贯彻STEM教育理念打造“立学课堂”

◇张小荣（江苏：海安市城南实验小学）

虽然科学教育作为基础科技教育，至关重要，但是受到传统应试教育思想的影响，并未受到应有的重视，长期作为“副科”被忽视。科学技术是人们认识世界、改造世界的基本手段，推动人类社会的飞速进步，在素质教育改革背景下，科学教育也逐步受到关注与重视，但是却存在以理论教学为主的不良形式。为此，新编苏教版教材还专设了若干针对技术与工程领域的主题单元和STEM 学习项目。STEM 教学理念要求小学科学教育回归生活，不仅凸显项目体验的真实性，增加学习的意义性和趣味性，还指向科学概念的建构和高阶思维的发展，并且要与其他学科实现交叉融合。通过设计开放的项目任务驱动学生，使得学生在项目分析、设计、操作与展示等活动中，实现“学中立”，从而切实提高学生的动手实践能力与创新发明能力，是打造“立学课堂”的不二法宝。

具体来说，小学科学教师可通过如下方式贯彻STEM 教学理念，尝试打造“立学课堂”。

一、基于真实情境设计项目任务，引发学生学习需求

陈鹤琴先生在儿童认知论中强调了“直接经验”的重要性，论证了学生学习依靠直接体验的认知规律。科学本就是从人类生活中探究出的一般规律与关键技术，STEM 教育理念也强调在真实情境中发布项目任务，旨在通过项目操作促使学生运用各科知识综合解决现实中出现的问题，以便促使学生实现自主探究学习，从而构建属于自己的知识体系。实际上，在科学教学中更需要创设真实情境。小学生活泼好动，注意力容易分散，枯燥的知识原理不能吸引他们的注意力，真实的生活情境能调动小学生的学习积极性，使其能长时间关注项目学习，主动思考，产生学习的深度需求。因此，小学科学教师应根据真实情境设计、发布项目任务，切实激发学生的探究学习欲望，并以真实情境去引导学生联系生活经验，积极思考，迁移其他学科的关联性知识，一并用来解决项目学习中遇到的问题。这就是“立学课堂”倡导的将学生放在“课堂的中央”，使学生在“学中立”。

在“制作秋天的最后一支雪糕”项目探究中，学生虽然喜欢吃各式各样的雪糕，但是很少有人亲自参与制作过雪糕，缺少动手制作的生活经历。为了让学生成为科学课堂的主人，我设计创设了真实的生活情境：展示丰富多彩的雪糕图片，引发学生情感的共鸣，让学生说出自己最喜欢吃的雪糕口味，由此触发本课的项目探究：如何制作雪糕？制作雪糕需要哪些材料？制作雪糕最关键的条件是什么？

项目的开设贴近学生的生活实际，讨论的问题能激发学生主动探究的欲望。这几个问题可引导学生初步思考：在没有冰箱这一硬件设施的前提下，如何在科学课上制造出较低的温度，探究制作雪糕的可行性。大多数小学生虽然并未制作过雪糕，但是对温度的感受是比较直接的，学生首先提出了制作雪糕最关键的条件是需要较低的温度。他们说出了很多制造较低温度的方法：干冰降温、液氮降温、冷库降温等等。而此时我让他们观察教室四周，能不能发现他们需要的制冷设备，很显然学生找不到。

有制作雪糕的需求，但是又不给学生提供制冷的设备，学生陷入认知瓶颈。此时我拿出生活中最普通的碎冰，让他们讨论能不能用冰块降温来制作雪糕。冰块的温度很低，绝大多数学生认为应该可以为制作雪糕创设适宜的温度条件。在充分讨论的基础上，学生分组进行制作雪糕的初步尝试。学生按照自己设计的实验来选择实验器材，进行分组实验。我则饶有兴趣地加入他们的队伍，和他们一起观察，听取每一小组的不同见解。初步尝试结束，我请小组派出代表到前面来汇报，学生踊跃述说着自己观察到的实验现象，并且一致肯定冰块虽然能降低温度，但是这个温度只能降到0 摄氏度左右，不能使雪糕溶液凝固。所以学生初次尝试制作雪糕宣告失败。

在创设真实情境时，小学科学教师要尊重学生的认知经验，不能想当然地提出脱离学生认知水平的问题，否则难以顺利发布项目任务，不利于构建“立学课堂”。在学生初步尝试的过程中，他们讨论得出的实验方案、观察到的实验现象、得到的实验结果，包括遇到的实际问题，都是属于他们自己的，他们就站在课堂的“中心”，是课堂真正的主人。

二、组织学生参与项目分析活动，设计项目实施方案

在开展项目操作活动之前，小学生应围绕项目主题设计探究方案，在项目学习单中写明解决问题的方式方法，并在此过程中将科学、数学、技术与工程知识整合为一体，迁移各学科知识中有利于完成项目任务的关键知识，从而真正成为学习的主人，在项目实践中立学。为此，待学生顺利进入真实的问题情境后，小学科学教师便可督促学生参与项目分析活动，使得学生能以小组合作的形式共同探究操作原理、设计项目实施计划，切实优化学生的探究行为，引导学生发现问题、解决问题。

