基于STEM教育视野下的小学科学课堂的跨学科融合

STEM教育最早提出自美国，强调学科之间的交叉融合，建立起科学的思维模式，对创新能力有更多的培养。当下，STEM教育在小学教育界很流行，成为学生学习的良好辅助。作为一门基础性学科，在小学科学教学中融合STEM教育开发更多的实验课程和项目实践课程，可以发展学生的思维能力，跨越学科的学习方式更能激发其科学兴趣，促进学生的全面发展。下面，本文就如何实现STEM教育与小学科学的融合做出分析和探讨，以期能通过实践课例充分认识并运用好STEM新型教育理念，更好地适应学生的发展。一、有的放矢，STEM教育和小学科学课程的特点分析1.STEM教育特点分析。STEM教育，是Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Mathematics（数学）四个词的首字母缩写，故名思议，STEM集上述于一体，是一种综合教育，目的是能够发展学生的综合能力。在学习过程中，它强调学科之间的交叉融合，关注学生理工科思维的提升，和传统的课堂相比，STEM能给学生充足的时间，避免了学生对创造力的束缚，更加适应学生的发展，在运用综合能力分析和解决问题的过程中实现融合性的认知，促进学生的全面发展。2.小学科学课程的特点。小学科学课程源自“自然课”，是一门实践性课程，蕴含着生命科学、物理科学、地球与宇宙科学、技术和工程四大方面，意在发展学生的科学意识和科学素质。在现代课程改革之后，填鸭式和灌输式教学已逐渐被摒弃，知识涵盖面比较广的科学课程延伸到学生的探究，枯燥的常识和原理在灵活多变的教学方式中变得多姿多彩。总体而言，小学阶段的科学启蒙教育有如下特点：（1）人人都能学的科学。小学科学课程为的是能够让学生获得良好的科学教育，要面向全体学生，使每位学生都能获得公平的学习机会，人人可以做积极的思考，发展学生科学潜能的同时，适应学生的个性发展需要。（2）以生活中的科学为逻辑起点。基于学生已有的生活经验和儿童认知特点，体现科学课程的生活情景化教学，使学生在熟悉的情景中了解科学与生活的关系，体会科学源于生活、用于生活，逐步学会运用所学的科学知识去分析和解决生活中的一些实际问题。（3）以科学探究为最为重要的学习方式。作为学生学习的支持者和引导者，教师应根据教学目标和内容，引导学生亲历科学探究的过程，不同的教学方式与策略，有利于保护学生的好奇心，获得最佳的学习结果。（4）科学课程具有开放性。广泛存在于学校、家庭、社会、大自然、网络和各种媒体中的多种资源，给教师和学生提供了更多选择的机会和创造的空间，满足不同经验背景的学生学习科学的需要。3.两者的共性研究。现代课程改革要求关注学生的实践与创新能力。小学科学课程，学生的科学学习方法和科学态度需要进行多方向的培养，满足不同差异性背景下的学生学习需求，培养学生勇于探究的精神，最大限度地开启学生头脑思维。这就需要教师按照现行的教材或课程资源，融合科学和多个学科，从科学课程本身出发实现学科融合的最终目标，促进学生综合素养的进步和提升。可以说，小学科学课程其实也是一门整合的学科，这些与STEM非常一致。二、聚焦主题，STEM与小学科学研究融合的价值分析1.以项目为途径，发展学生的思维能力和创造能力。自新一轮基础教育课程改革，小学科学教师也正经历了从科学知识—科学教学方法—科学态度的转变。小学科学课程是学习“四位一体”的科学，跨学科，综合性极强，有很多探究性的教学内容，更加关注学生的思维能力。