基于STEM模式的科学实验课改革

周勇 陈春梅

当今世界，STEM（ Science 科 学、Technology 技 术、Engineering 工 程、 Mathematics 数学的英文缩写）教育逐渐成为基础教育阶段科学教育的一门新兴课程，受到各国的关注和重视，并把STEM教育作为教育改革的重点方向。我校作为江苏省STEM项目试点校，也对STEM教育进行了实践推广，把融入科学教育作为改革的突破点，进行了卓有成效的改革。

一、在科学实验中突出STEM教育的探究性

科学课是一门注重探究的课程。科学的探究是为了理性地认识世界。STEM的探究则要综合运用多门学科知识，在没有专门的STEM课程的当下，科学课与STEM教育融合是一条很好的途径。在科学课上，我们注重让学生发现和提出问题，设计探究方案，挖掘知识点。例如，有的学生发现冬天我们穿棉衣觉得暖和，夏天穿棉衣觉得热得受不了，棉衣是不是产生了热量？棉衣到底产不产生热量呢？让学生自己合作设计研究方案，学生最初的方案是，有的同学用棉衣或棉花裹住一杯开水和温度计，观察温度计读数的变化;有的同学用棉衣或棉花裹住一杯冰激凌或雪糕之类低于常温的物体和温度计，观察温度计读数的变化;有的同学用棉衣或棉花裹住一个室温物体和温度计，观察温度计读数的变化。裹住开水的组实验结论是棉衣不产生热量还吸收热量;裹住低于常温物体的组实验结论是棉衣产生热量;裹住室温物体的组实验结论是棉衣不产生热量。学生在探究的过程中，需要融合科学（热传递理论）、技术（物体包裹、温度计使用）、工程（研究方案制订）、数学（正确读数）等学科。面对三种结论我们怎么解释呢？此时组织学生讨论物体温度的高低，顺理成章地得出热传递的理论。STEM教育本身就是多学科相互融合的教育，学生在探究的过程综合运用多个学科知识，促进其科学探究能力的提升。

这个世界许多的东西对于小学生来说是新鲜的，他们充满了好奇，他们想探究奥秘。我们要尊重孩子的发展，引导他们综合运用已有的经验和知识来探索未知的领域，发展他们的思维能力，解决他们心中的疑惑，发展他们的探究能力。

二、针对科学实验中工程类内容突出设计目标

教学《建高塔》一课时，讨论提出活动要求：用什么建？（规定可以用不大于25厘米的小棒子、不大于500毫升的矿泉水瓶、沙子作为主要建筑材料，连接材料绳子、皮筋、双面胶）。高度的确立，是垂直高度，不是斜面的长度。塔的评价指标：不容易倒（稳定），抗风能力测试;框架结实不变形。

明确了目标以后，围绕工程进行设计，学生在搭建高塔的活动中动手动脑。不断更新自己的认知，起初只是以为不断叠加就可以达到高的目的，在搭建的过程中发现稳定才能达到高度，层与层之间的连接很重要。重心、形状与抗弯曲能力等一连串的知识伴随着模型的建造而更新，同时增强了学生解决实际问题的能力。通过测试、评估及优化等环节，学生理解了工程概念。

STEM教育往往依托一个项目，综合运用多学科知识来实现项目的完成。在科学教材中有许多内容本身就是注重项目实践的，例如“设计小车”“造纸桥”等。在教学这些课程内容时，我们只要有意识地融入STEM教育，综合运用多门学科知识和能力，就可以更好地达到教学目标。

三、推行STEM教育培养学生创新能力

小学生的想象力是丰富的，然而經常是夸张式的。想象力往往又是创新的源泉，在既保护他们的想象力的同时，又要合理发展他们的创新能力。在实验活动中，我们采用了活动图法，确定活动前需要做什么、活动中做什么、活动后做什么、怎么评价这次科学活动。学生通过活动流程找出问题，分析问题，找到解决问题的方法;并学会通过流程分析，将复杂的任务分解，逐步找到解决问题的方法，提高学生的创新能力。例如做点亮小灯泡实验，实验前问学生需要哪些器材，而不是由教师事前直接准备好，这样学生就会分析灯泡的大小、电池电压，寻找易于连接的导线，为了方便实验甚至有人还拆了自己的手电筒。他们经过认真分析很容易发现器材的优缺点，在实验前就会对材料按需要进行改变。小学生创新往往是从微创新开始，对现有材料、工具等做微小的变化，对现有产品再设计，有的甚至就是复制现有作品，一开始很难有颠覆性的创造，但是他们创新思维的在萌发，这正是我们进行STEM 教育所期盼的。他们在正式活动中还会发现不足与问题，通过不断地动脑解决问题、探索创新，他们良好的创新思维习惯在慢慢养成。实验结束后整理器材、整理记录、活动评价必不可少，除对养成习惯很重要外，在收拾整理的过程中他们会发现很多技巧;尤其是对活动的评价，可以帮助学生全面完整地认识本次活动，找到自己的创新点，能根据实验的需要进行活动设计与创造。

通过以上的改革，小学科学实验课既能看到学生主体作用的发挥，还能看到知识融通与应用、系统设计与创新、物化实践与表达等STEM教育所追求的核心素养。小学科学与STEM教育有机融合，加强了学生多种知识与技能的融合，可以有效提升小学生的综合素质，促进学生综合素养的形成。