STEM教育在初中科学中的融合

摘要：在新课标改革背景下，文章基于STEM理念相关知识，结合初中科学教学内容初步确定STEM教育教学融合的基本原则、实施流程。在此基础上，以浙教版《植物与土壤》教学为例重构课程内容，设计并实践出符合学生认知特征与发展能力的STEM项目课程，以期激发学生的学习积极性，提升初中科学课堂教学效率，全面培养学生的探究能力与科学素养。

关键词：STEM;初中科学;教学融合

随着科学技术发展，复合型人才成为未来社会的重要人才需求。STEM教育是一种跨学科整合的教育理念，涉及科学、技术、工程、数学领域，要求以学科内容为核心，构造具有跨学科融合理念的项目式教学模式。初中科学包含地理、物理、生物、化学等多领域知识，将STEM教育理念融入初中科学教学中，不仅有利于将抽象的理论知识具象化，还促使学生在探究过程运用跨学科工程思想，使学生将理论知识与实际生活紧密联系，进而实现新时代背景下的初中科学教学目的。

一、 基于STEM理念的初中科学教学原则

查阅国内外STEM理念在中小学教育领域的教学原则，在此将结合我国初中科学课程性质与教学内容对STEM教育原则作出适度调整，分别从教学目标、情境创设、项目设计、教学要求方面阐述基于STEM理念的初中科学教学原则。

（一）教学目标

充分调用所整合学科内容，习得物理、化学、生物方面的理论知识与相关技能。

（二）情境创设

围绕初中科学教材核心，以技术、工程为背景贴近学生真实生活与经验，整合基于数学、科学、工程、技术元素的情境主题。

（三）项目设计

项目设计应严格遵循跨学科性、真实性与创造性原则。

（1）跨学科性指依托多个学科搭建桥梁，围绕科学课程探究与学习其他STEM知识;

（2）真实性指STEM教育融入复杂、真实世界，引导学生将课堂知识迁移至现实生活中;

（3）创造性指通过STEM教育激发学生的高阶思维能力。

（四）教学要求

（1）以项目任务、问题解决驱动，促使学生在主动探究过程中实现学科融合，完成新旧知识的衔接与架构;

（2）以学生为课堂主体，强调团队的合作与交流;

（3）多元评价与自我反思，给予学生及时反馈与调整的机会。

二、 教学实践：《植物与土壤》STEM教学案例

（一）设计思路

“植物生长”是初中科学教学中的一个重要概念，《植物与土壤》是浙教版八年级下册第三章第1节内容，涉及生物与化学知识，阐述了土壤中的各种元素对植物生长的影响，植物细胞的吸水与失水反应等。学生需要通过实验对植物生长影响因素作出一步步探究。其中，细胞吸水、失水实验容易观察，而元素影响变化不容易观察，需教师协助引导。结合STEM理念下的初中科学教学原则与框架，建立以问题驱动式的STEM教学活动，要求学生以小组为中心，以工程师视角观察与记录表格，分析与归纳植物与土壤的关系。

（二）教学重难点

重点：观察植物失水、吸水的变化状态;分析土壤元素对植物生长的影响

难点：植物细胞失水与吸水的原理

（三）跨学科内容

科学：掌握科学分析方法，了解与建构植物与土壤关系的科学知识。

技术：利用小刀、显微镜、烧杯、量筒等工具，逐步剖析植物生长与土壤的关系。

工程：反复试验、分析、推理植物与土壤的关系，并以严谨态度记录表格。

数学：计算并控制相应容积、高度、刻度、浓度等实验变量。

（四）教学过程

基于STEM理念的初中科学教学主体分为教师（引导者、组织者）与学生（探索者、完成者），在此将以对两者的教学活动进行综合处理，整合为四个环节的初中科学STEM教学过程。

环节一：创设情境，确定主题

由于本课需要重点掌握两个知识点，因此在课堂开始创设两个教学情境。

（1）针对植物细胞吸水与失水变化，教师准备两份凉拌黄瓜，一份用盐腌制过，另一份未放任何佐料。请同学品尝，并判断哪份水分更充足？

（2）创设科学情境，借助多媒体工具营造火星表面，提出问题：“火星土壤能种植植物吗？”

该环节主体为教师，要求教师对教材内容作出全面掌握，通过分析学生认知情况与最近发展区，遵循情境创设原则设计出贴近生活，激发学生兴趣的教学情境;而学生在此环节需明确项目主题，为后续知识建构奠定基础。

环节二：解释核心概念，讲解观察实验的基本步骤

为确保学生顺利探究STEM项目，将科学知识融入、迁移至项目任务中，教师需在课程伊始向学生解释核心概念，而学生在此期间能够从中获得新旧知识的衔接与建构。

情境创设后，学生依据现场感受与以往经验思考上述问题，此时教师不必急于宣布答案，而向学生揭示教学内容，解释细胞吸水、失水，各种无机盐的核心概念。按照从植物外部到内部、由浅至深的、由简单至复杂的实验顺序，指导学生对照任务单对植物状态进行观察与记录。

环节三：小组协作，项目探究

该环节强调学生主体，要求学生按照教师下发的项目任务单，围绕问题明确任务具体要求、各自提出解决方案、观察分析并记录实验现象，进行如下问题的讨论：

（1）植物吸水和失水的条件是什么？

（2）植物吸收水分的关键部位是哪里？

（3）可否用植物的吸水、失水原理解释生活、生产中的现象？

（4）土壤中常见的无机盐有什么？

（5）植物生长除了水外，还需要什么无机盐？

（6）查阅资料，分析火星土壤成分有什么？

（7）对照上述实验结果，分析火星土壤可以种植植物吗？

作为活动辅助者，教师应随时观察小组讨论动态，及时参与到小组团队中，与学生共同观察与分析實验现象，同时给予落后小组适当指导与帮助。

环节四：成果汇报、强化训练

以小组为单位将科学项目成果进行展示，不同小组可以互相评价对方的项目成果，并分享实验观察与推理过程中的思路。教师对学生探究成果的分析与总结，选取典型的任务成果作出针对性讲解，加深学生对科学知识点的正确理解、强化训练成果。

三、 结语

传统科学教学多局限于理论知识的单向灌输，忽略了学科之间的联系与学生的主观能动性。STEM教育将多学科零碎知识进行逻辑串联，使学生在新知学习过程中培养综合实践能力与创新能力。本文以《植物与土壤》为例，在培养学生科学素养的基础上融入STEM教育理念，充分利用STEM理念的开放性、综合性、实践性、丰富性特征，将传统初中科学课程转变为动态、深层、综合、人本的教学模式。教师在教学过程中，应充分吸收与借鉴STEM教育理念与方法，为全面培养学生综合素养作出进一步变革与推动。

参考文献：

[1]喻丹丹.融合STEM理念的初中科学教学实践探索[J].科学咨询：科技·管理，2020（3）：227.

作者简介：

黄坚钢，浙江省绍兴市，浙江省绍兴市柯桥区华舍中学。