匹配，为学生学习搭“脚手架”，使他们的能力与思维得到较好的发展。科学实验教学更是如此，老师需要在了解学生前概念与现有思维层次、能力的基础上，对实验内容进行分层设计，合理设置学生动手实验操作进程，安排老师在实验过程中对学生的进阶引导。以苏教版小学科学三年级下册《声音的传播》一课为例，老师可以先用抽气泵演示声音在气体中的传播，再引导学生思考并演示声音在液体中的传播实验，最后让学生自己借助身边的固体物探究声音在固体中的传播实验。这样的实验教学从“学教材、学生做、老师引”三个方面设置实验进阶教学的内容，体现实验教学中“帮、扶、放”的进阶教学理念，不仅关注以往所重视的教材内容与学生探究能力的进阶实验安排，还可增加老师在实验中的进阶引导设计，这样的进阶实验教学更全面，也更完善。实验进阶教学也可渗透学生的生活，平时注意培养学生对实验现象的记录能力，布置科学日记的观察记录任务，如，月相日记、蚕宝宝成长日记、植物栽培日记等等，锻炼学生记录现象与语言组织能力。实验探究中可借助思维导图，帮助学生探究解决问题的步骤，让学生的思维通过思维导图呈现出来，使思维可视化，不仅让老师能更好地设计教学进阶提问引导，也能让学生对自己和同伴的思维进程有一定的认识与了解，促进学生思维得到多方面的提升与发展。

五、开发网络资源，关注空中衔接教育

科学现象在生活中随处可见，如，厨房中的醋和白酒相遇生成酯;糖融化后会粘手;红茶与柠檬汁混合后变色;苹果、香蕉去皮置于空气中很快变色;两个影子渐渐靠近时出现相互吸引的现象;等等。学生在最初接触这些现象时，他们心中会对这些现象产生强烈的好奇心与求知欲，因为缺少了解、探索现象背后奥秘的途径，好奇心与发问“为什么”会随着年龄的增长，越来越少地在他们身上表露出来。所以，充分利用网络资源为学生提供更多的学习机会与途径，培养学生的信息检索能力，使学生安全有效地接收科学实验知识，从多个角度找到解决问题的方法对小学生很重要。因而，为学生在学校、家庭与社会之间搭建空间衔接桥梁是十分必要的。可运用网络资源，借助空中学习，使他们随时随地查到生活中常见科学现象的权威解释，并提供简单的实验方案，让他们就地取材，亲自动手实验，满足好奇心与求知欲;也可以开展多种教育教学模式，如，开发仿真实验闯关小游戏、动画版科学实验世界的播放平台，将科学知识与儿童绘本相结合，进行寓教于乐的科学教学。以录制科学小故事的音频或微课等方式，系统设计不同年龄层学生的科学实验，让科学教育渗透生活各个方面，使学生科学素养得到切实的提升。

科学实验是小学科学教学的基础与重点，实验对发展学生的科学思维、科学素养和科学精神有着其他教学方法无法替代的作用，借助实验锻炼学生的实验能力，使学生掌握科学的实验方法，提升他们的创新精神，发展其科学素养并能有效地培养他们的社会责任担当。在科学教学中，老师要充分发挥实验在科学教学中的优势，借助实验调动学生学习科学的兴趣，促进他们探究意识与能力的形成，指导他们掌握信息检索的方法，以便在网络上快速安全地接收有效信息。

故此，教师可以从以上五个方面进行科学实验教学设计，从而提升学生的科学素养。

【本文是安徽省科研项目JK201030“STSE教育理念下小学科学‘技术与工程领域教学案例研究”成果之一。】