立足“儿童视角”开发乡村小学STEM科学课程

李凤

摘 要：在小学科学教学中，建构、创造STEM课程，能有效地激发学生的创新思维，提升学生的科学学习力。立足于“儿童视角”，开发乡村小学STEM课程，要从“无设计”转向“再设计”、从“粗设计”走向“精设计”、从“约设计”到“越设计”。着眼于乡村小学实际，用心开发STEM科学课程，能提升学生的科学思维力、探究力和实践力，发展学生的科学核心素养、综合素养等。

关键词：小学科学;儿童视角;STEM课程;课程开发;乡村小学

所谓“STEM课程”，是指“融合了Science （科学）、Technology （技术）、Engineering （工程）和Mathematics （数学）四门学科元素、基因等在内的一种综合性、实践性课程”。在小学科学教学中，建构、创造STEM课程，能有效地激发学生的创新思维，培育学生合作精神，增强学生的问题分析、解决能力。作为教师，笔者在实践中立足于“儿童视角”，着眼于乡村小学实际，用心开发STEM科学课程。通过课程开发，提升学生的科学思维力、探究力和实践力，发展学生的科学核心素养、综合素养等。

一、聚焦学生兴趣，从“无设计”到“再设计”

科学教材中的相关内容，往往是比较单一的。为了开发具有综合性的STEM课程，教师应着眼于学生的学习兴趣，了解学生的学习需求，让科学课程开发从“无设计”走向“有设计”。在教学设计的过程中，教师应遵循技术领域的思想、工程领域的思想，着力引导学生“像科学家一样思考”“像技术员一样设计”“像工程员一样实践”，努力培育学生的STEM意识，提升学生的STEM能力，提升学生的STEM品质。

为了深化学生的STEM学习，开辟、拓展学生的学习时空，赋予学生学习权力，让学生想研究、敢研究、善研究、乐研究，可以将“再设计”“再创造”思想融入其中，引导学生用“迭代”思维方式去思考、探究、实践。以“做一个电动机”的教学为例，在STEM实践活动开展之前，首先让学生系统学习相关的科学知识，了解电磁相互作用的原理。其中主要是让学生了解“电磁铁的磁力”，包括磁力的大小、方向等方面的知识。在这个过程中，学生自主完成了“线圈”的制造，为制造“小电动机”奠定了坚实的基础。在实践活动之前，让学生带来现成的小电动机，引导学生认真研究了磁铁、转子（包括铁芯、线圈、换向器）、电刷等的作用。在此基础上，引导学生动手实践，用漆包线绕成了一个线圈，然后将线圈和相关的支架、磁铁、电池等组合起来，创造了一个“电动机”。在这样的STEM科学实践中，学生不是被动地、肤浅地操作，而是积极地动手做。STEM科学课程开发，不仅将科学知识融合起来，更让科学与技术、工程技术嫁接，从而让学生的科学学习插上了技术、工程的翅膀。STEM工程项目带给学生不断的惊喜、乐趣，不断提升学生的科学学习品质、品味，让学生的科学学习不断进阶。

从“无设计”到“有设计”，就是要开发学生的创新潜质，让学生自主设计、实践。从“有设计”到“再设计”，就是要让学生不断地对成品进行加工。在这个过程中，教师还要引导学生融入“返工”意识，就是要不断地引导学生对自己的综合性科学建构与创造进行审视。通过一次次的反思、设计，让学生发现技术上的失误以及不周全等。比如在上述“做一个小电动机”的过程中，有学生将铜棒插在滑轮上，将漆包线有序地绕在滑轮上，从而不断增强线圈的性能。在这个过程中，教师有效驱动，引导学生设计、制作、评价、再设计、再制作，从而助推学生科学学习不断进阶。

二、尊重科学理论，从“粗设计”走向“精设计”

STEM科学学习需要科学理论的支撑。在小学科学STEM教学中，教师要引导学生尊重科学，理解相关科学知识背后的机理，让学生对科学STEM的课程开发与设计成为一种自觉。教师可以引导学生做一些尝试，做一些测试，并揭示相关知识背后的规律、原理等。在此基础上，引导学生的科学课程设计、开发从“粗放”走向“集约”，由“集约”走向“精准”[1]。

