基于STEM教育的小学科学“做思共生”教学设计

基于STEM教育的小学科学“做思共生”教学设计 【摘要】科学STEM活动是培养学生科学核心素养的重要载体。本文论述了基于STEM教育理念的小学科学“做思共生”教学设计要加强学科间的联系、以学生的已有知识经验为基础、以学生的生活为切入点，通过设计基本型、应用型、创新型的STEM“做思共生”科学活动，培养学生的科学综合素养。 【关键词】STEM教育 做思共生 小学科学 教学设计 【中图分类号】G 【文献标识码】A 【文章编号】0450-9889（2018）01A-0093-03 当前，教育界对核心素养的关注度特别高。核心素养主要是指学生应具备的，能够适应他们终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。延伸到科学学科领域，核心素养指的是学生通过科学学习形成的生态意识、理性思维、勇于探究、批判质疑、解决问题等方面的必备品格和关键能力。科学课程发展到今天，STEM教育已经成为科学课程改革的发展方向，是提升学生科学素养和实现科学教学“做思共生”的重要载体。STEM教育强调基于问题、基于工程设计、基于项目的学习，需要科学、技术、工程和数学的整合，这意味着科学教学要打破学科壁垒，要利用科学、技术、工程、数学等多学科相互关联的知识解决问题。在“科学素质教育”走向“科学素养教育”的过程中，STEM教育已经成为一种重要的载体。如何在STEM教育理念指导下开发出小学科学“做思共生”的教学设计，是值得教师深入研究的问题。 一、STEM“做思共生”科学教学设计的原则 STEM“做思共生”科学教学设计是为更好地培养学生综合科学素养服务的，所以，STEM“做思共生”科学教学设计要在一定的框架内进行操作，必需遵循一定的原则。 （一）教学目标应包含多学科的内容，加强学科间的联系 STEM“做思共生”科学教学设计的目标除了以科学学科的内容为主外，还要能够体现技术、工程和数学等学科的内容。各学科的教学目标要高度融合，逻辑性要强，要恰如其分，不能生硬地罗列。 （二）要以学生的已有知识经验为基础 STEM“做思共生”教学设计要让学生能在已有知识和经验的基础上探索出新的知识。因此，STEM“做思共生”科学教学设计必须把学生已有的知识经验纳入其中，使学生能在教学活动中引出已有的知识或想法，进而帮助他们建立起新的知识或巩固原有的知识。当然，在STEM“做思共生”科学教学设计中，也可以根据需要适当融入一些新的知识。如纸篓的研究活动中，命中率的计算方法对于四年级学生来说是新的数学知识，需要教师先进行方法指导。 （三）切入点要与学生生活密切相关 与学生生活密切相关的问题更容易引起学生的共鸣。因此，STEM“做思共生”科学教学设计要基于学生在学习、生活中遇到的问题，这样学生研究的欲望会更加强烈，参与活动的积极性会更高，更容易达成教学目标。 二、STEM“做思共生”科学教学设计的途径 一个好的STEM科学教学活动，不仅要有富有吸引力的内容，还要体现以学生为中心的教育理念和科学、技术、工程、数学的相互碰撞，更应着重培养学生综合解决问题的能力和创新能力。因此，STEM“做思共生”科学活动的设计并不是简单地将科学与工程、技术、数学组合起来，而是要把学生学习到的零碎知识与机械过程转变成探究世界相互联系的不同侧面。 （一）以科学教材中的探究活动为基础，设计基本型STEM“做思共生”科学教学活动 我们不要把STEM科学活动看成是“高大上”的东西，其实现行科学教材中的许多探究活动都含有STEM元素，只要稍加改造，吸收一些工程、技术活动的方法和思路，就可以转化为很好的STEM活动。科学探究活动主要是研究“为什么”的问题，工程技术活动主要解决“怎样做”的问题，而我们在探究“为什么”的过程中，往往伴随着“怎样做”的活动，这样就把科学的学习活动与工程技术的研究活动有机结合到一起了。 建桥梁（五年级下册）一课中有这样一个探究活动“不同类型的桥梁承受力一样吗？”，在教学过程中，我们重点研究了不同桥梁的承受力有何不同，对于怎样建造比较理想的桥梁却基本没有涉及。对于这个科学探究活动，我们可以这样进行转化：在学生提出问题并进行假设之后，组织学生设计实验方案并对自己的猜想进行?证；接着进行工程、技术和数学方面的引导“怎样设计能使建造起来的桥梁更结实、美观？”，让学生小组在简单交流之后，画出设计草图；再次交流后，指导学生修改设计图；各小组根据设计图建造桥梁；测试桥梁的承受力；分析数据，得出结论。其中的工程技术方面的活动，是为“不同类型的桥梁承受力一样吗？”这一科学探究活动服务的。简言之，这还是一节科学课，所以从总体上来说，这是一个很好的STEM“做思共生”科学教学设计。 在科学教材中，类似这样的探究活动还有很多，如降落伞折形状搭支架等，只要教师潜心研究、精心设计，就可以把这些科学探究活动转化成STEM科学“做思共生”活动。根据问题和任务的不同出发点，融入工程与技术，依据其内在的科学原理，科学探究问题可以转化为STEM问题；又因为解决工程问题时必然会涉及科学的知识和原理，所以从工程技术的角度出发设计的活动更容易达成科学、工程与技术的共同发展。 （二）以单元知识重组为基础，设计应用型STEM“做思共生”科学活动 科学学科的“学”一定要和“用”紧密地联系起来，只有这样，“学”才能更有意义。