STEM理念下的初中科学课堂教学探究

王飞云

摘要：在初中科学课教学中，教师根据STEM理念展开教学实践，对激发学生科学学习兴趣，培养学生动手实践能力，提高学生逻辑思维、创造力，以及分析解决问题的能力等都具有重要意义。文章从STEM理念与初中科学课程概述入手，指出STEM理念下的初中科学课程人才培养目标和意义，并从创设情境、激发学生学习兴趣，实施任务、促使学生自主探究，拓展教学、引导学生应用知识，做好评价，培养学生综合素养等方面，对STEM理念下的初中科学课程教学策略进行探究。

关键词：STEM理念；初中教学；科学课程；教学策略

中图分类号：G633.98文献标志码：A文章编号：1008-3561（2023）04-0101-04

初中科学是一门综合性的理科课程，将STEM理念融入初中科学教学中已成为科学课程教学改革的重要内容。基于STEM理念展开的教育是一种融合科学、技术、工程、数学等学科的跨学科教育，它强调问题的真实性，强调以社会为中心的课程取向，强调从整体的角度认识和学习科学与技术、社会的密切联系，这对提升科学课程的教育价值具有重要意义。因此，初中科学教师应结合课程改革要求优化教学设计，让学生在实践中实现科学、技术、工程、数学等素养的综合提升。

一、STEM理念与初中科学课程概述

1.STEM理念的含义

STEM理念起源于美国，是跨学科融合的教育形式，包括科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）。STEM理念侧重于培养学生的沟通协作能力、批判性思维、问题解决能力、创新能力等。

2.初中科学课程概述

科学课是初中阶段培养学生科学素养的主要课程。根据新课标的要求，学生科学素养的培养内容主要包括：科学探究———科学知识与技能，科学态度———情感与价值观，科学、技术、社会环境的关系。

二、STEM理念下的初中科学课程人才培养目标

初中科学课程的教学目标与STEM理念十分契合，将STEM理念融入初中科学课程教学有助于培养学生的科学精神，提升学生的科学素养。

（1）丰富学生的科学知识，培养学生的科学技能。通过STEM理念下科学课程的学习，学生能够从理论层面上掌握科学、技术、工程、数学等相关知识，也能初步进行实践探索，如完成数学建模、科学实验、工程设计等，从而实现理论与实践的融合。

（2）培养学生科学探究精神，提高学生工程设计能力。在进行STEM理念下科学课程教学时，教师应为学生提供科学探究的机会，并结合现代工程学的知识指导学生进行相应设计，以培养学生的科学精神，提高学生解决实际问题的能力，从而为学生以后的工科学习奠定基础。

（3）激发学生创新意识，培养学生科学态度。在进行STEM理念下科学课程教学时，教师应调动学生对科学的好奇心和求知欲，讓学生对生活中的各种科学现象的发生原因、过程和条件产生探究热情，并引导学生运用所学知识解释生活现象、解决实际问题，以促进学生创新能力的发展。

（4）引导学生认识科学技术，培养学生知识应用能力。当前，科学技术已被充分运用到各行各业中，已成为人们创造美好生活的便捷“利器”。在科学课程教学中，教师应设法将科学技术、工程技术等与现实生活建立联系，以激发学生利用科学技术解决现实问题的意识，锻炼学生科学思维，提高学生运用科学知识的能力，同时也让学生在科学技术的运用中充分认识人与社会、人与自然环境之间的关系。

三、初中科学课堂教学融入STEM理念的意义

在STEM理念指导下，教师通过合理设计教学活动，为学生提供了探究学习的机会，也丰富了学生在科学、技术、工程、数学等方面的知识，促进学生综合素养的提升。

1.激发学生学习动机

从教学实践来看，学生在STEM科学课堂上比在传统科学课堂上表现得更为积极活跃。在STEM科学课堂上，学生能在教师的指导下相互讨论、集思广益，从而共同营造出轻松、有趣的课堂学习氛围。而且，趣味科学活动、开放的实践探究、丰富的科学知识，以及自由的团队合作会让学生产生强烈的学习兴趣。在兴趣的驱动下，学生会对科学知识产生强烈的好奇心，进而自主进行探究学习。由此可见，STEM理念对激发学生的内在学习动机有着积极作用。