科学工程中总是蕴含着相关的科学知识，科学工程设计不是盲目的、碰运气的。有时看似相同的表象，背后却有着不同的原因;有时看似不同的表象，背后却有着相同的机理。比如笔者曾经引导学生“建高塔”，在建造之前，我们让学生探究“物体不倒的秘密”，让学生认识到“上小下大”“上轻下重”等的科学概念。在这个过程中，学生对这些概念的理解是肤浅化的。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”“纸上得来终觉浅，心中悟出始知深”[2]，为了深化学生对概念的理解，教师可以对学生“粗设计”中的一些高塔进行展示，引导学生发现“粗设计”中的相关问题。比如有学生是用纸来“搭高塔”的，一开始上部分都是一张纸一张纸地叠着，教师此时可启发、引导学生“怎样才能搭成更高的高塔”“怎样才能真正做到上轻下重”，从而让学生对科学概念的理解不再仅仅停留在知识层面，更要实实在在地落实到实践之中去。比如有学生想到了增减纸张的数量;有学生想到了改变纸张的形状;有学生还想到了用浆糊、胶水等增加纸的厚度，等等。通过教师的追问、学生的思考、探索，丰富、深化了学生对“上轻下重”的概念理解。在STEM实践中，我们还可以相继引导学生进行“二度设计”“三度设计”等，从而让学生对“上轻下重”“上小下大”等的科学概念形成了更为具体的理解。如有学生说，“越往上越小、越轻，越往下越大、越重”;有学生说，“建高塔和做不倒翁的原理是相同的，但比作不倒翁来得更为刺激”，等等。在活动中，学生自觉地展开了搭高塔的竞赛，形成了小组成员之间的竞争与合作。

在科学教学中，教师要引导学生了解相关任务的科学原理、工艺结构、发明历史等，并引导学生动手操作，促进学生科学学习目标的深度达成。面对学生STEM实践中的不确定因素，教师应当有足够的心理防备，尊重学生的思维方式，由小到大、由大到小，从细节、全局等视角来考量。让学生從对工程项目设计走向自主、自由、科学。

三、启迪创新突破，从“约设计”到“越设计”

创新是科学STEM设计的灵魂，也是科学工程设计不断前行的动力。在小学科学STEM课程设计过程中，教师不仅要规范学生的操作，更要引导学生以规范为准绳，让学生在限定规则下进行自主性设计。“约设计”就是一种规范性的设计，这样的设计能培育学生的科学精神、实践能力。教师可以 在“约设计”的基础之上引导学生进行“越设计”[3]，也就是引导学生“创新设计”，从而突破原有的思维、探究惯习。

比如“纸飞机”比赛，是小学生在课间展开的活动之一，也是小学科技活动中比较普遍的一个项目。对于“纸飞机”，比赛的焦点通常有两个：其一是纸飞机的飞行距离，其二是纸飞机的飞行速度。在“造飞机”的过程中，一开始学生往往从纸飞机的纸质、放飞技巧等方面进行研究。就挑选纸的材料进行交流、研讨。在引导学生认识了纸飞机的折法、环境因素也影响纸飞机的飞行距离和速度后，学生就有意识地研究放飞方法，研究怎样的环境更适合试验放飞飞机。在此基础上，教师可以引导学生观看飞机的制造创新历史，让学生认识到解决飞机飞行的动力是根本，也是關键，从而启迪学生创新突破：从自然动力到用橡筋作为动力，从弹射飞机到电动飞机，我们引导学生的STEM课程学习不断创新。通过启迪学生创新、突破，让学生研发、制造的飞机的飞行距离越来越远，飞行的速度越来越快、飞行的时间越来越长、飞行的花样越来越丰富等。在科学STEM课程开发的过程中，教师不是“无心插柳”，而应当是“有心为之”。在创新设计过程中，教师要引导学生开展有根据、有思考的设计、研发，进而让学生进行有针对性、实效性的工程设计。在这个过程中，教师要引导学生聚焦问题、突破桎梏，并引导学生积极找寻STEM实践方案，力避形式主义。通过STEM科学学习，培育学生真正的科学思维模式、设计模式、实践模式等。

STEM理论视角下的小学科学教学，不仅要立足于学科立场，更要立足于学生的发展立场，要站在学生综合素养、创新力发展的高度来实施。STEM理念下科学课程开发，真正落实了“学生中心”[4]，真正实现了科学学习从“他育”到“自育”的转变。通过跨学科整合，更好地利用数学、科学、工程、技术等知识分析、解决问题。STEM科学课程研发促进了教师的专业发展，促进了学生科学综合素养的提升。

参考文献：

[1]董宏建，白敏.中国理工科STEM教育发展探究[J].现代教育技术，2016，26（7）.

[2]王旭卿.面向STEM教育的创客教育模式研究[J].中国电化教育，2015（8）.

[3]陈晓.基于STEM教育视角的小学科学课例分析[J].基础教育研究，2017（13）.

[4]丁杰，蔡苏，江丰光，等.科学、技术、工程与数学教育创新与跨学科研究——第二届STEM国际教育大会述评[J].开放教育研究，2013，19（2）.

课题项目：江苏省十三五规划课题“基于儿童视角的乡村小学STEM课程开发的研究”（XC-b/2020/24）