应用STEM教育理念开展小学科学教学

张征波

摘 要：从什么是STEM教育概念展开，阐述了在小学科学教学中应用STEM教育理念的意义;如何在小学科学教学中开展STEM教育及在小学科学教学中开展STEM教育应注意的问题。

关键词：STEM教育;教育理念;小学科学

一、什么是STEM教育

STEM是Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Mathematics（数学）的首个字母缩写，它将科学、技术、工程和数学学科进行融合，使原本分散的四门学科形成了一个整体。STEM教育并不是科学、技术、工程和数学四门学科教育的简单叠加，而是将这四门学科内容整合形成有机整体，从而实现更好地培养学生的创新精神与实践能力。STEM教育强调这四门学科领域之间的内在联系，强调让学生亲历一系列有内在联系的内容学习，达到培养他们综合解决实际问题能力的目的。STEM课堂的特点就是强调学生的设计能力与问题解决能力。基于STEM教育的教学活动要求把学生学习到的各门学科中相对独立的学科知识与能力转变成一个探究世间事物之间相互联系的过程。

二、小学科学教学中应用STEM教育理念的意义

（一）STEM教育课程内容在小学科学教材中占有重要地位

现行的小学科学教材涉及不少STEM教育内容，以教科版科学教材为例涉及设计与制造的有：《做一个太阳能热水器》《设计制作小赛车》《造一艘小船》《设计制作一个保温杯》《做一个一分钟计时器》《用纸造一座桥》《做个指南针》《做个小开关》等这些内容涉及三至六年级教材;涉及工业产品拆解的有：《神奇的小电动机》《自行车上的简单机械》;涉及问题方案解决的有《减少对土地的侵蚀》《污水和污水的处理》《保护我们的视力》《减慢食物的变质速度》等。从上述对教科版小学科学教材内容的分析中，可见小学科学教材中涉及相当数量的STEM教育课程内容。因此在小学科学教学中如何将STEM教育理念渗透到小学科学教学中就显得尤为重要了。

（二）STEM教育有利于提高学生解决实际问题的能力

STEM教育课程教学是将学生置于一个个项目主题学习中，通过要求学生在工程设计（如设计制作小赛车）、工业产品研究（如拆卸一个小电动机，探究其中的结构组成和工作原理）、问题解决（如研究减少对土地的侵蚀）等方面进行跨学科学习，利用科学、工程、技术、数学等知识进行项目分析，让学生通过对问题的讨论、分析、构建、设计模型，发现并解决实际问题。从而塑造出多学科知识交叉融合和综合运用的环境，进而让学生有机会接触到真实的技术世界而非仅局限于科学理论的学习，这对增强学生的创新能力和实践能力具有重要意义。

（三）STEM教育有利于激发学生学习科学的兴趣

STEM教育具有明显的趣味性特征，它有利于激发学生学习科学的热情。在STEM教育实施过程中，教师可以将多门学科的知识融入许多有趣的、与生活实际紧密联系的相关问题中，从而激起学生参与学习的兴趣。STEM教育的教学过程强调学习主体的参与性和分享性，让学生分享创造成功的喜悦。小学生天性好玩好动，对于设计制作产品会产生浓厚的兴趣，如教科版科学教材五年级上册教材第四单元最后一课就安排《设计制作小赛车》这一涉及STEM教育课程教学内容。在这个内容的学习中学生对于设计制作一辆小赛车产生了浓厚的兴趣，各学习小组利用各种材料设计出各种各样的赛车。在小车动力设计上，有使用马达驱动的，也有利用所学的弹力做动力，还有使用反冲力做动力的等。在小车材料使用上，有使用泡沫塑料的，也有使用金属材料的，还有使用木头的等。在整个教学过程中学生表现出浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲表现欲，从而达到了较好的教学效果。

（四）STEM教育有利于培養学生的团队协作能力

STEM教育是一种基于项目主题的教学活动，项目主题往往是与学生生活实际紧密相关的。学生在完成项目任务过程中往往离不开与其他同学合作、交流、讨论和教师或专家的指导。既需要学生和学生之间的相互团结协作，也需要学生和教师之间相互密切配合。学生通过教师指导，与同学的交流获得他们需要的帮助，实现问题的解决。例如在教科版科学六年级上册教材中《造一座纸桥》这一课时，学生在完成建造纸桥的过程中，需要小组成员分工合作开展活动。在纸桥的设计过程中需要小组成员展开讨论确定所建造的桥型;在纸桥制作过程中需要小组成员相互分工合作，确定裁纸、摆位、粘连;在纸桥承重测试过程中同样需要小组成员分工合作摆放重物，记录数据。总之，一个STEM教育项目主题的完成都是团队协作的结果。

三、如何在小学科学教学中开展STEM教育

（一）选择合适的教学内容

在开展STEM教育中，项目的选择是一个关键环节，它可能决定了STEM教育课程教学的成败。要注重项目的难易程度，贴近学生的生活实际。无论是基于产品，还是基于工程项目的STEM课程，学校都应根据自身定位、发展理念和地域特色，选择开发合适的项目载体，并积极利用校外教育资源，与其他学科的教师合作，从课程、教法、教具、学生学习等多个角度开展深入而系统的研究。学校还应根据教情、学情，循序渐进，分步实施，拒绝那些不具备复制性的典型和浮夸的案例。在教学过程中，教师要选择与生活密切相关的科学问题，把学生分成小组组织教学活动，开展实验的设计、操作、分析。通过实践参与，提高学生学习科学的兴趣，培养动手能力，让学生在实际参与过程中学到科学知识，掌握科学技能。

