基于STEM教育理念的小学科学教学实践策略探析

摘"要：在科学技术日新月异的大背景下，学科交叉融合与技术集成已经成为常态，新理论、新发明、新技术的出现对科学教育提出全新的要求。STEM教育作为一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，将科学、技术、工程、数学有机地融为一体，培养学生综合能力。将STEM教育理念应用于小学科学教学，通过项目式学习、问题探究式教学、以问启思、加强学科融合和融入信息技术等实践路径，提升学生的科学学习能力和实践探究能力，助力学生科学思维的培养。关键词：STEM教育；小学科学；项目式学习0"引言义务教育科学课程具有基础性、实践性和综合性特征。课程要培养学生的科学核心素养，引导学生在认识自然和探索自然、获得科学知识、解决科学问题以及技术与工程实践过程中，形成科学探究能力、技术与工程实践能力和自主学习能力。STEM教育是将科学、技术、工程、数学有机融为一体的跨学科学习方式。项目式学习和问题解决导向是STEM教育课程的主要组织方式[1]。将STEM教育理念应用于小学科学教学，有利于培养学生的创新精神和实践能力。如何实现STEM教育理念与小学科学教学的相互融合，是当前新课标背景下小学科学课程实施中需要深入探索的重要课题。1"STEM教育理念对小学科学教学的促进作用STEM教育理念最早是美国政府提出的教育倡议。STEM一词实质上是多元化组合而成，包括科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）等元素。STEM教育理念强调科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，其主旨是强调多学科之间的融合，从更加全面的角度发现问题、创新思维并解决问题，从而培养完整的科学思维。从STEM教育理念的价值看，其并不是对学科进行简单叠加或者植入，而是实现真正的融合，并且依托自然科学、人文社会和情感心理等背景，使STEM教育发挥出最佳效果，确保学生能够在STEM教育下获得综合能力的提升。小学科学涵盖面广、综合性强，通过课程实施要培养小学生的探究实践能力、动手能力和创新能力。在小学科学教学中基于STEM教育理念实施教育教学活动，对学生综合素质的培养将起到积极的促进作用[2]。1.1"有利于培养学生的实践能力从STEM教育的目标来看，让学生掌握学科知识并非STEM教育的根本目的，创新、实践和跨学科才是STEM教育的本质。STEM教育要求教师在传授知识技能的同时，注重结合现实生活创设相应的教学情境，引导学生运用所学知识解决现实生活中存在的问题，培养学生发现问题、解决问题的综合能力，真正达到学以致用的目的。因此，STEM教育的素材一般来源于真实生活，并且将科学问题根植于生活情境之中，以提升生活与学科的融合度，培养学生动手操作的能力，增强教学效果[3]。比如，利用校园中的花坛建立植物园，让学生在观察和种植的实际活动中学习生命科学知识，培养他们的自主探究能力和实践能力。1.2"有利于培养学生的综合能力当代科技发展突飞猛进，素质教育深入推进，各学科教学内容早已是“你中有我，我中有你”，任何局限于自我发展的科学，势必脱离时代变革的需求，无益于学科与学生的发展。STEM教育理念下，学生学习的内容非常丰富，学科内容交叉应用，科学素养的培养与其他学科知识相互影响、彼此促进，能够突破传统小学科学课堂教学的局限，扩大科学教学的内容和范畴，实现学生科学素养的形成和综合能力的提升。1.3"有利于提升学生的合作能力STEM教育侧重学生综合能力的培养，更关注学生发现问题、创新思路并解决问题的能力，能够激发学生对问题结果进行探索的欲望。STEM教育强调学生之间的协作，教师通过开展任务驱动教学，发挥小组同伴的互助作用，培养学生的合作意识和合作能力，让其具有适应未来生活的基本科学素养和社会意识。