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在小学科学教学中践行STEM教育的思考 房山区韩村河镇五侯中心校 高长征摘 要 知识经济时代教育目标之一是培养具有STEM素养的人才。反思“如何在小学科教学中践行STEM教育”后，我把探究STEM教育的侧重点放在了“技术”、“工程”上。在小学科学教学中，要践行“工程”教育，就要引导学生探究一些“难题”，让他们用自己的智慧去设计解决方案，并付诸实践。作为工程任务的“难题”的选择可以采用在“任务挑战”中教师发布的难题，还可以采用经过“头脑风暴”后遴选出的难题。工程教育要侧重方案设计，工程教育要关注工程的实施，工程教育要客观验收与评价，同时，工程教育过程与结果都要重视。STEM教育理念下的“技术”包括“方法、技能和手段”的学习、掌握与应用等相关联的活动方式、方法。技术教育从实操模仿开始。教师急需体系化的技术教育框架，急需深入浅出的技术培训。可以预见：如果教育顶层积极推动，教师的“stem素养”不断提高，社会多方协作，那么学生的“stem素养”也一定会得到提高。主题词 STEM教育 科学教学一、研究背景及问题的提出2006年1月31日，美国总统布什在其国情咨文中公布一项重要计划-美国竞争力计划，提出知识经济时代教育目标之一是培养具有STEM素养的人才，并称其为全球竞争力的关键。由此，美国在STEM教育方面不断加大投入，鼓励学生主修科学、技术、工程和数学，培养其科技理工素养。以美国为原点，STEM教育逐渐被教育界所关注。2016年，我区小学科学教师工作站也重点研修了STEM教育，通过学习，我意识到STEM教育理念对于我所教的小学科学非常重要，于是，我便提出了“如何在自己的小学科教学中践行STEM教育”的问题。二、核心概念的界定（一）STEM教育1.STEM中“S”代表科学（Science），“T”代表技术（Technology），“E”代表工程（Engineering），“M”代表数学（Mathematics）。2.STEM教育就是科学、技术、工程、数学的教育。(二)我在小学科学教学中践行STEM教育的侧重点 事实上，小学科学课程从事的就是科学教育，另外，小学数学课程已经相当成熟。因此，我把自己探究STEM教育的侧重点放在了“技术”、“工程”上。即：在小学科学教学中如何践行“技术”、“工程”教育。 三、在小学科学教学中践行“工程”教育“工程”是科学和数学的某种应用，通过这一应用，使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统和过程，是以最短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类有用的东西,将自然科学的理论应用到具体工农业生产部门中形成的各学科的总称。可见，STEM教育理念下的“工程”并不是简单地将科学与数学组合起来，而是要把学生学习到的零碎的知识与机械过程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。在小学科学教学中，要践行“工程”教育，就要引导学生探究一些“难题”，让他们用自己的智慧去设计解决方案，并付诸实践。（一）作为工程任务的“难题”的选择1.采用在“任务挑战”中教师发布的难题。这些“难题”其实已经有答案，只不过学生暂时还不知道。例如“如何用一枚吸管穿透一枚生土豆”、“怎样才能使气弓箭射程更远”等。在教师引导下有目的、有计划地进行探究。从效果上看，与我们曾经提倡的任务驱动教学法有异曲同工之妙。在“难题”任务的驱动下，学生会自主集中注意力，但在探究过程中，教师要实时关注，在必要时给予适当的协助。这样一来，“工程”成功的可能性就相对提高了，在成就感的激励下，更能激发学生对这种“高大尚的工程”的学习和研究的兴趣，从而培养学生的科学素养。其实，这些“工程难题”基本上是教师提供，多以“任务挑战”的形式发布给学生的。因此，在发布挑战任务时要考虑到“跳一跳摘桃子”的教育规律，既要有一定的难度，又不要难度太大。 2.采用经过“头脑风暴”后遴选出的难题，这些“难题”主要由学生结合自己的兴趣和生活提出的。这些难题一本分是学生暂时不了解的已知答案的问题，例如：“3D打印的原理是什么？”也有一些现在社会还没有定论边缘科学，例如：“宇宙之外是什么？”当然也有一些没有研究意义的所谓难题。因此，在征集到的“难题”面前，我们要与学生一起筛选一下，去掉那些研究不了的，去掉那些“不用研究就能知道答案的”，再去掉那些“没有研究意义的”。最后悬着出适当的难题作工程任务。 （二）工程教育的几点建议：1. 工程教育要侧重方案设计。工程教育主要培养学生应用科学解决实际问题的能力，要充分地发挥学生的积极性和自主性，其中根据工程任务设计方案就成了关键。我觉得在这个方面有必要全盘考虑，也就是说在整个小学科学教学课程中全盘考虑。起始阶段，必须给学生提供一个范例，最好是来自学生（他们的师哥师姐）中的成功范例。还有必要给他们提供一套方法和模式。也就是要从哪些地方去设计。这个阶段至少要经过一个学年。发展阶段，重点要知道学生调整方案，让学生在调整自己的方案中增长自己设计经验，提高设计能力。这个阶段至少也要经过一个学年。成熟阶段，对学生的设计方案只提供建议，不参与决策。