（二）改进小学科学教学方法

STEM教育不仅主张通过教师讲授和学生自学习获得抽象知识，更强调学生自己动手、动脑自主参与学习过程。它提供了让学生动手做的学习体验机会，学生可以用所学的数学、科学和工程技术知识来解决现实世界问题，通过发现、分析、设计、建构并解决问题。因此，开展STEM教育活动要改变传统的教学方式，使学生由知识的被动接受者转变为项目的设计制作主动参与者。让学生通过项目的选择、讨论、分析、设计、制作、评价和反思培养学习科学的兴趣，树立科学精神，掌握科学方法和养成科学思维。例如，在教学教科版科学五年级上册教材《做个太阳能热水器》活动过程中，学生会体验到太阳能热水器制作的知识，不仅获得结果性知识——太阳能热水器的设计原理，还习得蕴含在太阳能热水器制作中的过程性知识。这种在参与式、体验式的习得知识的学习方式对于学生今后的生活、学习、工作，乃至于长远发展会产生深刻影响。

（三）提供必要的教学场地器材拓宽科学学习阵地

STEM教育作为促进学生全方位发展的教育，硬件与软件资源对STEM教育的顺利开展起着关键作用。它和普通的科学教育不一样，各种STEM项目主题在实施中需要用到的器材众多，且很少为科学实验室常备器材。因此，工具及器材的配备是STEM项目推进的重要保障。我国小学目前普遍存在科学设施不足的问题，要实现STEM教育与小学科学的有机融合，就必须加大学校对科学仪器、科学设备的投入，建立起比较完善的STEM教学设施。学校在规划STEM教育课程时可以借助社会上的教育资源寻求广泛支持，如联合科技馆、博物馆、少年宫、创客空间等科普机构，让社会公共教育机构提供STEM教育场所和设计空间，尽可能让学生置身于社会大环境中，更好地满足学生多样化的学习需求。

（四）加强教师培训提高教师的STEM素质

重视STEM教育，首先要提高科学教师专业能力。一是要多渠道拓宽科学教师的来源，在新教师的招聘过程中适当招收一些工科背景的高校毕业生充实到科学教师队伍中。二是要重视教师的培养，要加强教师的在职培训。积极利用中小学教师继续教育平台开展在职科学教师的STEM教育项目培训，通过学习相关课程，提高科学教师的STEM教育素养。三是有条件的学校可以与当地科协、科技馆等社会团体和机构开展合作，组织“科学顾问团队”指导帮助科学教师提升实施STEM教育项目的能力。

四、在小学科学教学中開展STEM教育应注意的问题

（一）要立足校情扎实稳妥推进STEM教育

STEM教育是一项系统工程，它涉及的学科多、领域广，需要保障的条件多。在实施该项目时切忌追时髦、赶潮流、追求高大上。学校尽可能选择一些易操作、易推广、能解决实际问题的“接地气”的案例。学校可根据实际条件，包括硬件设施（场地、器材）和师资状况，扎实稳步推进STEM教育，务求取得实效。而不应人云亦云，不顾校情条件具备与否，盲目跟风开展STEM教育。这样既不利于STEM教育的顺利开展，甚至可能造成劳民伤财的后果，这不符合学校开展STEM教育的初衷。

（二）要立足于学情开展STEM教育

教师在将STEM教育引入科学课堂的同时，要注意区分不同年级学生的学习能力，有重点地组织教学。在教学过程中不能只重视STEM教育的形式，要根据学生的实际学习能力选择相应的项目主题，确定合适的教学目标，采用对应的教学手段。如小学一、二年级的学生在课堂教学时应侧重培养他们的学习兴趣，选择一些趣味性较强的科学实践活动，培养他们对科学学科的学习爱好;小学三、四年级的学生要重视培养他们解决简单问题的能力，在教学过程中可以选择简单制作，如教科版科学四年级下册教材中《做个小开关》;小学五、六年级的学生可以尝试让他们根据项目主题自主设计制作产品，如教科版科学五年级上册教材中《设计制作小赛车》等。

（三）开展STEM教育时要重视项目设计

STEM教育的实施依托一个个项目主题来实现，它最核心、最重要的工作是项目或问题的设计。STEM项目设计强调将科学知识学习蕴含于情境化的实际问题解决过程中，强调调动学生学习的积极性，让学生积极主动地利用学到的各学科的相关知识来设计解决方案，从而实现跨越学科界限提高学生解决实际问题的能力。STEM教育如果没有一个完善的结构化项目设计，会导致学生学习兴趣不浓，从而产生问题解决困难、学习效率不高、项目收获不大等一系列问题。STEM教育实施者最好依托一批系列化的STEM教育课程内容，并形成课程体系。如开展航模系列、船模系列、车模系列、桥梁设计系列、房屋建筑设计系列、常用工具设计系列等内容开发相应的STEM教育课程体系。

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