基于STEM教育視野下的小學(xué)科學(xué)課堂的跨學(xué)科融合

STEM教育最早提出自美國(guó)，強(qiáng)調(diào)學(xué)科之間的交叉融合，建立起科學(xué)的思維模式，對(duì)創(chuàng)新能力有更多的培養(yǎng)。當(dāng)下，STEM教育在小學(xué)教育界很流行，成為學(xué)生學(xué)習(xí)的良好輔助。作為一門基礎(chǔ)性學(xué)科，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中融合STEM教育開發(fā)更多的實(shí)驗(yàn)課程和項(xiàng)目實(shí)踐課程，可以發(fā)展學(xué)生的思維能力，跨越學(xué)科的學(xué)習(xí)方式更能激發(fā)其科學(xué)興趣，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。下面，本文就如何實(shí)現(xiàn)STEM教育與小學(xué)科學(xué)的融合做出分析和探討，以期能通過實(shí)踐課例充分認(rèn)識(shí)并運(yùn)用好STEM新型教育理念，更好地適應(yīng)學(xué)生的發(fā)展。一、有的放矢，STEM教育和小學(xué)科學(xué)課程的特點(diǎn)分析1.STEM教育特點(diǎn)分析。STEM教育，是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)）四個(gè)詞的首字母縮寫，故名思議，STEM集上述于一體，是一種綜合教育，目的是能夠發(fā)展學(xué)生的綜合能力。在學(xué)習(xí)過程中，它強(qiáng)調(diào)學(xué)科之間的交叉融合，關(guān)注學(xué)生理工科思維的提升，和傳統(tǒng)的課堂相比，STEM能給學(xué)生充足的時(shí)間，避免了學(xué)生對(duì)創(chuàng)造力的束縛，更加適應(yīng)學(xué)生的發(fā)展，在運(yùn)用綜合能力分析和解決問題的過程中實(shí)現(xiàn)融合性的認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。2.小學(xué)科學(xué)課程的特點(diǎn)。小學(xué)科學(xué)課程源自“自然課”，是一門實(shí)踐性課程，蘊(yùn)含著生命科學(xué)、物理科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、技術(shù)和工程四大方面，意在發(fā)展學(xué)生的科學(xué)意識(shí)和科學(xué)素質(zhì)。在現(xiàn)代課程改革之后，填鴨式和灌輸式教學(xué)已逐漸被摒棄，知識(shí)涵蓋面比較廣的科學(xué)課程延伸到學(xué)生的探究，枯燥的常識(shí)和原理在靈活多變的教學(xué)方式中變得多姿多彩?？傮w而言，小學(xué)階段的科學(xué)啟蒙教育有如下特點(diǎn)：（1）人人都能學(xué)的科學(xué)。小學(xué)科學(xué)課程為的是能夠讓學(xué)生獲得良好的科學(xué)教育，要面向全體學(xué)生，使每位學(xué)生都能獲得公平的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，人人可以做積極的思考，發(fā)展學(xué)生科學(xué)潛能的同時(shí)，適應(yīng)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展需要。（2）以生活中的科學(xué)為邏輯起點(diǎn)?；趯W(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)和兒童認(rèn)知特點(diǎn)，體現(xiàn)科學(xué)課程的生活情景化教學(xué)，使學(xué)生在熟悉的情景中了解科學(xué)與生活的關(guān)系，體會(huì)科學(xué)源于生活、用于生活，逐步學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)去分析和解決生活中的一些實(shí)際問題。（3）以科學(xué)探究為最為重要的學(xué)習(xí)方式。作為學(xué)生學(xué)習(xí)的支持者和引導(dǎo)者，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生親歷科學(xué)探究的過程，不同的教學(xué)方式與策略，有利于保護(hù)學(xué)生的好奇心，獲得最佳的學(xué)習(xí)結(jié)果。（4）科學(xué)課程具有開放性。廣泛存在于學(xué)校、家庭、社會(huì)、大自然、網(wǎng)絡(luò)和各種媒體中的多種資源，給教師和學(xué)生提供了更多選擇的機(jī)會(huì)和創(chuàng)造的空間，滿足不同經(jīng)驗(yàn)背景的學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的需要。3.兩者的共性研究?，F(xiàn)代課程改革要求關(guān)注學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。小學(xué)科學(xué)課程，學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)方法和科學(xué)態(tài)度需要進(jìn)行多方向的培養(yǎng)，滿足不同差異性背景下的學(xué)生學(xué)習(xí)需求，培養(yǎng)學(xué)生勇于探究的精神，最大限度地開啟學(xué)生頭腦思維。