只有这样才能更大程度地锻炼学生。2.工程教育要关注工程的实施，对于学生已决定下来的设计方案要付诸实践的时候，教师要放弃“工程师”和“攻坚先锋”的角色，要做好一个“工程监理”。只问工程进度，只关心工程质量。当然，在学生遇到难以解决的关卡时，教师也要提醒学生可以获取解决方案的途径，但不能代替学生解决。3.工程教育要客观验收与评价，对于一项工程来说，验收和评价是至关重要的，而对于工程教育来说，验收和评价也是不容忽视环节。记得2016年10月21日鲍勃基波教授在为我们培训时曾布置一个“用一张纸挑起一串钥匙”的任务，当学员们按照自己的设计做出成品后，鲍勃教授分别用一串钥匙去验收，对于达到标准的学员用真诚的赞扬进行了评价。这虽然是一项微小的的工程教育，但总览整个小学科学，你会发现：正是这些微小的工程教育组成了工程教育体系，培养了学生的工程素养。（三）工程教育中，过程与结果都要重视1.有一种说法是：“结果不重要，重要的是过程”。在工程教育中，从领取任务，到设计方案；从付诸实施，到验收评价；整个过程无疑都是重要的，应该让学生全程经历，教师不要代劳。没有实践，没有经验的积累，学生的工程素养就无法养成。基于这个情况，不少教师提出：“过程要重于结果”。2.还有一种说法：“不看过程只看结果”。在现实社会中，对于一项工程，结果的优劣是至关重要的，很多时候，验收工程时对结果的重视程度远大于对过程的重视。没有结果的过程往往被当做“无用功”。基于这个情况，也有不少教师提出：“结果比过程更重要”。3.对于这两种者说法，我们要辩证地分析。不难发现“工程教育中，过程与结果都要重视”。重过程轻结果，会让学生误以为“只要我尝试了经历了就行了，成不成功无关重要”。这是危害很深的观念。它不是工程教育要达到的目的，更不是学生的工程素养。重结果轻过程，虽然与现实社会功利性评价相适应，但忽视过程的体验反思就很难积累经验，更不用说“举一反三、触类旁通”。因此，在工程教育中，过程与结果犹如车之两轮，缺一不可。四、在小学科学中践行“技术”教育“技术”是人类为了满足自身的需求和愿望，遵循自然规律，在长期利用和改造自然的过程中，积累起来的知识、经验、技巧和手段，是人类利用自然改造自然的方法、技能和手段的总和，但是也是需在实际中多多磨练，才能找到自己技术所在的。可见，STEM教育理念下的“技术”包括“方法、技能和手段”的学习、掌握与应用等相关联的活动方式、方法。 （一）技术教育意义深远 2016年10月26日，我们在“兴华国际青少年科技运动会参赛组织者高级研修班”的学习中遇到这样一个项目，要求用5张A4纸搭建一个结构，使得小球下降速度减慢。于是我和搭档一起设计，觉得用四根三棱柱配合“U”形纸槽效果最好。经过一番计算，确定好尺寸，开始制作。结果用了2个多小时，只完成了全部设计的30%，连实验都没做成。 在这次学习中，我和搭档成功的完成了气弓箭的设计制作。在粘合气弓箭的箭体时，我们采用了内部粘合技术，在众多作品中获得了成功。这次失败和成功，让我再次感到技术的重要。一个设计要变成现实，没有相应的技术支持是不能实现的。（二）技术教育从实操模仿开始1.点燃酒精灯的微小技术记得我在五年级的一节公开课上，要求学生点燃酒精灯给蜡加热。但是，有的学生用5根火柴页眉点燃酒精灯，原来她还没有掌握划然火柴的技巧，更不没有让火柴燃烧时间增长的经验。于是，我演示了一遍划燃火柴，点燃酒精灯要求他模仿。于是她掌握了这个“非常简单的技术”。这虽然是一项微小的的技术教育，但与工程教育一样，正是这些微小的技术教育组成了技术教育体系，培养了学生的技术素养。2.窝弯衣架原来可以这样2016年10月21日鲍勃基波教授在为我们培训时，要求大家把一个晾衣架窝弯作为投石器的“炮台”。但我们面对晾衣架犯了难，因为没有钳子。此时，鲍勃基波教授走到我们身边，把晾衣架放在桌角，利用“杠杆原理”，很轻松的把晾衣架窝弯了。我们恍然大悟，这么简单的道理谁都懂，但要把它应用到实际工作中就不是人人都能想到的。可见，“实操”是形成技术的不由之路。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”正是这个道理。 （三）技术教育的几点建议 1.教师急需体系化的技术教育框架 当今社会，技术种类不计其数，而我们的小学科学教学要承担那些技术的教育就成了每一位关注技术教育的教师面临的问题。在没有相对明确的标准（小学科学课程标准还在“途中”）之前，我们没有系统化的技术教育。所以，作为一线教师，我们急需系统化的技术教育框架。 2.教师急需深入浅出的技术培训 2016年11月9日，我们在科技中心“机器人”的培训中，许多老师听得云里雾里，操作时不知所措。一个关灯程序就难住了一大片学员。不得不承认，现在从事小学科学教学的教师技术素养很不乐观。能完成教材中涉及到的实验就算不错了。因此，我们急需技术培训，而且是深入浅出的技术培训。 五、小学科学中践行“STEM教育” 当我们在考虑如何将STEM教育引入小学科学课堂时，必须将它们看作4种素养的培养，还必须把这四种素养与学生的核心素养结合起来，融合在一起，才能织出绚丽的画卷。虽然目前，我们对于STEM教育的探索还在萌芽阶段，但我们可以预见：如果教育顶层积极推动，教师的“stem素养”不断提高，社会多方协作，那么学生的“