STEAM理念下小学中段科学探究活动设计

管淑琦 曾垂剑 马明宇 彭丽

摘要：我国的课堂教学体系长期以分科教学为主：学科科目过多、学科之间联系较少，缺乏有效整合。从学生的表现上看，主要体现：综合实践能力较弱、自主探究能力较弱、科学学习习惯不规范等等。为改变当前的教育现状，我国的教育学者把目光放到提倡跨学科的STEAM教育理念上。引导学生在具体情境中发现问题，采用科学严谨的方法，结合以学的学科知识和基本技能，一步步探寻问题答案。目前，许多教育大国已经把STEAM理念融入自身的教学体系中，而我国对此的研究和实践仍处于较低水平、接受过相关专业培训的教师缺乏，鲜有优秀的教学案例出现。如何把STEAM理念运用到实际的教学过程当中，走出一条适合STEAM发展的道路，促成学生的全面发展。

关键词：STEAM理念;小学科学;探究活动

一、绪论

（一）研究背景

1.义务教育科学课程标准

教育部于2017年发布了新修订的《义务教育小学科学课程标准》中倡导“多以探究式学习为主的多样化学习，突出创设学习环境，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”，这与STEAM理念的总体方向不谋而合。

在做中学和学中思的理念指导下，政府出台了一系列文件，帮扶STEAM理念在我国的发展。如《中国教育现代化2035》中提到：“要强化学生实践，加强动手能力、合作能力、创新能力的培养，增强综合素质，培养创新精神和实践能力”;教育部在《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》强调：“应有效利用信息技术推进“众创空间”建设，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式在我国的发展之路。”

2.STEAM理念的发展

STEM课程是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、和数学（Mathematics）四门学科英文首字母的简称[1]，是一门指向真实世界问题解决的多学科融合的综合性课程[1]。

随着课程改革的不断深入和发展，在STEM理念的基础上又加入了A（Arts），A不仅仅代表艺术，更是促进多学科融合的一种有效手段。在STEM理念的基础上发展形成的STEAM理念为小学科学课程提供了理论指导，小学科学课程探究式、项目式的开展方式为STEAM教育也在小学的实施提供了合适的载体[3]。

（二）研究目的

我国小学中段学生主要表现为综合素质能力不强、探究意识较弱，若将STEAM理念运用到中段小学科学课程当中，能促进知识跨学科融合、学生综合素质发展。但我国对STEAM理念的研究相对来说起步较晚，政府上缺乏纲领性文件指导，专业人才匮乏，鲜有优秀课例出现。

（三）研究意义

长期以来，我国的课程体系都以分科教学为主，以灌输式为主的教学模式导致学生综合实践能力较弱，自主探究能力不足，学科科目过多、学科之间缺乏有效整合的现象较为严重[2]。而诞生于美国的STEAM理念倡导的是多学科融合的模式，旨在培养学生的创新意识、综合运用能力，有望改善我国当前的教育现况。但是现阶段我国对STEAM理念的研究应用还不够深入，实践探索方面仍不够成熟，需要我国的教育学者们不断地探索与尝试。

中段学生处于各项能力发展的关键期，注意力稳定性增强，由无意识记逐渐向有意识记转变，由形象思维逐渐向抽象思维。在科学探究方面，科学教学以观察类实验为主，认识局限于事物表面，很少能抓住本质，自主实验能力较差，实践经历较少，在这样的教育环境下，学生的综合能力很难得到发展。

（四）研究内容

在本研究中，笔者对STEAM理念的起源与发展、国内外STEAM理念在国内外的现况进行了梳理，通过自己的归纳，尝试总结出个人对STEAM理念的理解，并针对小学中段学生的学情和身心特点以及我国小学科学课程的现有体系和模式进行整改，促进“验证性活动”的自然课程向“探究性活动”的科学课程发展。取消对教师演示、学生实验设计的严格程序，教材规定的实验工具和方法，而是提倡学生通过自己的感官对自然界事物进行接触，形成独有的认知[3]。

（五）研究方法

1.文献研究法

文獻法是按照一定的研究方向和目的，对相关的文献资料进行搜索、阅读、梳理、鉴别，最后归纳、整理，为后续的研究起到参考作用。笔者通过中国知网以及教育部官网等平台，整理出了STEAM理念、小学中段科学课堂现况以及科学探究活动设计相关的资料，为我国基于STEAM理念设计小学中段科学探究活动奠定基础。

2.访谈法

访谈法是与研究对象进行口头交谈来收集有关的信息资料的方法，研究性交谈。本研究中通过电话访谈的形式对小学中段的学生进行科学探究活动了解程度访谈，在完成了“明确访谈目的、形式、对象、时间与地点”等一系列前期工作的基础上，对学生从科学学习、学生探究、学习环境、科学品质等多个方面进行访谈，并对访谈结果做了分析与总结。