在“制作秋天的最后一支雪糕”项目探究中，学生要用温度计测量装有冰块的烧杯内部的温度，以此来验证冰块能否制造出较低的温度。在此期间，他们以小组为单位，由小组长领取项目学习单、实验用品，在小组内观察烧杯外壁所产生的变化，填写项目学习单，记录实验观察结论。这时，我发出疑问：“不锈钢杯子的外壁出现了小水珠，这个水珠从何而来？你觉得这个小水珠与生活中的什么比较相似？你能找出它们之间有哪些相似之处？”通过这一系列问题的回答，学生发现他们竟然制造出了生活中的小露珠。这些露珠是他们自己做出来了，所以他们能很轻松地描述出小露珠是空气中的水蒸气遇冷凝结而成的，根本不需要教师再三去讲述原理、再三去强化记忆。这样得到的知识是牢固的，是构建的。

学生正确认识了“露”形成的原因，但是他们制作雪糕的项目实践却遇到了困难。是知难而退还是迎难而上呢？学生全部选择迎难而上。面对困难，毫不退却，坚持到底，这种科学探究精神展现出了“立学课堂”的“立人”本质。

如何制造出更低的温度是项目实施过程中遇到的最大难题。为了启发学生的思维，我播放了一个“下雪不冷化雪冷”的小视频，并由此引导学生自主探究出加速冰块融化以获取更低温度的项目原理。凭借前期的实验观察与论证经验，本班学生认为，使用大量的冰块，并且让冰块快速融化可以让室内温度变得更低。一波三折的课堂、曲折坎坷的探究道路，让学生感受到学习的艰辛与挑战，更让他们感受到战胜困难的喜悦与自豪。

三、通过科学实验落实项目操作，生成项目探究成果

通过小组合作分析项目实施计划，让科学的思维碰撞出火花，确定解决问题的一般思路，可以让学生的逻辑思维变得更加清晰、探究计划变得更加可行。而在这一阶段中，小学科学教师要提供良好的动手实践环境，使得学习小组能积极参与科学实验，论证项目猜想，自主解决项目探究问题，从而顺利生成项目探究成果。待各小组完成项目实验论证任务后，以小组为单位在科学课上展示项目成果，讲解项目探究步骤与具体操作方法，将研讨、汇报的活动结合起来，切实实现“立学课堂”改革，为提升学生的科学认知能力做好充足准备。

在“制作秋天的最后一支雪糕”项目探究中，本班学生凭借自己的生活经验猜测，在冰块中加入盐可以加快冰块的融化速度，而这一猜想是在实际生活中通过阅读得到的。为了让各小组验证这一科学猜想，验证加速溶解后能不能得到更低的温度，我给各小组准备了盐、冰块、电子温度计。学生擦拭烧杯外壁的水珠，将盐加入装有冰块的烧杯中并搅拌，使用温度计测量烧杯内部的温度，观察烧杯外壁的变化，在项目学习单中填写具体步骤、每一个步骤所产生的实验现象。

正是因为STEM 项目式学习注重学生的动手操作探究，所以学生才能借助实验检验自己的猜想，从而获得最真实的科学体验。这就是南通市“立学课堂”所倡导的课堂表现形式。随后各小组在班级内展现实验探究成果，汇报学生神态大方、自信，语言描述准确、到位，他们就是这一节科学课上最亮的“仔”。

在描述实验现象的过程中，学生说到了烧杯外壁生成了白色冰晶，自然而然，学生就联想到这个冰晶和生活中的白霜比较相似。城市的学生看到白霜的机会很少，而实验室里面，他们和白霜零距离接触。通过图片的对比，善于观察的学生一下子就发现了杯子外壁的冰晶和大自然白霜的相似之处，在实验的过程中，他们敏锐地推测出大自然白霜形成的原因。这就是知识的运用和迁移，这就是高效的“立学课堂”。

接下来，便是本次项目探究的“重头戏”，即各小组要亲自制作雪糕，将雪糕溶液注入模具，将模具放入加了盐、冰块的烧杯中，最终成功做出了雪糕。除了展现项目学习单、项目成品之外，学生还可欣赏自己制作的各式雪糕，切实激发了学生的学习积极性，使其感受到科学的神奇魅力。接下来，学习小组总结“露和霜”形成的相同和不同之处，从形象的科学实验中归纳出抽象的科学原理，这就是“立学课堂”注重的科学知识构建过程。

四、进行项目总结与拓展，让科学回归生活

科学来源于生活又服务于生活，科学知识在生活中的应用十分广泛。在本次项目式探究活动中，学生运用科学知识制作出了美味的雪糕。这个项目基于真实的生活情境展开，历经了科学的探究过程，又回归于生活。

在项目总结环节，我让学生把目光从课堂延伸到生活之中，列举了印度小哥制作雪糕赚钱的小案例，引导学生核算项目成本、售卖雪糕的利润空间等，使得学生将科学与数学知识结合起来，并且从课堂学习回归现实生活。

学生在项目核算中了解了材料价格，了解了制作成本，核算得到这个项目的毛利情况，再进一步核算人工成本，从而了解社会生活现状，体会到生活的艰辛与不易。科学课堂和遥远的生活实际其实有着千丝万缕的联系，科学“立学课堂”让学生的学习更贴近生活。

总而言之，STEM 教育理念追求的是提高学生利用各学科知识解决现实问题的能力，并且使得学生具备创新素养、实践素养与学习素养，真正为学生的终身发展做准备。为此，小学科学教师应在STEM 教育理念的引领下构建“立学课堂”，使得学生能以自主姿态参与项目设计与分析论证活动，切实提高学生的科学探究与动手创新能力，促使学生树立正确的探究意识，优化学生的思维品质，促进学生良好科学素养的形成与发展。