将STEM教育理念引入教学

◇戴碧容（福建：仙游县实验小学）

一、STEM教育理念对小学科学教学的要求

（一）设计工程挑战项目

随着课程改革的推进，出现了许多教学理念的变化。在小学科学教学中，教师关注本学科的教学课程标准改革的动向和趋势至关重要。2022 年版课标强化了对STEM 教学理念的引入。按照这一要求，教师要针对学生的思维特征，探究工程设计挑战项目。在课堂上，为了帮助学生进一步理解概念，教师和学生需要借助真实的场景设计，共同完成概念探讨和实验摸索，加强师生的实验交流，学生小组共同完成实验操作，改变以往教师口述、学生听讲的低效教学模式。在真实场景的设计过程中，教师首先需要向学生介绍问题背景，设置高难度的挑战，接着准备材料、建立模型、公示教学目标，并安排学生小组明确各自任务，最终按照记录单来检验设计的约束条件。

（二）基于项目化的课堂展开STEM学习

在STEM 教育理念下，对学生进行小学科学教育，需要展开以项目为主要索引方向的学习。在具体教学过程中，需要改变原始课堂的教师中心模式，结合项目主题内容开展丰富多彩的活动。在STEM 教育理念引导下，结合学生的基本特征，以学生为中心开展教学活动，实现多学科的融合教学。通过项目式教学，让学生以课堂上的工程设计为基础，在情景教学中深化对科学、技术、工程、数学等领域的认识，进一步培养批判性思维。

二、将STEM教育理念引入小学科学课堂

（一）运用STEM项目学习课堂模式

在STEM 教育理念引导下，在小学科学教学的过程中，首先需要利用主题项目来开展STEM 项目式教学。这种模式要求模糊定义学习任务，通过小组合作学习和教师的协助，实现多学科交融和丰富的动手实践，最终通过小组合作得出更加明确的学习结果，提高多方面思维能力。首先，项目式教学要突出任务和现实生活的联系，还要不断驱动学生完成任务。任务需要有一定难度并体现科学、技术、工程、数学的相互配合。针对不同的教学内容，需要根据单一课程、主题单元和多学科的要求，进行知识内容的交流整合和学习概念图的设计。在对教科版五年级科学“光”单元教学时，教师可以首先考虑从科学、技术、工程、数学四个方面去诠释这部分内容。针对光这一内容，在技术领域主要研究光伏发电技术等；在数学领域带领学生回顾利用直线、射线的知识；在工程方面研究光信息处理工程和遥感工程；最后回到科学领域，结合其他领域融合研究光的直线传播、反射、散射、折射等知识。教师需要充分借助项目式教学流程，让学生观看视频，思考光的特征，将学生分为几个小组，为学生准备手电筒等道具，让学生结合数学、技术、工程等知识思考光传播规律并作答。在学生回答完毕后，以小组为单位进行思维导图的建立，然后在教师带领下进行总结。紧接着，教师可以继续设置创新实践情境，创设创新氛围，让学生探究发现反射、传播和折射三种状态的不同呈现。通过系统的思维导图学习方法让学生总结出规律，进而更好地促进学生深入学习。

（二）实验教学融入STEM教育理念

在STEM 教育理念引导下，为了培养学生科学思维，需要提高学生的课堂参与感。实验环节的情境设计十分关键，尤其针对一些较为抽象的规律，更需要融合科学、技术、工程、数学知识来提高学生的思维能力。在课堂实践环节设置的过程中，不能太过跳跃，也不能过于功利地只针对知识点，而是要注重将知识点和日常实践巧妙联系，让实验能够循序渐进地引发学生思考并揭示规律，同时还要注重核心素养的培养，层层深入、由易到难地理解知识点。在STEM 教育理念要求下，实验教学要基于课本知识点，融合数学知识、技术常识和工程知识，要注重学生发言的积极性、思考的维度和表现的进步等方面，还可以安排学生间互评，实现相互监督。在《运动与力》一课中，开始先确定项目主题是机械运动，主要目标是让学生充分认识各种类型的力，并列举这些力在现实生活中的具体应用。接着可通过分析归纳力在STEM 教育理念中的具体体现，包含数学中的大小比较与加减乘除运算、工程问题中的静力学分析和技术领域的弹簧器材应用等等，融合到各类力的学习中。教育可基于本节课内容开展实验，实验材料可以选取日常生活中的玩具小车。在科学领域认识重力、拉力、弹力和摩擦力以及分析拉力大小和小车运动速度的关系，基于这些问题安排学生记录相关数据，并进行分析；在技术领域，让学生运用所学知识进行科技产品的列举和小车的安装；在工程领域，鼓励学生通过各种方式进行滑动，并让学生合作，利用模型组装小车；在数学领域，则让学生结合弹簧测力计的特征，刻画相关数据，并比较数据之间的线性相关关系。让实验充分融合STEM 教学的四大维度领域，全面提高学生的思维能力。