2.培养学生动手能力

相较于传统的科学课堂，在STEM科学课堂上，学生能获得更多的自主思考和动手操作的机会，这有助于学生在尝试过程中逐渐克服困难，提高动手能力。笔者通过观察发现，在STEM理念下的科学课程教学中，学生可通过亲自动手操作切实感知科学现象，体验从难到易、从失败到成功的科学探究过程，从而逐渐掌握实践操作方法，并懂得动手实践的重要性。

3.促进学生自主发展

STEM理念下的科学课程可以促使学生立足具体问题情境，根据教师提供的器材进行小组合作，从而有效探索出问题答案。在实际教学中，每个学生都可以围绕问题积极表达自己的想法，与团队成员进行讨论和沟通，并通过理性分析、对比找到最佳方案，从而有效完成任务。这一过程可以促使学生以问题为导向展开深入探究，可以有效锻炼学生自主分析问题、解决问题的能力，促进学生自主发展，从而为学生未来融入社会奠定基础。

四、STEM理念下的初中科学课程教学策略

1.创设情境，激发学生学习兴趣

兴趣是引导学生进行科学探索的内在动力，在STEM理念下的初中科学课程教学中，教师可通过创设情境激发学生学习兴趣。根据STEM理念的指导，在初中科学课程教学中，教师可围绕教学目标创设现实情境，提出具有趣味性和启发性的问题，以此激发学生对生活中科学现象的好奇心，促使学生对科学探究产生兴趣，从而为学生综合素养提升做好铺垫。例如，在教学“杠杆”相关知识时，首先，教师可以为学生设计“自制简易秤”的活动，并根据STEM理念确定如下教学目标。1）科学目标：利用杠杆平衡的原理，确定秤杆上提纽的位置。2）技术目标：利用简易秤测量物体的重量，找出提高简易秤精确度的方法。3）工程目标：结合简易秤制作过程初步掌握工程方案的设计方法，了解杆秤的构造原理，提升实施工程方案的能力。4）数学目标：通过计算完善简易秤的刻度，分析刻度设计的原理。其次，教师可以在上述目标的引导下，利用多种材料为学生构建学习情境。如教师可以利用历史知识让学生认识到人类社会早期对杠杆原理的运用，可以借助秤杆、秤盘、提绳、砝码等出土文物加以佐证，以增强学生对测量工具重要性的认识。最后，教师可以让学生观察买卖过程中常用的杆秤，引导学生思考其中的原理。通过上述学习情境的创设，学生可以在当前电子秤广泛应用的环境下，从历史的角度了解杆秤的发展过程，并产生探究兴趣。又如，在设计“制作花青素指示剂”科学活动时，教师可以先根据STEM理念设定如下学习目标。1）科学层面：要求学生能够说出pH值所表示的意义，根据pH试纸原理检测物质的酸碱性，能规范实验操作，并做出简单评价。2）技术层面：能够找到保存花青素的有效方法，掌握制作花青素试纸的技术。3）工程层面：要求学生能够对花青素试纸进行美化设计。4）数学层面：要求学生计算制作花青素试纸需要的滤纸数量，并渗透绿色环保理念。然后结合一些生活现象设计相关的学习情境，引导学生思考厨房中各种呈酸性或碱性的物质，并提出问题：如何判定厨房里物质的酸碱性？最后，在学生的互动讨论中，教师进行点拨，引导学生利用植物中的花青素制作酸碱指示剂。由上述案例可以看出，教师可以根据STEM理念的指导设定教学目标，并围绕目标构建教学情境，提出探究问题，然后在学生遇到困难时及时点拨，引出话题，以保证探究活动的有效开展。

