STEM教育理念在小学科学微项目中的运用

摘要：小学科学在素质教育背景下非常重要。新课程标准提出小学科学是一门体现科学本质的综合性课程，学习系统的科学课程有利于提高学生的科学学习能力，使其逐渐形成正确的世界观、人生观和价值观。STEM教育理念下的项目式教学的组织与实施能够凸显科学的本质，将学生放在主体位置上，为学生建立多元化科学探究与实践平台，从而有效提升学生的科学素养。关键词：小学科学；STEM教育理念；项目式学习STEM教育理念是一种以项目式学习为主，以问题解决为导向的课程组织方式。教师要以科学课程为桥梁，将科学、技术、工程、数学等内容有机融合，结合学生的兴趣、爱好、能力等多方面因素，设计综合性的科学活动任务，从而达到提升学生的科学综合能力的目标。STEM教育理念下的小学科学课程注重学生的主体地位，教学设计符合学生的学习需求，能有效培养学生的科学创新与实践精神，从而促进学生科学素养的提升。一、以目标为核心，明确项目式学习的主题STEM教育理念下的项目式学习是以学生为主体，以问题为中心，学生在教师的指导下完成或自主完成某一项目活动的过程。在此过程中，教师要尊重学生的主体地位，借助项目式学习，调动学生参与科学探究的内驱力，并检测学生迁移科学知识、解决问题的能力，促进学生发展［1］。因此，STEM教育理念下小学科学项目式学习的组织与实施首先要有明确的目标，要以目标为基础，聚焦学科的核心概念，激发学生的学习动机，打造符合小学阶段学生学情的小学科学项目式学习平台。下面笔者结合《电路中的开关》这一节内容和新课程标准要求，谈谈具体的实施策略。以核心素养培养为基础的目标设计，立足学生学情，以学生为主体，从四个维度设计了详细的教学目标，又从教学目标中分离出了教学重难点：把设计并制作开关作为项目的核心目标，在设计和制作开关的过程中理解开关的作用是接通或者断开电路，控制电路中的电器元件的工作状态；同时认识开关的结构和材质，知道有的部件需要用导体作为材料，而有的地方必须用绝缘体作为材料。故项目流程是先让学生组装一个简单的电路，再让学生学习发送SOS信号，引出“需要用开关来控制小灯泡的亮与灭”这一内容，然后完成开关的设计、制作、测试等系列活动。如此，在项目活动结束时，学生自然能较好地完成本课目标，掌握科学知识，提高相关技能，形成正确的情感态度与价值观。基于此，笔者对本节课教学做了以下设计。活动一：认识开关师：我们可以用什么装置来控制小灯泡的亮和灭呢？生：开关。师：对，是电路中的开关。泡泡、果果在孤岛上发现了一个漂流箱，里面有金属回形针、包塑回形针、金属图钉、包塑图钉等材料，你们能不能利用这些材料帮他们设计一个开关呢？生：能！师：在动手做开关之前我们首先要做什么？生：观察开关、了解开关、认识开关、选材料。师：开关有哪些结构？这些结构是由什么制作的？可以用什么材料代替？请以小组为单位讨论一下，把你们的想法画出来。生：我们选择木块作为开关的底座，因为木块是绝缘体；选择大头钉作为导线的接触点，因为大头钉是金属做的，是导体。大头钉与导线接触的地方叫接触点，把两个接触点连起来，就是“连接杆”。我们找到了相应的材料来制作开关的主要结构。发现有的地方需要用导体，有的地方需要用绝缘体，从而实现开关的功能。师：讨论了这么多，如果你们觉得其他小组的发言中有可以借鉴的地方，就可以进行相应的改进。如果讨论后还是觉得原来的好，就可以维持原样。到底成不成功，现在就让我们来试试。请你们根据自己的方案来选择要用的器材，如果在使用的过程中觉得材料不合适的可以替换。二、以兴趣为依托，开展项目式学习和互动STEM教育理念下小学科学教学活动的落实要立足学生兴趣，从多方面入手，打造符合学生发展需求的项目流程。在项目实验的准备阶段，教师通过师生互动模式，借助多媒体教学资源，创设符合学生学习需求的多元化平台，为后续项目实验的开展做准备。因此，笔者创设了相应的故事情境作为本节课的导入，让学生帮助泡泡和果果解决一些麻烦。泡泡和果果在海上遭遇了暴风雨，船只倾覆了，他们漂流到了一座荒岛上。夜幕降临，漆黑的小岛让人感到恐惧，但他们在岛上废弃的军工厂里找到了一些零件，如导线、小灯泡、电池等。他们打算组装一个简单的电路。在这样的情境下，教师鼓励学生，让学生帮助泡泡和果果组装一个简单的电路，解决照明问题。接下来，还要想办法帮助泡泡、果果逃出荒岛。