素养导向的小学科学STEM教学设计与实践

2023-05-23巫美芳

课程教育研究 2023年4期

巫美芳

【摘要】随着信息时代的发展，学生核心素养的培养显得尤为重要。新课程标准指出，课程教学应该强化学科的知识整合，统筹设计跨学科主题学习活动和综合课程。因此，作为一门基础性课程的科学课应该积极探索跨学科新型教育模式，发展学生的核心素养。基于科学、技术、工程、数学四个学科融合的STEM教育应用于小学科学教学就显得尤为合适。STEM教育，不仅要将不同学科的知识根据项目逻辑进行整合，而且还要确保设计的项目能够全面、均衡地覆盖这些学科的知识。本文以《御风而行——自制风向风速仪》一课为例，以丰泽区第二实验小学学生为研究对象进行教学设计和实践，发现：在STEM教育理念下的小学科学教学，更容易激发学生的学习兴趣，有利于学生形成科学观念和科学思维，经历探究实践的过程，逐步形成科学态度与社会责任。

【关键词】核心素养 STEM教育教学设计小学科学

【基金项目】本文为泉州市丰泽区基础教育教学改革专项课题《素养导向的小学科学STEM学业评价实践研究》（立项批准号：Fjzk22专023）的阶段性研究成果。

【中图分类号】G623 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2023）04-0133-03

为了帮助学生适应全球信息技术的迅速发展，培养他们的核心素养是我们义不容辞的使命。2017年发布的《义务教育小学科学课程标准》中这样提到：科学教学要从学生的实际出发，创设有助于学生主动学习的问题情境，引导学生通过探究学习等活动，获得科学知识和技能，促使学生主动地、富有个性地学习，不断提高探究能力。科学学科的教学與其他学科关系十分密切，跨学科学习，也就是融合科学、技术、工程、数学为一体的STEM教育，就显得尤为合适。因此，探索STEM教育理念下的小学科学教学设计模式，可以更好地促进学生科学素养的发展。那么，怎样将STEM教育的理论与小学科学课程进行有效融合，从而促进学生素养的发展呢？本文以《御风而行——自制风向风速仪》一课为例，谈一谈自己的做法。

一、文献综述

（一）核心素养

科学课程要培养的学生核心素养，主要是指学生在学习科学课程的过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力，是科学课程育人价值的集中体现，包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面。

（二）STEM

STEM其实是科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写。科学是指认识世界、解释自然界的客观规律；技术和工程是指在尊重自然规律的基础上改造世界、实现对自然界的控制和利用、解决社会发展过程中遇到的难题；数学是作为技术与工程学科的基础工具。STEM教育不是分立学科的，也并非学科（科学、技术、工程和数学）之间的简单加减，而是将跨学科的知识运用到解决真实问题的场景中，让孩子能够把零散知识，变成一个互相联系的整体，是一种跨学科的学习方法。它更注重培养学生的问题解决能力、创新能力和合作能力。

二、存在的问题

STEM教育与我国基础教育目前的形势非常契合。但是，受传统探究教学模式的影响，STEM理念下的教学活动在其设计与实践中存在很多明显的不足，总体来说，主要体现在以下几个方向：

1.STEM教学活动与学科课程联系不够紧密

STEM教学活动和学科课程之间的联系不够紧密，甚至被完全割裂，导致设计的内容忽视了学科基础知识、学科思维与能力，只是一味地追求培养学生的问题解决能力、创新能力等。

2.活动设计忽视课程标准的指导作用

STEM教学活动的设计忽视了课程标准的指导规范，导致教学设计脱离课程体系的总体框架，使得STEM教学活动沦为附加课程，既增加了老师的备课负担，更增加了学生的学习负担。

3.活动设计缺乏目标指导

STEM教学活动的设计由于没有科学统一的目标指导，就容易导致教学目标的设置出现泛化、虚化、套化的现象，而且四个学科的内容过于杂糅、结构混乱，导致课程实施效果不佳。