STEM教育有着较强的综合整理能力，将小学科学与STEM融合之后，能为学生提供更多的参与科学实验与探究的机会，既能弥补学科中的一些短板，实现科学课程深层次改革，也能让学科进行整合。探究性学习、拓展性学习的方式是动态的，学生的动手能力、学习能力与创造性得到了锻炼，这与新课程改革的需要相吻合。2.以跨学科为核心，促进学生学科体验式的成长。在现阶段的教育体系当中，STEM教学模式正逐渐受到重视，其应用价值逐步凸显，但在我国，STEM教育兴起较晚，仍属一个新的课题。小学阶段是学生发展认知的关键时期，而STEM教学模式能够突出学科整合的特点，增强学生的知识学习力，培育学生综合运用多学科知识去分析和解决问题的意识与能力，注重过程的提升，学生在自我探究中完成科学教学活动，不断地提升自我认知，在联合多个学科的过程中建立起不同的思维，在发展学生的知识迁移能力的过程中感受不同知识学科的学习，促进学生学科体验式的成长。3.以新技术为支撑，激发学生科学兴趣与团队协调力。STEM教学模式实现跨学科整合，使课堂教学更贴近生活，鼓励学生能够积极参与，在这样的过程中，学生会加强互动，动手操作，综合运用多学科知识，使整个课堂更具活力、生机与特色，在体现科学学科独特魅力的同时，也让学生感受到了不一样的学习体验，大大激发了学生的科学兴趣。例如，钻木取火的实验，在实施的过程中，教师可以提供新实验、新设备，有些教师也会把STEM和学科游戏相结合，使学生的学习热情得到高涨。设计钻木取火的实验时，可以小组合作的形式开展，促进学生之间的交流，开展相关的分析与论证，寻找问题的解决途径，从而了解到火花产生的条件和钻木取火的原理。以技术为桥梁，融入有趣的生活问题，结合实验步骤代入实验原理，这样的过程充满了趣味性，增强了学生的探究欲望，关注新技术及其实践应用，在不知不觉中让学生创造更多的成就。三、深层多维，STEM思想在小学科学教学中的融合运用在小学科学教学活动中，STEM的融合运用能摆脱传统教学的限制，以问题或以项目为途径切入教学，采用综合知识解决问题，为学生搭建适宜学生学习、成长的教学方案，为教学带来更多的可能，更好地促进学生的成长。1.设计有挑战的实验，促进学生跨物质思考。教材是教学的重要参考，但高效的课堂不能照本宣科，而是需要教师根据教学内容及学生特点，灵活改编调整、优化处理，既要使原教材应有的效益不减，又要实现创新的增值有效，做到“用教材教，而不是教教材”。例如，五年级上册“土壤中有什么”一课，在谈话导入、成功吸引学生注意力之后，教师可以顺势引导学生通过直觉、想象等创新方法假设性地说一说土壤中有哪些东西，再让学生在学习小组内用自主实验的方式验证自己的猜想，这对五年级的学生来说非常具有挑战性。作为学生自主实验的引导者、支持者，教师应引导学生在组内制定观察活动计划，结合四年级时所学的“检验食物营养”的知识内容，通过类比的方法与所要解决的问题建立关联，大胆进行推理。通过对土壤的观察，学生得出了这样的猜想：“食物中最重要的营养——蛋白质是用火烧的方法进行检验的，会发出刺鼻的气味。动物身体的主要组成物质就是蛋白质，土壤中黑色的营养成分是动植物腐烂后形成的，所以土壤中的黑色物质有可能就是蛋白质变成的，是同一种营养以不同的形态存在。如果真是这样的话，用火烧的方法就能检测。”正是在教师这样有意义的引导下，学生用联想、推理的创新思维方法得出了令人“惊讶”的结论。在后来的实践检测中，学生利用火烧的方法验证了腐殖质的确会发出刺鼻的气味，不仅能使观察实验更加有序、高效，避免了枯燥的说教，更能发展学生的创新思维。STEM教育理念的融入，保证了科学探究的有效性，同时又能以更宽阔的视野对教材进行剖析与挖掘，兼顾工程实践的创新性，更好地实现了对学生情感、态度、价值观的培养。