重视STEM教育开发生活化实验

〔摘""要〕"STEM教育与小学阶段的教学结合是目前学界关注的热点研究话题，也为小学科学的教学改革提供了新的指南。关注STEM教育，开发生活化实验，可显著提高学生的动手操作能力，提高其科学素养。本文分析了开发生活化科学实验的必要性，并以STEM教育作为出发点，从开发原则以及具体的开发策略上提出了小学科学生活化实验的具体开发方式和注意事项。〔关键词〕"小学科学；生活化实验；STEM教育；开发科学是小学阶段的一门重点学科，这门学科涵盖诸多内容，包括物质科学、地球与宇宙科学、生命科学、技术与工程几个领域。在小学科学教学中，实验是一个重点环节，通过实验，能够激起学生对科学探究的好奇心，对于他们的科学素养、学习兴趣的培养都具有积极的意义。从目前来看，小学科学实验开发是一个薄弱环节，对此，我们尝试以STEM教育为出发点开发生活化的实验，现将具体的开发方式和启示总结汇报如下。一、什么是STEM教育关于STEM教育的雏形，最早是由英国学者Ziman在1980年提出，他在《科学与社会的数学》一书中提出了“STS”概念，其中，S，T，S分别代表science，technology，Society，旨在提高学生参与社会公共事务的积极性，成为能够参与科技决策的综合型人才。随着社会的发展，环境问题也受到了高度关注，于是“STS”演变成了“STEM”。STEM教育的本质是科学、工程、技术、数学之间的有机融合，强调彰显出四门学科的联系，其目标是为了培育具备创造性思维能力、可以应用综合能力解决实际问题的优秀复合型人才。STEM教育倡导科学、技术、社会、环境之间的深度融合，要求在教学活动中为学生呈现社会问题和环境问题，让学生能够利用所学知识解决实际问题，从多个切入点实现科学与技术、所学内容和社会实践之间的深度结合，形成正确的观念，提高社会责任感。二、开发生活化科学实验的必要性（一）强化科学和生活之间的联系对于当代小学生而言，教材上的知识是无法满足其科学探究需求的，利用生活化实验，拉近了生活和实验之间的关系，能够进一步扩充科学教学的知识面，加深学生的理解，拓展学生的学习范围，生活变得更加精彩。通过实验和生活之间的联系，学生会发现在生活中处处都有科学知识，也正是科学的发展让生活变得方便又充满趣味。（二）提高科学课堂教学效果在目前的科学实验教学活动中，常常存在学生不重视、不主动参与的问题，整体的科学课堂氛围也比较沉闷，学习成效不理想。生活化的科学实验生动趣味、贴近生活，可以让学生主动参与科学学习，愿意听、愿意看，乐于参与科学活动，让科学课堂变得充满生机和趣味。利用各类生活化的科学小实验，也能够让学生从生活走向学习、从科学走入社会，对学生综合能力的锻炼非常有益。（三）有利于学生的科学知识学习小学阶段的科学教育处于启蒙阶段，旨在让学生对科学知识产生初步印象，通过生活化的科学实验，使科学知识看得见、摸得着，不再是抽象化的概念。应用生活化的科学实验来为学生展示科学现象，能够激发他们对科学知识的喜爱和好奇，帮助学生主动总结规律，高效地进行科学学习。（四）培育学生的科学能力和态度实验是科学发展的基础，人们从实验中观察现象、分析事实、总结规律，利用生活化的实验来展示科学现象，鼓励学生进行深度思考，那么，通过长期锻炼就能够为他们认识生活、认识世界提供一种范式。在解决科学问题的过程中，自然而然锻炼了学生的逻辑思维能力、观察理解能力和动手操作能力，还让学生能够实事求是、勤于思考、大胆质疑，这种科学的能力和态度能够让学生受益终身。三、关注STEM教育开发生活化实验策略（一）开发原则1.模型化原则。模型化原则要求在开发生活化实验的过程中，能够基于实物模型进行仔细研究，真实反映出客观物体，可以解释科学本质和发展规律。基于模型化原则，有助于帮助学生深刻掌握所学科学内容，使抽象的科学原理变得形象生动、直观具体。这种开发方式也能够充分挖掘学生的主观能动性，使之在不断完善的过程中积累和丰富经验，培养学生的创造性思维。2.生活化原则。生活化原则就是在小学科学实验的开发过程中，为每个环节赋予生活化的元素和味道，将学生在生活中所见、所闻的资源结合起来，充分发挥生活化资源的教育作用。3.仿生化原则。在人类社会中，很多工程和发明都是以大自然生物为原型，比如，飞机就是模仿鸟的身体和飞行特点发明出来的。STEM教育理念下的小学科学生活化实验开发需要遵循仿生化原则，对被模仿生物进行深度研究，建立对应的模型，让学生理解产品的制作过程和工作原理，激发学生的发明创造欲望，使学生产生热爱自然、保护自然的意识，感受大自然的乐趣和奥妙。4.创新性原则。创新性原则是在现有基础上对小学科学教材中的实验案例进行的创新和再造，利用各类生活化资源开展具有特色的实验设计，为实验活动赋予创新元素。具体来看，实验设计要以STEM教育作为出发点，将实验环节生活化，融入更多的创新元素，使生活资源与科学实验教学活动得以创新性地融合。5.安全性原则。在小学阶段的任何实验活动中，都要以安全作为首要原则，即开发实验活动、学生参与实验操作时，都不能对学生造成伤害，尽可能减少尖锐物品的使用。