這就需要教師按照現(xiàn)行的教材或課程資源，融合科學(xué)和多個(gè)學(xué)科，從科學(xué)課程本身出發(fā)實(shí)現(xiàn)學(xué)科融合的最終目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的進(jìn)步和提升?？梢哉f(shuō)，小學(xué)科學(xué)課程其實(shí)也是一門整合的學(xué)科，這些與STEM非常一致。二、聚焦主題，STEM與小學(xué)科學(xué)研究融合的價(jià)值分析1.以項(xiàng)目為途徑，發(fā)展學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造能力。自新一輪基礎(chǔ)教育課程改革，小學(xué)科學(xué)教師也正經(jīng)歷了從科學(xué)知識(shí)—科學(xué)教學(xué)方法—科學(xué)態(tài)度的轉(zhuǎn)變。小學(xué)科學(xué)課程是學(xué)習(xí)“四位一體”的科學(xué)，跨學(xué)科，綜合性極強(qiáng)，有很多探究性的教學(xué)內(nèi)容，更加關(guān)注學(xué)生的思維能力。STEM教育有著較強(qiáng)的綜合整理能力，將小學(xué)科學(xué)與STEM融合之后，能為學(xué)生提供更多的參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究的機(jī)會(huì)，既能彌補(bǔ)學(xué)科中的一些短板，實(shí)現(xiàn)科學(xué)課程深層次改革，也能讓學(xué)科進(jìn)行整合。探究性學(xué)習(xí)、拓展性學(xué)習(xí)的方式是動(dòng)態(tài)的，學(xué)生的動(dòng)手能力、學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)造性得到了鍛煉，這與新課程改革的需要相吻合。2.以跨學(xué)科為核心，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科體驗(yàn)式的成長(zhǎng)。在現(xiàn)階段的教育體系當(dāng)中，STEM教學(xué)模式正逐漸受到重視，其應(yīng)用價(jià)值逐步凸顯，但在我國(guó)，STEM教育興起較晚，仍屬一個(gè)新的課題。小學(xué)階段是學(xué)生發(fā)展認(rèn)知的關(guān)鍵時(shí)期，而STEM教學(xué)模式能夠突出學(xué)科整合的特點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)力，培育學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)去分析和解決問題的意識(shí)與能力，注重過程的提升，學(xué)生在自我探究中完成科學(xué)教學(xué)活動(dòng)，不斷地提升自我認(rèn)知，在聯(lián)合多個(gè)學(xué)科的過程中建立起不同的思維，在發(fā)展學(xué)生的知識(shí)遷移能力的過程中感受不同知識(shí)學(xué)科的學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科體驗(yàn)式的成長(zhǎng)。3.以新技術(shù)為支撐，激發(fā)學(xué)生科學(xué)興趣與團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)力。STEM教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科整合，使課堂教學(xué)更貼近生活，鼓勵(lì)學(xué)生能夠積極參與，在這樣的過程中，學(xué)生會(huì)加強(qiáng)互動(dòng)，動(dòng)手操作，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，使整個(gè)課堂更具活力、生機(jī)與特色，在體現(xiàn)科學(xué)學(xué)科獨(dú)特魅力的同時(shí)，也讓學(xué)生感受到了不一樣的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，大大激發(fā)了學(xué)生的科學(xué)興趣。例如，鉆木取火的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)施的過程中，教師可以提供新實(shí)驗(yàn)、新設(shè)備，有些教師也會(huì)把STEM和學(xué)科游戲相結(jié)合，使學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情得到高漲。設(shè)計(jì)鉆木取火的實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以小組合作的形式開展，促進(jìn)學(xué)生之間的交流，開展相關(guān)的分析與論證，尋找問題的解決途徑，從而了解到火花產(chǎn)生的條件和鉆木取火的原理。以技術(shù)為橋梁，融入有趣的生活問題，結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟代入實(shí)驗(yàn)原理，這樣的過程充滿了趣味性，增強(qiáng)了學(xué)生的探究欲望，關(guān)注新技術(shù)及其實(shí)踐應(yīng)用，在不知不覺中讓學(xué)生創(chuàng)造更多的成就。