2.设置任务，促使学生自主探究

设置任务是STEM理念下科学课堂教学的核心内容，学生对学习任务的探究结果在一定程度上决定了教学目标的实现情况。在STEM理念下的科学课程教学中，教师应明确课堂探究任务，明确自己的角色定位，并引导学生通过合作学习进行工程设计，以此有效培养学生的科学、技术、工程、数学等素养。例如，在教学“自制简易秤”时，首先，教师可基于学生的探究活动提出问题，并引导学生对这些问题进行思考和讨论。问题如下。1）你选择了哪些材料制作简易秤？为什么选择这些材料？它们的用途是什么？2）简易秤是不是我们科学课上所说的杠杆？如果是，是什么类型的杠杆？你的依据是什么？其次，教师可引导学生根据活动设计明确各种材料的用途，通过互动讨论明确简易秤中的杠杆原理，并进一步明确提纽的位置是杠杆支点，重物所悬挂的点是阻力点，秤砣悬挂的地方是动力点，再根据动力臂与阻力臂之间的比较确定简易秤是省力杠杆。最后，教师可指导学生展开团队合作，完成简易秤的制作。简易秤的制作过程主要包括以下几方面内容。第一，在秤杆上挂上秤盘。取一根筷子作为秤杆，在塑料小圆盘的边上均匀地打上三个小孔，再将棉线穿过这三个小孔作为秤盘，把秤盘上的棉线系到秤杆上，并用胶带固定位置。在这一过程中，教师可提出问题：系秤盘时要注意什么？如果使用筷子作为秤杆，秤盘要系在哪一端？学生通过小组讨论和不断尝试后答道：一方面，系秤盘时要注意保持重心的稳定，否则放在秤盘上的被测物体容易出现倾斜和滑落的问题。另一方面，由于筷子两端的粗细不同，秤盘需要系在筷子较粗的一端，以保持秤杆的稳定。第二，在秤杆上挂上提纽。取一段棉线，将其系在秤杆上作为提纽，移动提纽靠近秤盘，以此找寻支点的位置，然后用胶带固定位置。在这一过程中，教师可提出问题：如何选择提纽的位置？提纽的位置对于杆秤的使用有什么影响？学生通过操作可以发现，提纽位置的选择会影响秤杆和秤盘之间的平衡。教师可针对学生的这一发现，适时引入杠杆原理。通过教师的启发和点拨，学生发现在简易秤这个省力杠杆中，提纽的位置就是杠杆支点，提纽位置不同会带来动力臂和阻力臂长短的不同，因此杆秤所称量物体的重量就会受到影响，具体表现为：提纽位置越靠近秤盘，阻力臂越小，动力臂越大，杠杆就越省力，杠杆所称的物体就越重。提纽的位置越远离秤盘，阻力臂就越大，动力臂就越小，杠杆就越费力，所称物体就越轻。第三，在秤杆上挂上秤砣，并在秤杆上确定0刻度。把螺母用棉线系上，挂到秤杆上作为秤砣，然后一只手拿提纽，一只手移动秤砣位置，直至杆秤保持平衡，再用铅笔在此时秤砣棉线所在位置画上0刻度。因为秤盘里未放置物体，所以此时确定的0刻度是去掉秤盘的重量。在这一环节，教师要提醒学生对0刻度的位置进行反复检测，不断精确，以提高简易秤的精准度。第四，在秤杆上确定其他重量的刻度。在秤盘上放置一个5g的砝码，拿住提纽，移动秤砣位置使杆秤再次保持平衡，用铅笔在这个位置画上刻度线并标注5，然后换上10g的砝码，运用相同的方法在秤杆上画上刻度10。其他刻度确定方法等同，最后用刻度尺量出二者之间的间隔并平分成5段，以此来确定每一克的位置。在这一环节，教师不仅要指导学生运用杠杆原理进行设计，还应运用数学知识进行探索，解释计算的原理，精确计算，提高设计成果质量。在上述案例中，教师重点对学生的动手操作进行指导，让学生一方面可以根据工程方案完成设计，另一方面可以学习、理解每一步骤中蕴含的科学知识，从而达到理论与实践相结合的效果。教师除了采用这种循序渐进的方法指导学生学习，还可以通过设计实践活动为学生设置探究任务。例如，在“制作花青素指示剂”的活动中，教师可以设计如下任务。1）提取酸碱指示剂———花青素。在活动中，教师可以为学生提供紫甘蓝、黄色万寿菊、串红、粉色玫瑰花等花卉的花瓣，并为学生提供实验探究方案，引导学生展开合作探究学习，以找出“酸能使溶液中的花青素变成什么颜色？碱能使溶液中的花青素变成什么颜色”问题的答案。2）对洗涤剂、肥皂水、纯碱溶液、柠檬汁、食用醋、清水等进行酸碱测试，并将观察到的现象以及花青素指示剂的原理填入事先准备好的表格中。在这一案例中，教师以两个相对简单的活动引导学生进行科学探究，为保证探究效果，教师为学生提供了实验方案，引导学生通过动手操作探究其中的原理，完成学习任务。