将STEM教育理念应用于小学科学教学中，教师在为学生提供实践探索机会的同时，引导他们在分析、思考、创造、设计、构建、合作的过程中解决问题，使他们在合作中交流、在互助中成长，培养他们的合作能力。1.4"有利于小学科学教学改革《义务教育科学课程标准（2022年版）》对义务教育科学课程的性质、理念、目标、内容和实施都作了修订，课程的实践性与综合性特征更加突出。课程特别强调对学生科学核心素养的培养。然而在实际教学中，还有部分教师由于对新课标理解不够或者自身能力有限，在小学科学教学中仍然存在穿新鞋走老路的问题，新课改目标难以真正落实。STEM教育是一种以项目学习、问题解决为核心的课程组织形式，是集工程、科学、技术、数学等多领域的综合教育，无论在教育理念上还是在教学模式上都与传统的小学科学教学有着本质的不同。通过学习STEM教育理念，能够推动小学科学教师在科学教学中落实新的教育理念，提高教学技能，改革传统教学模式，对推动小学科学教学改革有着重要意义。2"基于STEM教育理念的小学科学教学实践路径2.1"以项目式学习引领教学，培养学生的综合实践能力STEM教育中最为典型的教育理念就是项目式学习，其内容有学习共同体、活动、内容、情境和成果，主旨是立足于一个学科，建立相应的情境模式，并通过制定项目计划，引导学生综合运用各学科知识解决问题。因此，在小学科学教学中融入STEM教育理念时，教师要明确教学目标，开展项目式学习。教师要以合适的项目作为基础，该项目要具有综合性，能够综合科学、技术、工程、数学等学科活动。为此，教师在设计科学活动项目时，要以科学核心概念和学习主题为引领，结合现有小学科学教材，加强学科知识与生活世界的联系，精心选择活动项目，将多种资源运用到STEM教育中，构建STEM教育理念下的小学科学项目式主题学习活动。例如，在教科版小学科学四年级下册第一单元“植物的生长变化”的学习中，教师可以结合教材内容，开展“关爱身边的植物”项目活动。围绕“寻找校园内的植物”“发现农田中的植物”“种植一株大豆”“我所知道的大豆”四个主题开展项目式学习。在教科版四年级上册第一单元“声音”的课堂教学结束后，教师可以引导学生利用科学、技术、工程、数学方面的知识完成“制作我的小乐器”实践活动。教学中通过创设情境把项目要求、自主实践和交流反思这几个环节融合在一起，引导学生初步经历设计、制作、调整、展示等制作小乐器的完整过程，让学生在建构科学概念的同时提高实践能力，将科学和技术密切结合起来[3]。2.2"开展问题探究式教学，延伸课堂教学任务STEM教育在教学方法上更加灵活，打破了学科之间的界限。教师要想在教学中获得良好效果，必须以启发学生创新性思维为主线，转变学生学习观念，实现课堂中学习任务的课外延伸。问题路径和探究式教学是STEM教育理念的重要体现，主要是把教与学进行深度融合，以分析和研究问题为切入点，使学生能够主动运用科学、技术、工程、数学等综合知识和技能，对问题进行全面分析并予以解决。对教师而言，设计的问题要具有一定的代表性、基础性和拓展性，能够调动学生的探究欲，在解决问题中具有一定的分析价值，为学生的学习提供有效的保障。例如，在教科版小学科学四年上册第一单元“呼吸与消化”的教学中，教师可进行“一日三餐”场景创设，同时展示各类食材与厨具，并以小组为单位组织学生开展合作探究，思考“哪种烹饪方式能将食物营养更好地保留？”“哪些食物通过合理搭配能对我们的身体健康产生帮助？”等一系列问题。在生活化场景中，教师引导学生以探究问题为切入点，运用多方面的综合知识解决问题。教师在引导学生完成上述任务后，可继续提问“我们日常生活中经常食用的菜里面哪些是不能搭配的？”“我们常见的煮、蒸、炸和炒等烹饪方式，害处更多的是哪一种？”这两个问题由于与学生生活实际紧密结合，学生在思考解决问题的过程中将课堂任务延伸至课外，丰富了知识储备。