三、素养导向的小学科学STEM教学设计

为了解决目前STEM教学设计与实践过程中的问题，我们应该以核心素养为导向，以小学科学教材为指引，以科学课程标准为指导进行STEM课程融合。

余胜泉教授指出，STEM教育理念的核心是跨学科整合，通过知识情景化、生活化，让学生自主运用学科知识，学会创造性解决问题。STEM教育最核心、最重要的就是驱动性任务和子任务的设计。而且，在设计驱动性任务和子任务的时候，要将知识蕴含在真实的问题情境中，这个情境还应该能够调动起学生的学习热情，让他们主动积极地利用各学科的相关知识来解决相应的问题或者完成相应的任务，在这个过程中形成良好的科学品质，包括科学观念与应用、科学思维与创新、科学探究与交流、科学态度与责任等方面。在设计驱动性任务和子任务的时候，还需要注意科学、技术、工程与数学这四门学科原有知识体系，避免学生知识结构的不均衡等。所以说，我们在设计教学活动的时候，既要把这四门学科的知识根据任务进程进行重组，又要确保设计的驱动性任务或者子任务包含这四门学科基础性知识要尽量全面、均衡。

本文以教科版科学三年级上册“天气”单元的第五课《观测风》一课为例，进行基于STEM理念的教学设计。具体方法是：在课程标准的指导下，在教学分析的基础上，设计驱动性任务和一系列子任务，提供学生在完成任务或解决问题过程中的学习资源、学习工具和学习评价等，关注项目完成后学生的学习效果。

四、素养导向的小学科学STEM教学设计与实践

1.课标学习内容与要求

2.教学分析

《御风而行——自制风向标和风速仪》改编于教科版小学科学三年级上册“天气”单元第5课《观测风》。在生活中，学生对风有很多的体验与了解，“风向”“风力”等词也经常在天气预报中接触过，因此他们知道（或意识到）风是描述天气的一个“词”，本案例在此基础上，设计了“气象站观测风的情境”“了解观测风向和风力的科学仪器”“设计制作简易风向风速仪”“测试优化风向风速仪”“新研发的科技观测仪器”等五部分内容。从生活情境出发确定需求，小组合作设计制作一个能够指示风向、测量风速、稳定性相对较好的风向风速仪，像工程师一样经历工程的设计、制作、测试、优化过程。通过制作及不断优化整合科学、技术、工程、数学各学科的知识，经历解决问题的全过程，学会工程制作的一些技巧，树立学科学、用科学意识，體会科技进步带来的便利。

3.教学目标

在课程标准和“教学分析”的基础上，依据STEM教育理念，以“制作风向风速仪”为立足点，明确本课的教学目标，进行驱动性任务、子任务等学习活动、学习评价的设计，以及“风向风速仪”制作完成后，对自己的作品进行交流展示，测试它能否指示风向、测量风速，整体的稳固性，最后教师进行总结提升。具体描述如下：

4.材料准备

工具区：剪刀、透明胶、双面胶、尺子、彩泥

材料区：卡纸、纸杯、塑料盖、铅笔、笔套、工字钉、直吸管、十字形吸管、带轴套直吸管、带轴套十字型吸管

5.学习过程设计

五、小结

本文以教科版科学三年级上册“天气”单元的《观测风》一课为例，以核心素养为导向，进行STEM教育理念下小学科学教学设计和实践，发现：（1）能够有效激发学生的学习热情；（2）学生知识学习更系统；（3）有利于学生探究能力的提高；（4）有助于学生树立良好的态度和责任观。

参考文献：

[1]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015（4）：13-22.

[2]余胜泉，杨晓娟，何克抗.基于建构主义的教学设计模式[J].电化教育研究，2000（12）：7-13.

[3]张屹，赵亚萍，何玲，白清玉.基于STEM的跨学科教学设计与实践[J].现代远程教育研究，2017（6）：75-84.