3.拓展教学，引导学生迁移知识

在科学课堂上，在学生完成任务后，教师要指导学生对任务结果进行检验，以实现学生对相应理论知识的深入探究和灵活运用。在拓展应用阶段，教师要在STEM理念的指导下，针对科学、技术、工程、数学等不同的学科提出问题，以提升学生的探究、应用等综合素养。例如，在“自制简易秤”的活动中，在学生完成制作后，教师可引导学生运用其测量不同砝码的重量，以检验秤杆上刻度设计得是否准确。在这一过程中，教师可提出问题：秤杆的量程与什么有关？如何加大秤杆的量程？如何精确秤杆的刻度？在问题的驱动下，学生会进一步探究简易秤中蕴含的杠杆原理，并通過动手操作调整秤杆上的支点、阻力点、动力点的位置，完成精确测量。又如，在“制作花青素指示剂”的活动中，教师可要求学生利用给出的材料和工具制作便携式试纸。学生通过合作实验，将圆形滤纸放置于洁净的培养皿中，向滤纸上滴上适量的花青素提取液，充分浸湿圆形滤纸并风干，便形成了便于携带且使用方便的花青素试纸。然后，教师可以为学生提供厨房中的常见用品，并要求学生检验其酸碱性。在上述活动中，教师为学生拓展应用知识创造了条件，让学生能够运用科学知识检验实践成果，也可以运用工程思维、数学方法优化成果，以生成新知，提升素养。

4.做好评价，培养学生综合素养

教学评价是教学实践中不可或缺的一个环节，客观有效的评价不仅能检验学习活动的成果，还能作为实践教学优化的依据促进师生反思。在STEM理念的指导下，教师构建初中科学课堂时应重视评价环节的设计，以充分发挥教学评价对教学的促进作用。例如，在“自制简易秤”的活动中，教师可组织学生在小组内展开互评，评价各成员在活动中的表现。在小组互评中，每个小组成员都要对其他成员在制作简易秤时的表现进行评价，并相互交流讨论改进方案。教师则要根据STEM理念指导的目标要求对每个小组的整体学习情况进行教学判断和评价。又如，在“制作花青素指示剂”的活动中，教师可以采用教师评价、小组互评、学生自评的方式对学生的学习结果进行综合评价，并结合评价结果引导学生改进自己制作的花青素试纸。上述案例可以展现出教师对于评价主体和评价方式的选择，即根据不同主体采取差异化的评价方式，以获得更加客观、准确的评价反馈。另外，教师还应在STEM理念指导下，结合课程要求优化教学评价标准，以此为教学改进提供有效参考。

五、結语

综上所述，随着教育改革的深入，STEM理念逐渐被融入到初中科学课程教学中，并对学生综合素养培养起到了重要的作用。初中科学课教师要深入研究STEM理念，并在其指导下优化自己的教学设计，以调动学生的学习兴趣，使学生在合作、探究、动手操作以及独立思考中丰富科学知识、提高探索能力，实现科学、技术、工程、数学等综合素养的提升。

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Exploration of Science Classroom Teaching in Junior Middle School under STEM Concept

Wang Feiyun

（Tangqi No. 3 Middle School， Linping District， Zhejiang Province， Hangzhou 310000， China）

Abstract： In the science teaching of junior middle school， teachers carry out teaching practice according to STEM concept， which is of great significance to stimulate students interest in scientific learning， cultivate students practical ability， improve students logical thinking， creativity， and ability to analyze and solve problems. Starting from the overview of STEM concept and junior middle school science curriculum， the article points out the goal and significance of junior middle school science curriculum talent training under STEM concept， and explores the teaching strategy of junior middle school science curriculum under STEM concept from the aspects of creating situations， stimulating students interest in learning， implementing tasks， promoting students independent inquiry， expanding teaching， guiding students to apply knowledge， doing well in evaluation， and cultivating students comprehensive quality.

Key words： STEMconcept；junior middle schoolteaching；sciencecourses； teachingstrategies