2.3"以问启思，培养学生科学思维将STEM教育理念应用于小学科学教学，教师要依据本班学生情况和具体教学内容，制定符合实际的学习计划，包括学习目标、学习任务和学习要求。在此基础上通过问题创设探究情境，引导学生提出对探究问题的猜想和假设，然后设计实验对假设进行验证。在学生完成学习计划的过程中，教师要及时对学生的探究活动进行评估，检查原定学习计划的达成情况及其改进方法。通过问题导向的实验验证，有效调动学生探索知识的欲望，丰富学习过程体验并培养学生的科学思维。例如，在教科版小学科学四年级上册第三单元第一课“让小车运动起来”的教学中，教师要引导学生探究拉力大小与小车运动的关系，包括用多大的力能使小车运动起来，用不同大小的力小车的运动速度会有什么变化，从而引导学生掌握力可以使静止的物体运动起来，也可以使运动的物体静止的概念。教学中可以先进行学习项目、学习问题和学习内容的教学，激发学生的探究欲。首先，结合实际制定学习计划，在明确学习目标、学习任务和学习要求的基础上，教师出示小车、绳子、垫圈、挂钩、秒表、计算器等学习材料，提出问题：“你能用这些材料让小车运动起来吗？”“小车的快慢与垫圈的多少有什么关系？”“怎样使运动的小车静止下来？”其次，引导学生依据问题提出各种假设。再次，在教师的指导下设计实验活动并小组合作进行实验探究。学生在互动中生成知识，在研讨中交流分享，在动手实践中获得科学结论，让学生的手、脑、口等均在实践过程中得到锻炼。最后，教师对实验过程中学生的参与情况、表现情况、知识探究情况等作出综合评价，便于学生发扬闪光点、改进不足，提高进一步参与科学探究活动的积极性。2.4"加强学科融合，完善学生的知识结构STEM教育理念强调多学科融合。在小学科学教学中融入STEM教育理念，要对小学科学课堂教学结构进行调整，在进行科学课程基本概念和基本理论阐述的同时，要让课堂教学兼顾跨学科知识的融合，帮助学生提升科学综合素养。STEM教育理念下，小学科学教学要真正做到学以致用，实现知识的跨学科迁移。例如，在教科版小学科学三年级上册“空气能占据空间吗”相关知识的教学中，教师可以将语文课中的《乌鸦喝水》作为课堂导入，让学生了解其中的基本原理，然后将这一原理迁移到小学科学课堂。科学教师还可以将“空气挤水实验”“纸不湿实验”等引入课堂，将科学知识向多学科延伸迁移并通过实践活动进行理论验证，让课堂教学中的理论联系实际。通过建立“引入—探究—验证”的完整结构为学生解决问题和探究实践积累经验。总之，践行STEM教育理念，可以使小学科学课程与其他课程的融合达到更高层次，可以更好地激发学生求知欲和创新动力。2.5"以信息技术为媒介，助力学生突破思维节点在STEM教育理念下，将互联网信息技术应用于小学科学教学，能够帮助学生突破思维节点，实现对传统科学教学模式的改进。利用信息技术，可以将难以理解的抽象知识形象化、生动化，吸引学生积极参与到课堂教学中，帮助他们突破思维节点，有效地理解和掌握相关科学知识。信息技术与小学科学教学的融合，能够最大限度地发挥学生自主学习的能动性，进一步优化教学过程，改进教学模式，增强课堂教学效果。例如，在教科版小学科学三年级上册“天气”的教学中，学生会提出“雨水是如何形成的呢”，但是他们又不会分析雨水形成的原因，教师的理论讲解又很抽象复杂。在这种情况下，教师可以应用多媒体技术动态地演示大气循环运动形成雨水的过程，帮助学生更全面深入地理解这一自然现象，感受大自然的奥妙，实现思维节点突破的目的。在教科版小学科学四年下册“认识几种常见的岩石”等内容的教学中也可以利用多媒体信息技术为学生展示全世界不同种类岩石的图片，调动学生探索的积极性。在冀人版小学科学四年级上册“美丽的月球”教学中，教师可以利用多媒体信息技术展示宇航员登月的图片与视频，引导学生思考“月球不发光，但这些图片上月球为什么在发光，并且还是五颜六色的光？”“月球上的环形山是如何形成的？”“太空里无氧气，为何火箭却可在太空里