三、深層多維，STEM思想在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的融合運(yùn)用在小學(xué)科學(xué)教學(xué)活動(dòng)中，STEM的融合運(yùn)用能擺脫傳統(tǒng)教學(xué)的限制，以問題或以項(xiàng)目為途徑切入教學(xué)，采用綜合知識(shí)解決問題，為學(xué)生搭建適宜學(xué)生學(xué)習(xí)、成長(zhǎng)的教學(xué)方案，為教學(xué)帶來(lái)更多的可能，更好地促進(jìn)學(xué)生的成長(zhǎng)。1.設(shè)計(jì)有挑戰(zhàn)的實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生跨物質(zhì)思考。教材是教學(xué)的重要參考，但高效的課堂不能照本宣科，而是需要教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生特點(diǎn)，靈活改編調(diào)整、優(yōu)化處理，既要使原教材應(yīng)有的效益不減，又要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的增值有效，做到“用教材教，而不是教教材”。例如，五年級(jí)上冊(cè)“土壤中有什么”一課，在談話導(dǎo)入、成功吸引學(xué)生注意力之后，教師可以順勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生通過直覺、想象等創(chuàng)新方法假設(shè)性地說(shuō)一說(shuō)土壤中有哪些東西，再讓學(xué)生在學(xué)習(xí)小組內(nèi)用自主實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證自己的猜想，這對(duì)五年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)非常具有挑戰(zhàn)性。作為學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的引導(dǎo)者、支持者，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在組內(nèi)制定觀察活動(dòng)計(jì)劃，結(jié)合四年級(jí)時(shí)所學(xué)的“檢驗(yàn)食物營(yíng)養(yǎng)”的知識(shí)內(nèi)容，通過類比的方法與所要解決的問題建立關(guān)聯(lián)，大膽進(jìn)行推理。通過對(duì)土壤的觀察，學(xué)生得出了這樣的猜想：“食物中最重要的營(yíng)養(yǎng)——蛋白質(zhì)是用火燒的方法進(jìn)行檢驗(yàn)的，會(huì)發(fā)出刺鼻的氣味。動(dòng)物身體的主要組成物質(zhì)就是蛋白質(zhì)，土壤中黑色的營(yíng)養(yǎng)成分是動(dòng)植物腐爛后形成的，所以土壤中的黑色物質(zhì)有可能就是蛋白質(zhì)變成的，是同一種營(yíng)養(yǎng)以不同的形態(tài)存在。如果真是這樣的話，用火燒的方法就能檢測(cè)?！闭窃诮處熯@樣有意義的引導(dǎo)下，學(xué)生用聯(lián)想、推理的創(chuàng)新思維方法得出了令人“驚訝”的結(jié)論。在后來(lái)的實(shí)踐檢測(cè)中，學(xué)生利用火燒的方法驗(yàn)證了腐殖質(zhì)的確會(huì)發(fā)出刺鼻的氣味，不僅能使觀察實(shí)驗(yàn)更加有序、高效，避免了枯燥的說(shuō)教，更能發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。STEM教育理念的融入，保證了科學(xué)探究的有效性，同時(shí)又能以更寬闊的視野對(duì)教材進(jìn)行剖析與挖掘，兼顧工程實(shí)踐的創(chuàng)新性，更好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生情感、態(tài)度、價(jià)值觀的培養(yǎng)。2.設(shè)計(jì)有價(jià)值的問題，促學(xué)生跨現(xiàn)象聯(lián)系。思維因問題而深入，有效的提問，能激發(fā)學(xué)生善于思考、主動(dòng)探究?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)的方式，為提問創(chuàng)設(shè)條件，教師要善于利用問題為學(xué)生確立探究的動(dòng)因和目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生跨現(xiàn)象聯(lián)系，并帶著問題去探索，千方百計(jì)去論證和檢驗(yàn)，培養(yǎng)自主探究的思維品質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng)。以《光是怎樣傳播的》一課的教學(xué)為例，教科書上的實(shí)驗(yàn)是通過“3張紙上的小孔在1條直線上才能看見物體”和“紙管的彎直對(duì)觀察的影響”驗(yàn)證光的傳播路線。在此基礎(chǔ)上，教師還可以設(shè)計(jì)更有探究性的問題，讓學(xué)生用證據(jù)去證明“光是沿直線行走”?！岸牉樘?，眼見為實(shí)”，學(xué)生通過創(chuàng)設(shè)粉塵的環(huán)境，親眼看見光是沿直線行走，以實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證。