二、STEAM研究现况

（一）国外STEAM教育理念发展现状

1.美国的STEAM教育

1957年11月，前苏联成功发射了第一颗人造卫星，美国朝野振动。随即美国国内掀起了大规模的反思潮流，青少年的自然科学、数学、现代外语教育及科技训练逐渐受到人们的重视[4]。不少美国教育学者、哲学家纷纷组织开展改革运动促进了STEM理念在美国得到初步发展。奥巴马上台后，美国的STEM教育进入了平稳发展阶段[5]，优STEM课程与教学活动案例纷纷涌现。

2.德国的STEAM教育

德国的STEAM教育又称MINT，即数学、信息学、自然科学和技术。德国政府报告中提出“需要用MINT教育弥补高端劳动力缺乏的缺陷”[6]的观点。认为专业技术人才的创造力是解决当前科技发展中遇到的关键问题以及迎接未来挑战的核心[7]。

3.小结

综上所示，STEAM起源于美国，发展与全球[8]。但各国对于在探索和引进STEAM教育的过程中，都有各自不同的侧重点，也都根据自身国情进行了内化，并得到了一定的发展。

（二）我国STEAM教育理念发展现状

我国对于STEAM教育的研究，主要包含STEAM教育的战略部署和关于STEAM教育报告的述评，以及世界各国的STEAM教育比较研究等等[13]，主要集中于对理念的引进介绍和初步实践，研究和应用仍不够深入，主要表现在以下几个方面：

1.STEAM理念专业培训不足

分科教学一直是我国中小学课程与教学的主流，很难要求转变观念教师们主张多学科的教育理念并加以设计实施时，并完成相应的课程开发与实施[9]。如果无法真正理解STEAM教育在学生发展核心素养培养中的促进作用，也无法与国家必修课程融合拓展，促进学生科学类课程的学习，提升学生创新应用能力。

2.我国对STEAM的研究不够深入

本土开发的STEAM课程尚未成熟，鲜有优秀的课例出现。很大程度上与我国的师资水平有关系。现阶段我国严重缺乏接受过STEAM理念培养的的专业教师，学校组织现有一线教师参与相关的培训较少，政府对这此的重视度不足。

3.STEAM 课程开发能力不足

国内目前开发的STEAM课程虽多不精，且课程之间的连续较少，课程体系尚未完善。部分由美国引入的优秀课程未必能在我国得到良好的发展。

4.缺乏纲领性文件指导

我国目前与STEAM相关的政策非常有限，相关法律基本空白。如果没有纲领性的文件作为指导，健康、有序的教育制度环境很难形成。

5.小结

与其他国家相比，我国在STEAM教育方面的发展相对缓慢，政府的导向型不够明确、专业的研究人员匮乏、优秀的STEAM课例较少。

三、科学探究活动研究现况

（一）国外科学探究活动发展现况

自20世纪60年代开始，国外科学教育研究者不断对探究式教学的相关理论和实践活动进行分析研究[10]。美国于1996年颁布的《国家科学课程标准》要求加大探究式学习的力度;1999年日本在《学习指导要领中》增加了“综合学习”单元。另外，Elton Szeto基于探究式教学理念，通过考察发现教师在同步教学中扮演引导者的角色，其作用高于学习者的自我认知和社会知识[11]。

（二）我国科学探究活动发展现况

1980年，兰本达出版了《小学科学教育的“探究一研讨”教学法》一书，随后来到中国成立了一个探究式教学讲习班，促使探究式教学开始在国内发展，为后期我国基础教育的改革奠定了基础。

现有研究表明，国内研究人员对探究学习进行的研究较为透彻，且仍在进一步深入，教师在小学科学教学过程中已意识到探究的重要性，但对科学探究的概念理解还不够透彻，只浮于形式，缺少深刻的钻研;教师在探究课程教学中专业技能欠缺[12]，大部分教学计划操作性不强;科学探究与原有知识体系还未做到有效融合[13]。

四、小学中段学生科学探究活动设计

（一）探究活动总体概述

包子是我们生活当中常见的面食，主要通过用面将馅包起来的。馅料一般有很多种，有素馅或是肉馅的;制作包子的手法不一。发面的好坏直接决定了包子的口感。

本活动带领学生自行探究、设计并完成包子的制作。项目主题为“包子DIY”。旨在引导学生探究发面的影响因素，感受自主设计发面保温箱的过程，给予学生DIY包子的空间。项目共安排6课时，由“和面秘籍”“发酵保温箱”“包子市集”三个项目组成。

