STEM教学在小学科学课程设计中的应用

陈启明

2015年12月美国基于美国STEM相关人才日益匮乏的现状，颁布了STEM教育法案，由此，对STEM教育设定了全新的详细的发展规划。 STEM教学在国内外均受到了较大的重视。但对于STEM教学在我国小学科学课程设计中该如何应用呢？本文笔者围绕于此提出了自己的看法，以期为STEM教学在我国小学科学课程设计中的合理化应用尽绵薄之力。

一、STEM教育的概念

STEM即科学、技术、工程、数学英文首字母的缩写，最早由美国国家科学基金会提出，但其提出伊始并未受到人们的重视，直至近些年来，美国在科学、技术、工程、数学领域的人才日益匮乏，这才引起了美国政府的重视，并由此投入大量资金发展STEM教育以培养STEM人才。2015年STEM教育法案出台，其对STEM教育设定了新的发展动向，并从不同视角出发对其做出了详细规划。

二、STEM教学在小学科学课程设计中的应用模式

笔者依据STEM教学具体教学目标的不同，将小学科学课程设计中的应用模式划分为验证型、探究型、制造型与创造型四种不同的模式，并结合相关案例分别予以探讨。

（一）验证型应用模式

对于验证型应用模式，其教学目标是完成对定律、现象等已知结论的验证。明确问题、设计方案、评估方案、实施方案、分析数据、分享反思构成了该应用模式的基本步骤。比如在《验证牛顿第二定律——力使物体获得加速度》的课程设计，其基本应用流程应该如下：（1）明确问题：外力的作用促使物体运动状态发生改变，并通过亲身实验对此做出验证；（2）设计方案：利用相关工具，包括打点计时器、砝码、小车等，并分组对此做出相应的方案设计；（3）评估方案：通过老师或同学间的相互探讨，对此方案予以改进，以保证其可行性；（4）实施方案：对方案进行合理化分工，有步骤地对其做出验证；（5）分析数据：利用智能工具对数据做出处理，筛选出有效数据，并做出细致分析，以保证结果的科学性；（6）分享反思：对实验活动予以分享，做出互相评价，并在他人的建议下对实验步骤做出反思与改进，此外，老师对此要做出积极的点评与总结。

（二）探究型应用模式

对于探究型应用模式，其教学目标是对未知现象予以发现或做出解释。发现问题、收集证据、分析数据、解释结论、分享反思构成了探究型应用模式的基本步骤。对此，笔者结合美国科罗拉多大学博尔德分校工程学院关于空气污染的STEM课程做出具体分析。其步骤如下：（1）学生通过对空气的构成、性质等知识的调查或了解，利用果拼图和饼状图对空气成分予以展示；（2）通过学习对空气质量指数概念有清晰的认识，基于此创制反映空气质量指数信息的图表，对图表的应用方法做出合理化解释，并对空气污染的来源做出探究；（3）了解大气运动对污染物移动的影响；（4）制作简易模型，对溫室效应做出了解释；（5）对地球臭氧空洞的成因及其影响做出讨论，并研究工程师所采取的弥补措施；（6）对室内污染物来源予以识别，并研究其防范或减轻措施；（7）建立、观察治理空气污染的简单模型，使学生对治理和、防止空气污染技术予以认识与体验。该STEM课程以工程学为着眼点对与我们生活有密切联系的空气污染问题做出了探究，对学生使用该方法认识和解释问题起到了强化的作用。

（三）制造型应用模式

制造型应用模式以综合运用STEM知识对已有形态物品做出生产或改良为其教学目标，以培养学生的工程实践能力。对于其基本步骤，包括情境引入、设备培训、模仿制造、知识讲解、协同改进、分享反思。对于该应用模式，笔者结合MIT动手创新课程中制作电报机的课程做出具体叙述。（1）情境引入：古今是如何进行远距离信息传输的呢？（2）设备培训：通过培训增强学生对电报机的认识与了解；（3）模仿制造：基于相关知识的掌控，制造电报机简单模型；（4）知识讲解：老师对电报机的原理及其构成进行详细讲解；（5）协同改进：对各组所制造的发动机模型做出讨论，并分析其需要改进之处；（6）分享反思：学生对实验活动提出看法，引导学生做出进一步思考，比如保证电报机传播的有效路径等。通过制造过程，学生将知识与实践做出了融合，对学生的兴趣也得到了提升。

（四）创造型应用模式

创造型应用模式是指通过对STEM知识的综合运用以实现学生对创新物品的设计或创造。情境引入、创新引导、协同设计、制造验证、应用改进、分享反思构成了该模式的实施步骤。对于此，笔者将结合波士顿科学博物馆EiE项目做出具体阐述。EiE项目作为STEM教学的典型，融合了工程、技术与科学学科，其具体的教学步骤如下：（1）情境引入：为学生讲解Emily报警器的故事，使学生对工程设计有初步的认识；（2）创新引导：引导学生对电的基本知识予以认识与理解，并进一步引导其对电路的基本构成、工作原理等予以掌握，同时要求其绘制电路的工作原理图；（3）协同设计：绘制报警电路系统图，并对报警电路系统做出设计，并对其设计原理做出合理化解释；（4）制造验证：通过实践检验与讨论，对报警电路系统验证，看其能否有效工作；（5）应用改进：通过讨论，发现其需要改进之处，并进行优化；（6）分享反思：对创新作品予以分享，并通过与观众的交流，反思其该如何进一步予以优化。创造型应用模式为学生提供了一个头脑风暴的平台，有利于学生综合技能的提升。

三、结束语

STEM教学以培养学生综合处理现实问题能力为其目标，而这一目标也是我国教育所忽视的，我国虽然并不缺乏STEM独立学科的设置与学习，但我国学习者STEM素养普遍欠缺，这与我国长期对知识理解与应用的不重视不无关系。因此，我国应借鉴美国的相关经验积极推进STEM教学。如今 STEM教学在我国的建立了相应的试点并在全国逐渐展开，这对中国教育与人才培养而言无疑是有利的。

【作者单位：昆山市柏庐实验小学 江苏】