基于STEM理念的“技术与工程”教学实践与探索

◇刘远谨（浙江：温州外国语小学）

《义务教育小学科学课程标准（2017 版）》将“技术与工程”列为与“物质科学”“生命科学”和“地球与宇宙科学”并列的一个领域。“技术与工程”课程内容明确指出：“倡导跨学科学习方式。科学（science）、技术（technology）、工程（engineering）、数学（mathematics），即STEM 教育，是一种以项目学习、问题解决为导向的课堂组织方式，有利于学生创新能力的培养。”笔者认为，基于STEM 理念的小学科学“技术与工程”的教学研究，是实施STEM 教育的有效路径之一。

一、审视：基于STEM理念的小学科学教育导向

（一）学习需求：建构项目式学习的一种途径

学生是课堂的中心，课堂是能够满足学生各种需求的重要学习场所。首先，学生的认知特点是多样的、复杂的和层次不一的，应该得到满足；其次，学生展示或暴露自己的想法的方式是多样的，同样应该得到满足。因此，STEM 教育理念下的项目式学习可以多方面满足或顺应基于学生认知特点的需求。

（二）方法认可：实现有效教学的一种尝试

小学科学课堂倡导探究式学习。首先，探究能够实现多维聚焦，包括实验前的方案设计、过程中的实验信息、实验后的研讨交流。其次，学生在这个大空间里形成想象、矛盾和思考。因此，STEM 教育理念下的“技术与工程”提倡以项目式教学方式将学生零散碎片的知识概念与机械过程转变成一个探究世界相互联系的学习动态过程。

（三）素养追求：对接核心素养的一种视野

在21 世纪，合作学习、批判性思维、创新创造和沟通交流等4C（collabortion, critical,creativity, communication）能力是大部分国际组织和国家关注的核心素养。STEM 教育理念强调工程设计思维，鼓励学生像工程师一样去设计，解决生活生产中的实际问题。

二、架构：基于STEM 理念的小学科学“技术与工程”学习内容

笔者基于科学概念、教学目标、学生学情等视角，挖掘小学科学“技术与工程”领域中的学习主题。以工程设计为核心的STEM 教育和探究为核心的科学学习都是基于前认知进行内容架构，但两者之间也存在差异（见表1）。STEM 教育更凸显学科融合思维，关注真实问题情境的学习过程、真实问题解决以及项目物化成果呈现。

表1 分析STEM教育与科学探究的差异性

基于STEM 教育理念与学习进阶理论，笔者将“技术与工程”领域的学习内容进行分类，梳理架构低阶（渗透—体验型）、进阶（嵌入—应用型）和高阶（专题—实践型）三大实施类型（见表2与表3）。

表2 “技术与工程”领域的科学知识学段目标

表3 “技术与工程”领域的学习内容

三、践行：基于STEM 理念的“发现—探究—设计—实践”教学模式

《义务教育小学科学课程标准（2017 版）》指出，通过“技术与工程”领域的学习，养成以最优策略来解决实际问题。为融合STEM 教育和小学科学教学，笔者尝试提出“发现—探究—设计—实践”的课堂教学模式（见图1）

图1 “发现—探究—设计—实践”课堂教学模式

整个教学设计模型的建构与细化以活动为出发点，活动要素分别有发现问题、科学探究、工程设计和实践反思四个步骤，它们构成了课堂教学模式。每个环节中兼具教师活动和学生活动。

（一）发现问题

教师引导学生在真实情境中发现问题并提出问题。基于STEM 教育具有情境性的特点，STEM 教育理念下的教学设计应该将结构化的知识融入真实的情境，让学生能在情境中发现问题并对问题产生好奇和想要探究的欲望。

（二）科学探究

教师指导学生开展知识建构。基于STEM教育具有实践性的特点，STEM 教育理念下的科学探究应该鼓励学生主动参与实践活动，在实践过程中加深对科学知识的理解，提升学生的科学素养和解决实际问题的能力。

（三）工程设计

学生基于科学探究的结果开展工程设计。基于STEM 教育具有设计性的特点，STEM 教育理念下的活动设计应该突出工程设计，教师应指导学生了解工程设计的流程，组织学生对研究的问题进行分析，提出设计方案，个人或集体进行方案论证，再选择合适的材料进行制作与测试。

（四）实践反思

教师和学生在评价后进行反思与改进的活动。基于STEM 教育具有实践性的特点，STEM教育理念下的教学设计应该鼓励学生解决生活中的实际问题，在多次测试过程中不断改进、完善作品，从而帮助学生进行更高阶的项目研究。

基于科学概念、STEM 教育与学情等视角，笔者选择二年级下册《做一个指南针》作为教学案例，以此为内容进行STEM 教育理念下的教学设计与实践教学。并依据小学科学素养评分标准对学生的学习过程和学习成果进行评价，验证STEM 理念下小学科学“技术与工程”的教学设计的操作性和有效性（见表4）。

表4 《做一个指南针》教学设计

为了得出研究结论，本文需要设计测评工具对常规教学的学生和参加研究教学的学生在学习兴趣、问题解决能力和科学素养方面做出比较分析。通过测评结果来判断STEM 教育理念下小学科学“技术与工程”的教学设计是否有效激发学生的学习兴趣和提高学生的问题解决能力。本文确定了两个研究工具是学生学习兴趣问卷调查和小学科学素养评分标准（见附件1、2）。

1.学生学习兴趣问卷调查结果分析（附件1）

针对学生学习感受和学习情感给出了3 个不同程度的评价选择，分别是完全符合3 分、比较符合2分和完全不符合1分。笔者对学生学习兴趣问卷调查的结果进行统计与分析，分别计算实验组和对照组每个学生的得分，并计算出平均分。结果表明，实验组学生问卷调查的平均分为28.2 分，对照组学生问卷调查的平均分为22.6分，实验组学生的平均分高于对照组学生的平均分5.6 分。由此可见，STEM 教育理念下小学科学“技术与工程”是能激发学生的学习兴趣的（见表5）。

表5 比较分析两组学生学习兴趣得分情况

2.小学科学素养评价标准结果分析（附件2）

评价标准分为科学概念和科学探究两个维度，针对学生学习的不同表现和学习成果做出评价，分别是1 分、2 分和3 分。笔者对小学科学素养标准的结果进行统计与分析，分别计算实验组和对照组每个学生的得分，并计算出平均分。结果表明，实验组学生的平均分为20.1 分，对照组学生的平均分为17.3分，实验组学生的平均分高于对照组学生的平均分2.8 分。由此可见，STEM 教育理念下小学科学“技术与工程”是能提高学生的科学素养的（具体见表6）。

表6 比较两组学生小学科学素养得分情况

综上所述，运用该教学模式开展教学，不仅能激发学生的学习兴趣，还能提高学生的科学素养和问题解决能力。