（二）探究活动的目标确定

中段学生的对身边的科学现象兴趣浓厚，课堂教学主要以观察类实验为主，缺乏实践探究的经历，探究方法单一。开展以自主探究、动手实践、设计美化为主要特征的科学探究活动，培养学生的问题解决能力、逻辑思维能力、自主实践能力。

在设计探究活动的过程当中，始终注重学生科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、藝术（Arts）和数学（Mathematics）五个方面的发展。

1.科学方面

了解面粉具有吸水性、探究和面的最佳食材比例;理解酵母菌可以发酵并促使淀粉转变为葡萄糖和二氧化碳的过程，探究酵母菌发酵的最佳发酵温度。

2.技术方面

掌握和面的动作要领，将面粉、水、酵母和白糖均匀混合，直至揉成光滑面团;对比不同的保温材料，选择制作发酵保温箱的最佳材料，并领悟材料的保温原理。

3.工程方面

采用合作形式揉面，将酵母液少量多次的加入到面粉当中，并不断地搅拌直至揉成一个光滑面团;进行简单的材料加工，完成保温箱的整体制作、功能调试;制作完之后，向身边的老师同学进行销售，换取丰厚的报酬。

4.艺术方面

在不影响保温效果的情况下，能将保温箱外形进行美化加工;使用不同颜色的面团进行装饰点缀，设计出好看又新颖的包子，培养学生创造美和感受美的能力。

5.数学方面

学会使用食物称称量食材;通过体温计来控制温度的范围;估量一个包子所需的面团的合适大小以及馅料用量。

（三）探究活动的流程设计

探究活动的进行被大体分为了三个部分，且每个部分都有设计完整步骤。以制作精美包子为最终目标，按照包子的加工顺序将活动串联，不断发现问题并进行探究，分析比较找到最佳方案。

1.情境导入

用生活中常见的包子作为导入，激发学生说出原有对包子的认知，再出示和面不成功、发面不成功的现象来矛盾冲突，进而激发学生进行科学探究的兴趣。

2.发现问题

通过一些不成功的案例当中引发思考，让学生提出问题，并针对问题进行研究。同时，培养学生查阅资料的习惯，在了解了相关知识的基础之上在进行探究，提高学生学习的效率。

3.科學探究

利用小组合作、控制变量的方法，围绕“怎么样的配比和面最合适？”“什么环境发酵效果最好？”“如何设计一款独一无二的包子？”进行探究。在探究过程中，学生能养成良好的科学习惯、使用正确的科学语言表达、做到像科学家一样思考，向工程师一样解决问题。

4.结果分析

教师按照一定的评价标准，对学生的行为做出反馈和评价，及时纠正学生的不规范行为，确保下一项活动的有序进行。教师应组织形式多样的学生成果展示，既是对学生劳动成果的肯定，又能促进相互之间的共同交流，相互借鉴，相互学习。

五、小结

在科教兴国的教育背景下，我国的科学技术迅猛发展，同时教育理念也在不断变革。小学的科学素质教育承担着国家科教兴国发展的重任，将STEAM理念融入小学科学课程体系也是改革的核心内容。我们应当大胆尝试，结合当前小学科学课程的特点，倡导探究式学习，激发学习兴趣，不断提高学生的科学综合素养。

参考文献：

[1]教育部教育管理信息中心.中国STEAM教育发展报告[M].北京：科学出版社，2018：97.

[2]王健博乐.基于STEAM理念的小学科学课程项目式活动设计与应用研究[D].吉林：东北师范大学，2019.

[3]赵月.STEM理念下小学科学项目式活动的设计与实践研究[D].河北：河北大学，2018.

[4]教育部教育管理信息中心.中国STEAM教育发展报告[M].北京：科学出版社，2018：32-33.

[5]教育部教育管理信息中心.中国STEAM教育发展报告[M].北京：科学出版社，2018：34.

[6][8]党海燕.基于STEAM项目学习理念的小学科学探究活动的教学设计与实践[D].江西：江西师范大学，2021.

[7]中华人名共和国教育部教育管理信息中心.中国STEAM教育发展报告[M].北京：科学出版社，2018：39.

[9]中华人名共和国教育部教育管理信息中心.中国STEAM教育发展报告[M].北京：科学出版社，2018：39.

[10][12]陈金艳.物联网环境下基于核心素养的小学科学探究活动设计研究[D].江苏：江南大学，2020.

[11]Elton Szeto.Commnity of Inquiry as An Instructional Apeproach： What Effects of Teaching，Social and Cognitive Presences Are There in Blended Synchronous Leaningand teaching[J].Computers & Education，2015.

[13]王呈.科学探究在小学科学教学中的运用[J].科学咨询（科技·管理），2019，（01）：138.

本文系2021年国家级大学生创新创业训练计划项目（同频日语——农村国际化教育弯道超车，项目编号：202111488043S）研究成果。