2.设计有价值的问题，促学生跨现象联系。思维因问题而深入，有效的提问，能激发学生善于思考、主动探究。跨学科学习的方式，为提问创设条件，教师要善于利用问题为学生确立探究的动因和目标，促进学生跨现象联系，并带着问题去探索，千方百计去论证和检验，培养自主探究的思维品质和科学素养。以《光是怎样传播的》一课的教学为例，教科书上的实验是通过“3张纸上的小孔在1条直线上才能看见物体”和“纸管的弯直对观察的影响”验证光的传播路线。在此基础上，教师还可以设计更有探究性的问题，让学生用证据去证明“光是沿直线行走”。“耳听为虚，眼见为实”，学生通过创设粉尘的环境，亲眼看见光是沿直线行走，以实验对结论进行验证。因势利导，引导学生对此现象进行分析：“光本是看不到的，但照在呈分散状的小颗粒物体上我们可以从受光照的物体感受光的传播路线。”随即，教师提出更深层的问题：“粉尘是颗粒，我们原来学过的溶解是把可溶解颗粒变成微粒，当光穿过这些微粒时能不能看到直线的光？”接下来的时间交给学生进行先推理论证，再实践检验。上述教学中，以问题解决为导向，对学生提出了更高的要求。通过实验中的现象分析对学生的创新思维和创造能力实现了多维度和深层次的训练。通过跨现象联系，学生发散思维被激活，课堂也因此而变得精彩纷呈。3.善用思维工具，促学生多角度思维。不是所有的教材内容都适合对学生进行创新思维的培养，而需要教师能够根据创新思维形式的特点，结合科学教材“大单元、双螺旋”的编排体系，基于课标对教材进行挖掘：具有纵向知识联系的；具有横向知识类比性的。结合社会现实情况，进行创新改进，引导学生多角度进行问题分析，提高学生的科学核心素养。例如，六年级下册科学第八课《环境问题和我们的行动》，本课的重点是加深学生对环境问题的理解，增强环境保护意识，课中没有任何实验。但是，只要设计得合理，教学用的录像、照片及资料同样能创设多角度思考问题的机会，成为发展学生创新思维的资源。譬如，教师可以把学习活动重新整合、优化成如下两个部分：第一部分：罗列出影响地球环境的不利事件，借用维恩图，可以找出人类的生存与需求是造成环境被破坏的最大因素。这一过程可以通过图表对学生的逻辑思维与逆向思维进行训练。第二部分：教师引导学生多角度看待环境问题，将学生分成思考方向不同的小组进行策略探讨，然后在全班交流分享，再通过组际合作得到一个基于综合考虑的倡议。适当调整、改编、拓展教材内容后，不仅能使学生学习得轻松有趣，更能培养学生想象、关联、逆向等思维能力，使学生的学习由被动到主动，顺利地达成了教学目标，这也正是STEM的重要目标之一。4.创设原点思考机会，促学生逆向思维。原点思考，就是让学生站在问题产生的最初时、空、地进行问题关键的找寻，进行解决问题关键的思考。这是科学发现与创新创造的源头，也是知识与能力底层构建的出发点。比如，在讲解托盘天平的使用时，大多是教师以定律的方法让学生接受“左物右码”的放置规律，而这样的做法恰恰让学生错失了可以站在原点思考的机会。教学中，教师不妨让学生自己动手探究：为什么要“左物右码”？带着这样的疑惑，让学生去验证“只有游码可用时，把物体放在右边的托盘根本没办法进行重量的称取（同向）”。通过实验过程得出的结论，远远比死记硬背更容易理解和记忆，同时，训练了学生的逆向思维能力，学生的设计与创新能力也在有效的实验过程中得到了进一步的发展。融入STEM教育理念，使学生经历和体验教材内容以外的知识，在充满趣味的学习氛围中丰富学生对生活事物的经验认知，呈现有效的、高质量的