一个主题单元学过之后，学生积累了比较丰富的相关主题的知识，但是对于学生来说，这些知识可能还比较零碎，学生缺乏整体、系统的认识。这时候，如果通过一个STEM活动，让学生把单元中所学的知识在这个活动中应用，真正实现“学以致用”，那么对于知识的系统化形成将起到重要的推动作用。 电和磁这个单元的内容主要包括简单电路、导体和绝缘体以及判断暗盒里的电路、磁铁、电磁铁等。学完之后，可以根据单元的知识特点，设计一个“闯关”形式的STEM活动穿越电磁隧道。整个活动可以设计成三关： 第一关，寻找南门。先搭建好一个隧道，隧道有东、西、南、北四个入口，只有从南门才能安全进入。学生可以利用教师提供的器材，制作一个指南针，根据指南针的指示进入隧道。 第二关，点亮长明灯。隧道内一片漆黑，需要点亮长明灯才可以顺利前往。长明灯的开关是弹片式的，只有一直用磁铁吸引才能接通电流。但磁铁太重，必须做一个支架托着才可以。 第三关，放下吊桥。前进的通道上有一条河，河上有一座吊起来的吊桥，学生要在河边的一辆小车上绑上一块电磁铁，把小车推向河边停好。如果电磁铁伸出的一端长度适当，那么通电后，就可以通过吸引控制吊桥的开关，把吊桥放下来，人即可通过。 利用这样的STEM活动，学生可以真正理解并系统掌握本单元的科学知识，并逐渐内化为解决问题的能力，这才是科学教学的根本目的所在。 （三）以生活中的问题为核心，设计创新型STEM“做思共生”科学活动 科学学习的最终目标是解决生活中的问题。因此，教师平时可以有意识地围绕生活中的一些问题，设计开发成STEM“做思共生”科学活动，促进学生创新、创造能力的形成。这些问题的来源最好是学生在生活中遇到的问题，这样学生解决问题的欲望会更强烈些，有利于提高活动的效率。 比如，班级纸篓的周围经常散落着许多废纸，这是学生从远处对着纸篓扔废纸造成的。于是，有的学生就想：怎样让废纸都能扔进纸篓呢？这是一个很有研究价值的问题。把这个问题带到课堂上后，学生想出的办法可谓五花八门。经过交流和讨论，大家最终把目标集中在改良纸篓的结构上。方法确定之后，各小组设计、完善设计图。经过交流、对比、评价，学生一致认为在纸篓后面加上一块挡板的办法简单可行。各小组对纸篓进行设计之后，依据设计图给纸篓加装了挡板。随后又进行了多次测试和改进，最终的测试数据表明，纸篓加装挡板后，很少再有纸被扔到纸篓外。最后教师引导学生把课内的研究延伸到课外：如果想把我们设计的纸篓通过工厂生产后拿到市场上卖，你觉得还需要做哪些改进？课后根据你的想法，把纸篓再完善一下。 来源于学生生活中的问题，是STEM“做思共生”科学教学设计的主要资源。在实践中，教师要善于发现和利用这些资源，促进学生科学素养的不断提高。 三、STEM“做思共生”科学教学设计需要注意的问题 （一）处理好教学时间和教学内容之间的矛盾 相对于单纯的科学探究活动而言，STEM“做思共生”活动涉及的内容更加宽广，需要的探究时间就会相应地增加，一堂课往往解决不了问题，因此，教师要科学安排STEM活动的时间。通常可以将一个STEM活动按寻找解决方案、开展实验研究、成果展示交流、活动评价等阶段分为若干个课时来开展。当然，在具体实施过程中，可以根据实际情况灵活安排活动的时间。如，可以让学生在课后完成实验研究的过程，课堂上直接交流展示研究的结果；也可以把解决问题的方案放到课外完成，课堂上再进行交流评价等。 （二）教师要不断提高自身的STEM综合素养 一个STEM科学活动的教学需要多种知识和技能的融合，不仅需要科学方面的知识与研究方法，还需要工程技术手段的辅助。也就是说，作为一名STEM活动的指导教师不仅要有创造性思维，在遇到工程设计的问题时还要有设计的灵感、制作的技术。教师只有具备了这样的素质，才能在活动中激发学生的创造性，更好地指导学生的STEM活动。 STEM“做思共生”科学活动的教学具有适用面广、实施条件灵活等特点，对科学教师的综合素质要求远远高于其他学科。目前，农村地区的大部分科学教师专业知识还不够丰富，工程技术方面知识还显得单薄，不能满足STEM活动的指导要求，限制了STEM活动的开展。因此，科学教师要与时俱进，通过自学及各级培训汲取更加丰富的专业知识，学习工程设计制造等方面的技能，更好地适应STEM教育活动的要求。 （三）要打破学科领域的界限 一个STEM“做思共生”科学活动往往会涉及多领域、多学科的知识，教师在开发设计STEM活动时，不要受到学科领域的限制，思维要灵活、宽广，要大?融合，敢于创新。 如“研究空气动力小车”这个STEM“做思共生”科学活动，研究的内容就涉及动力的选择、小车的设计与制作、数据的测量与分析等，涵盖了科学、工程、技术、数学等学科知识，科学学科具体涉及物质世界领域的“运动与力”、地球与宇宙领域的“空气”，这样的有机融合，有利于学科知识的整合，更能激发学生的创造性思维。 科学与工程、技术、数学学科的有机融合，是STEM“做思共生”科学教学设计的基本方法，也是丰富学生科学探究活动的有效策略，是实现深层次学习、创造性学习、提高学生科学素养的重要方式。我们要深刻认识STEM科学活动的重要作用，设计出更多的精品STEM“做思共生”科学活动，努力将STEM教育引入科学课堂，不断推进科学课程改革向纵深发展。 【参考文献】 1黄晓，李扬.论STEM教育的特点J.江苏教育研究.2014（15）