在操作前，要为学生介绍安全注意事项，保障学生的安全。（二）关注STEM教育开发生活化实验1.提高教师的综合素养。STEM教育理念下的小学科学生活化实验开发对教师的各项能力有了更高要求，教师需对STEM教育有正确的认识，在课前提前做好学情分析，了解学生现有能力，并根据STEM教育要求来科学开发生活化的实验。同时，教师要提高自身的科学素养。小学科学涵盖诸多门类的知识，包括生物、化学、物理等，STEM教育理念下的小学实验开发活动对教师的综合素质也有了更高要求。身为科学教师，要树立不断学习、终身学习的理念，提高文化底蕴和专业技能，既要给学生传授知识，还要有丰富的社会实践经验，要提高科学教学技能，理解实验内容，能够制订明确的生活化实验教学目标，在此基础上展开合理的设计。2.激发学生的参与兴趣。小学生活泼好动，对于新鲜事物有着浓厚的好奇心，但他们的注意力集中时间短，很容易受到周边环境的影响，STEM教育理念下的生活化实验开发首先要激发学生兴趣，营造出浓郁的实验学习氛围，提高学生参与实验的主观能动性。以《把种子播散到远处》为例，这一课的内容是要求学生在观察各种植物果实和种子的形态特点基础上对蒲公英种子的传播方式进行研究，在教学活动中，根据课程特点将实验目标确定为“联系蒲公英种子的结构，知晓降落伞的原理和用途”。经过理论知识的学习后，学生有了兴趣，且此前学生已经掌握了剪、贴等基本的操作要领，了解了植物果实和种子形态结构的特点，有了实验设计的经历，为了激发学生的参与兴趣，我先用一个谜语来活跃课堂氛围：“小伞兵随风吹，飞到东来飞到西，降落路边田野里，安家落户扎根基”——打一种常见植物。联系课堂所学的内容，学生很快就猜出是蒲公英，此时，引入实验探究活动——做一个降落伞。为了进一步引发学生的兴趣，我通过微课视频介绍了各种仿生化设计实验及其原理，让学生了解大自然的神奇，再出示降落伞的结构等，引导学生利用材料进行设计，建立降落伞模型。此时，学生的兴趣大为增加，各个小组在团结合作中完成了降落伞的制作。制作完毕后，组织各小组开展降落伞比赛，要求学生用数学测量方法统计、分析数据，体现出了STEM教育中不断改进的思想，对学生综合能力的锻炼颇有益处。3.以生活化实验导入教学内容。并非所有的生活化实验都要求学生自行操作，在科学内容的导入环节，也可利用生活化实验来引发学生兴趣，导入新课内容。如，在讲解“短路”的相关内容时，在课堂上播放提前录制好的演示实验：“在不小心将水倒入电线插座之后，电路出现了短路，电流表指针大幅偏转，导线温度迅速上升。”再引入情境：“一名小朋友在父母外出时，不小心将水洒入了桌边的插座中引发着火，火势迅速蔓延，万幸的是，小朋友在消防员叔叔的拯救下成功脱困。”以这一情境引导学生来思考：“如果在生活中遇到这样的情况应怎样解决呢？如何预防火灾的发生？”这种实验导入方式模拟了生活中的情境，能够吸引学生的注意力，让学生认识到短路及其危害，也强化了学生的安全意识，使课堂变得更加有效。4.以生活资源促进知识迁移。STEM教育理念下小学科学生活化实验开发主要应用的是各类生活化材料，尽管小学生随着年龄的增长，经验也慢慢丰富，但是由于平时在生活中缺乏动手操作的机会，他们的生活经验依然比较缺乏，无法灵活应用知识。因此，在明确实验目的、设计了实验方案之后，教师要对学生予以系统化的指导。一方面，要引导学生抓住问题的关键，在STEM教育理念下的实验中会涉及各种变量，但学生对变量的概念没有深入理解，这就导致部分学生不能很好地利用概念来分析变量。此时，教师要对学生予以科学指导，带领他们分析事物之间的联系，让他们具备变量控制意识。在实验中，他们发现，在没有支撑的情况下，西瓜皮拱桥一直无法拼接成功，不断地在打滑，但是在增加拱足之后，就能够维持拱桥的形态，即便在上面放置重物，拱桥也不会塌。在这一实验中，学生可以自行来控制变量，并且西瓜皮以及支撑物都是生活中非常易得的材料，在实验探究的过程中，学生通过观察、操作、演示来进行探究，很好地实现了知识内化。5.在实验探究中体会成功乐趣。基于STEM教育理念下的小学科学生活化实验开发，还需要强化科学、技术、工程之间的联系，在激发学生科学探究兴趣的同时使之了解科学的发展历程，能够如同科学家一样来不断地体验实验活动、改进实验过程，直至从中体会到成功的乐趣。生活化实验不是让学生单一完成一个实验，而是应从中收获探究精神，具备环保意识，具备终身学习的能力。如，在学习了“浮力”内容之后，可组织学生参与生活化实验——制造小船。考虑目前市面上所售的橡皮泥在放入水中之后都会溶解，对此，引导学生用生活中常见的材料——棉线、吸管等来自制小船，并分析影响小船承载力的因素，以对浮力的规律有初步了解。在这一实验探究活动中，学生需要小组合作来完成小船模型制作。首先确定船身吸管长度，小组之间交流意见，所选的吸管长度不同，大家制作出的小船大小也各有差异。制作期间为学生留出15～20分钟，接下来，各个小组选择其中一艘小船，置入提前准备的水槽，开展承重比赛，将硬币一一放入小船，要求学生在水位上升后做出标志，量出水位上升高度，