（三）反思教学过程实现科学评价

在STEM 教育理念中，教学评价十分重要。教师在课堂结束后，应该利用思维导图和项目式教学的整体思路框架，从科学、技术、工程和数学四方面，及时总结和反思项目式教学的一些优点和不足，最终实现科学的评价。对不足的地方，积极去寻找更好的方法来弥补。这样有利于教师根据实际情况及时调整，使思维导图在项目式教学评价中发挥更大的作用。同时这种方式可以使学生加深对思维导图的理解，通过学习和反思，多次重复，学生就能熟练利用思维导图探究问题。这样教师的项目式教学就是成功的。在对教科版六年级《电磁铁》进行教学时，教师在最终评价时，依据思维导图和项目主题进行电磁铁实验和理论教学的总结，并找出学生在数学数据分析、工程方面电磁铁制作、技术方面利用磁铁原理解决实际问题等等，以及科学领域分析讨论磁铁现象四大维度中存在的疑问，继续总结和应用电磁铁知识，并对重难点进行着重点评，让学生对出现的问题留下深刻印象，便于下一次利用思维导图展开项目式学习时获得更高的效率。

（四）利用游戏充分融合学生日常生活

小学科学与中学科学不同，它的生活化气息很浓，与日常的一些趣味游戏息息相关。教师在教学的过程中，若能灵活利用现实中的一些游戏，运用生活中的示例，不仅可以提高课堂趣味性，启发学生思考，还可以提高学生学以致用的能力，进而发现学习的乐趣，在日常生活中主动思考。同时，教师可以通过游戏的方式，将抽象的概念和原理更加灵动风趣地呈现。再比如，在进行教科版六年级《形形色色的植物》教学时，可以安排学生讨论日常生活中的植物，利用课前准备的植物，组织学生对植物进行观赏和浇水，探讨植物的基本特征，接着引导学生结合书本知识，深入观察和了解植物，发现大部分花的构造。针对单性花的学习，要借助植物实物组织学生进行辨别，安排“辨认植物”的游戏，让学生对单性花进行选择。这样学生就能更容易发现其中的不同之处，然后教师再进行综合讲解。

（五）开展合作化教学提高趣味性

STEM 教育理念十分强调师生合作和趣味性地开展教学。在小学科学活动中，有两个方面十分重要：其一是教学生活化，教学内容来源于生活，又在生活情境中进行学习与体验；二是教学游戏化，融合科学、技术、工程、数学四个领域，用游戏贯穿整个活动，符合学生年龄特点，让他们在玩中学、在学中玩，真正落实“以游戏为基本活动”的教育宗旨。在五年级上册“声音”单元教学中，为了突破教学难点让学生“初步感知声音的产生和传播”，可以设计“与身边同学面对面讲话”的环节。首先播放探索声音传播的视频，并让学生和教师共同进行声音的实验，探讨声音在固体、空气中的传播，询问学生其中的规律，引导学生给出答案。在这个过程中，让学生在情境中、实验中，感知声音传播的大小和相对性，之后用“为什么固体传播声音更大？”这一问题，让学生进行进一步验证，完成小组间的合作实验。

为了巩固所学内容，还需要设计更多的合作化教学的小游戏。首先，在工程方面，可以让学生在教室中，借助工具如喇叭等，观察并说出声音在教室中各个位置的传播特点；接着从数学方面的方位知识入手，让学生发现声音随着方向的改变传播也会不同；然后贴在桌子上听和站起来听，让学生比对声音大小并拿出测试声音大小的仪器，让学生观察数值；接下来通过科学知识的探索和技术的融合，进一步总结出声音在固体传播中更大；最后，组织学生在桌面上玩乒乓球，充分享受课堂乐趣，同时让学生再次进行实验，听三种声音，首先是自己在桌面上听乒乓球的声音，接着站起来用乒乓球敲打桌面再次听声音，最后听身边同学的乒乓球声音。这样既可以调动学生的积极性，又可以帮助他们巩固、加深对重点知识的理解。用游戏的教学方式，能培养学生运用所学知识解决生活中实际问题的能力，体验科学与生活的密切联系。活动的最后，先让学生用自己的话对今天所学内容进行小结，再用一个简要的视频结束活动。学生的发展存在个体差异，活动结束后，还是有学生不太理解声音的传播，所以教师可以让学生在课下继续进行乒乓球的辨音活动，让学生在真实的生活中去感知和体验。

三、结语

在STEM 教育理念引导下，小学科学的课堂教学不断优化和改善，在减轻学生负担的同时，努力提高课堂的学习效率。但从目前的状况来看，还存在诸多问题，主要表现在：教师难以正确处理好减负和提效的平衡关系；给学生留下的自由空间不足；过分依赖课件，缺乏情境设计。为了提高课堂效率，可以对上述问题进行优化：在课堂教学中，联系学生日常生活，提高课堂的趣味性，让学生的学习更轻松欢快；提高课堂提问、作业、讨论的质量；平衡减负和提效的关系；课件与交流讨论相结合，拉近与学生的距离。除此以外，还需要注重对趣味科学游戏和信息技术的使用，在提高课堂趣味性的同时，也能够从不同的方面培养学生的科学思维能力。