组装的电路不仅可以解决照明问题，还可以用来发送求救信号——SOS，光线发射方法为“短光—长光—短光”，发送求救信号需要开关来控制。学生因为要动手发送信号，参与积极性较高，而且完成后获得了很强的成就感。教师通过生活化情境的创设，将具体的科学知识与故事情境进行紧密结合，引导学生初步讨论、交流开关的各个结构，并思考哪里必须用绝缘体，哪里必须用导体。在初步的任务设计中，师生互动不仅有效提升了学生的科学探究兴趣，同时也借助情境让学生动手、动脑，为后续深入探究奠定了坚实的基础。三、以迭代为基调，提高项目式学习的质量STEM教育理念下小学科学项目式学习的核心部分，就是在探究合作的过程中，给学生充分的时间和空间，让学生利用手头的材料和工具，结合前期教师的引导进行实验和探究，最终完成作品的制作。在具体的实验探究过程中，教师要积极参与到学生的探究学习中，当学生在项目实践中遇到问题时，要及时给予学生指导，帮助学生解决问题，确保学生项目式学习质量［2］。在《电路中的开关》的项目式学习中，学生按照以下程序开展了实验活动：把开关取下来仔细观察它有哪些结构，这些结构是用什么做的，可以用什么材料来代替。以小组为单位进行讨论，把想法画出来，用了什么材料可以用文字标注在旁边。教师在巡视的过程中，可以将学生的设计图拍摄下来并投屏。每个小组根据观察设计出开关，并在班级中介绍本组设计的开关分别是用什么材料来制作的，其他学生提意见或者提问。最后，教师还要留出时间让学生根据其他小组的方案优化本组的设计，或者对在讨论中发现的问题进行改进，实现优化升级。每一次优化升级称为一次“迭代”，而每一次迭代得到的结果将会作为下一次迭代的初始值。互助式的项目讨论可以让学生的思维得到拓展，不断完善设计方案，提升学习效果。四、以延伸为方式，锻炼学生项目式学习的能力STEM教育理念下的小学科学项目式学习活动要以新课程标准为指引，从课堂项目式学习向科学探究活动延伸，打造多学科融合的项目式科学实验平台，让学生将课堂所学的知识应用到情境以及实践探究中，从而更进一步发挥小学科学课程的育人功效［3］。新课程标准提出，科学课程旨在培养学生的学科素养。因此，在项目式学习延伸设计中，教师不仅要关注教材内容，还要充分借助国家中小学智慧教育平台的教育资源，融合各种版本的科学教材以及数字教学资源等，创编STEM小学科学项目式学习活动教材，为学生课后开展项目式学习活动提供明确的方向［4］。例如，结合高段学生科学知识积累增多、科学探究能力提升的实际，在具体的项目式学习活动设计过程中，教师可以在设计“制作开关”活动的基础上，再设计“探究如何用一个开关控制两盏灯泡”的活动，提高任务难度。在本节课中，教材上是直接让学生制作红绿灯，用一个开关控制三盏灯泡，但笔者觉得这对学生来说难度较大，所以笔者在拓展环节做了如下改进。活动二：改进开关师：同学们真厉害！老师将你们的设计图用漂流瓶传送给了泡泡和果果，他们制作了开关并亮了灯，但是并没有获救，为什么呢？可能是因为小灯泡发出的颜色是同一种颜色，不够明显，最好能用不同颜色的两盏灯，短光用黄灯发，长光用红灯发。你们能不能在刚才的开关上进行改进，让这个开关控制黄、红两盏灯交替发亮？师：哪个小组成功了？你们来说说是怎么做的。生：在开关附近加一个图钉，两边的导线都连在这个图钉上。让图钉和上面的接触点连接，黄灯就亮了；和下面的接触点连接，红灯就亮了。师：同学们真棒，这下泡泡和果果终于可以发送明显的求救信号了。师：小开关有大作用，你们的小开关还能继续改进，控制三盏灯吗？带着你们的小开关在课后继续实验吧！这样的设计使实验内容从一个开关控制一个灯泡改进为一个开关控制两个灯泡，再改进为一个开关控制三个灯泡。随着活动逐步推进，学生各方面能力也在不断提升。教师结合教材内容以及学生生活经验设计符合学生兴趣、爱好以及需求的各种项目式学习活动，有助于提升课堂教学实效。STEM教育理念下的项目式科学探究活动在学生现有科学知识的基础上，结合学生兴趣，从情境入手，吸引学生注意力，锻炼学生的综合能力，并加以延伸和拓展，充分发挥科学学科的育人功效。不仅如此，STEM教育理念下的项目式学习活动，还能够锻炼学生多方面的能力，从更多维度促进学生科学综合素养的提升与发展。结语在STEM教育理念的指引下，小学科学项目式学习活动的组织与实施，要从当前科学教学活动组织存在的问题入手，创建符合学生学习需求的多元化探究平台。从项目式