因勢(shì)利導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行分析：“光本是看不到的，但照在呈分散狀的小顆粒物體上我們可以從受光照的物體感受光的傳播路線?！彪S即，教師提出更深層的問題：“粉塵是顆粒，我們?cè)瓉?lái)學(xué)過的溶解是把可溶解顆粒變成微粒，當(dāng)光穿過這些微粒時(shí)能不能看到直線的光？”接下來(lái)的時(shí)間交給學(xué)生進(jìn)行先推理論證，再實(shí)踐檢驗(yàn)。上述教學(xué)中，以問題解決為導(dǎo)向，對(duì)學(xué)生提出了更高的要求。通過實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象分析對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力實(shí)現(xiàn)了多維度和深層次的訓(xùn)練。通過跨現(xiàn)象聯(lián)系，學(xué)生發(fā)散思維被激活，課堂也因此而變得精彩紛呈。3.善用思維工具，促學(xué)生多角度思維。不是所有的教材內(nèi)容都適合對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，而需要教師能夠根據(jù)創(chuàng)新思維形式的特點(diǎn)，結(jié)合科學(xué)教材“大單元、雙螺旋”的編排體系，基于課標(biāo)對(duì)教材進(jìn)行挖掘：具有縱向知識(shí)聯(lián)系的；具有橫向知識(shí)類比性的。結(jié)合社會(huì)現(xiàn)實(shí)情況，進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生多角度進(jìn)行問題分析，提高學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。例如，六年級(jí)下冊(cè)科學(xué)第八課《環(huán)境問題和我們的行動(dòng)》，本課的重點(diǎn)是加深學(xué)生對(duì)環(huán)境問題的理解，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，課中沒有任何實(shí)驗(yàn)。但是，只要設(shè)計(jì)得合理，教學(xué)用的錄像、照片及資料同樣能創(chuàng)設(shè)多角度思考問題的機(jī)會(huì)，成為發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維的資源。譬如，教師可以把學(xué)習(xí)活動(dòng)重新整合、優(yōu)化成如下兩個(gè)部分：第一部分：羅列出影響地球環(huán)境的不利事件，借用維恩圖，可以找出人類的生存與需求是造成環(huán)境被破壞的最大因素。這一過程可以通過圖表對(duì)學(xué)生的邏輯思維與逆向思維進(jìn)行訓(xùn)練。第二部分：教師引導(dǎo)學(xué)生多角度看待環(huán)境問題，將學(xué)生分成思考方向不同的小組進(jìn)行策略探討，然后在全班交流分享，再通過組際合作得到一個(gè)基于綜合考慮的倡議。適當(dāng)調(diào)整、改編、拓展教材內(nèi)容后，不僅能使學(xué)生學(xué)習(xí)得輕松有趣，更能培養(yǎng)學(xué)生想象、關(guān)聯(lián)、逆向等思維能力，使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動(dòng)到主動(dòng)，順利地達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)，這也正是STEM的重要目標(biāo)之一。4.創(chuàng)設(shè)原點(diǎn)思考機(jī)會(huì)，促學(xué)生逆向思維。原點(diǎn)思考，就是讓學(xué)生站在問題產(chǎn)生的最初時(shí)、空、地進(jìn)行問題關(guān)鍵的找尋，進(jìn)行解決問題關(guān)鍵的思考。這是科學(xué)發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新創(chuàng)造的源頭，也是知識(shí)與能力底層構(gòu)建的出發(fā)點(diǎn)。比如，在講解托盤天平的使用時(shí)，大多是教師以定律的方法讓學(xué)生接受“左物右碼”的放置規(guī)律，而這樣的做法恰恰讓學(xué)生錯(cuò)失了可以站在原點(diǎn)思考的機(jī)會(huì)。教學(xué)中，教師不妨讓學(xué)生自己動(dòng)手探究：為什么要“左物右碼”？帶著這樣的疑惑，讓學(xué)生去驗(yàn)證“只有游碼可用時(shí)，把物體放在右邊的托盤根本沒辦法進(jìn)行重量的稱?。ㄍ颍?。通過實(shí)驗(yàn)過程得出的結(jié)論，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比死記硬背更容易理解和記憶，同時(shí)，訓(xùn)練了學(xué)生的逆向思維能力，學(xué)生的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力也在有效的實(shí)驗(yàn)過程中得到了進(jìn)一步的發(fā)展。融入STEM教育理念，使學(xué)生經(jīng)歷和體驗(yàn)教材內(nèi)容以外的知識(shí)，在充滿趣味的學(xué)習(xí)氛圍中豐富學(xué)生對(duì)生活事物的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知，呈現(xiàn)有效的、高質(zhì)量的