謝杰妹 黃靜

摘? ?要：文章分析了當前初中科學概念教學存在的問題及原因，汲取了STEM理念的相關知識，初步確定了初中科學概念教學實施STEM教育的教學模式，并將其應用于杠桿概念教學之中。其次，結合杠桿概念教學提出了基于STEM理念的初中科學概念教學的建議和意義。

關鍵詞：STEM教育;初中科學概念;杠桿教學設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）7-0011-5

科學概念是科學知識的基本組成，是科學知識結構的基礎。學生掌握科學概念是發(fā)展科學能力的必要前提。因此，科學概念教學是形成學生科學概念的基本途徑，是科學教學最基礎、最重要的內容之一。

1? ? 現(xiàn)狀分析：初中科學概念教學的現(xiàn)狀

概念教學在初中科學教學中具有重要的地位，因此，教師對概念教學也十分重視。但從師生關于初中科學概念教學的問卷調查數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，發(fā)現(xiàn)存在以下幾點問題：

1.學生方面：對我校學生進行了抽樣調查，整理數(shù)據(jù)得出概念學習行為統(tǒng)計圖（如圖1）。從統(tǒng)計圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，“做大量習題學習”和“背誦記憶學習”占90%左右。那么，是什么原因造成絕大部分的學生以題海戰(zhàn)術和強行記憶這種低效學習方法來代替對概念的深入理解呢？

2.教師方面：針對學生低效的概念學習行為，再對我縣一線科學教師關于初中科學概念課教學現(xiàn)狀進一步深入調查，整理數(shù)據(jù)得出教師概念教學行為統(tǒng)計圖（如圖2）。從統(tǒng)計圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，絕大部分教師在概念教學中，重講述，輕建構，缺乏對概念的定位和理解，阻礙了學生思維的發(fā)展。

由于教師往往基于自己的經(jīng)驗和知識本位的思想對科學概念進行教學設計，落實在課堂中缺乏將先進的教學理念融入教學。所以，筆者認為汲取合適的教學理念建構初中科學概念很有必要。

2? ? 理念選擇：基于STEM理念解決初中科學概念教學問題

2015年，教育部在《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》中首次提出探索STEM教育模式。STEM教育是科學、技術、工程、數(shù)學教育的統(tǒng)稱，倡導“以設計和探索為手段，運用科學與數(shù)學的思想，通過應用技術手段，在解決實際問題中進行知識學習”的教學模式，旨在提升學生解決實際問題的綜合能力和跨學科的思維能力。

那么，STEM教育能給我們初中科學教學帶來怎樣的改變？作為教師，又將如何在教學中開展STEM教育。本文筆者將結合“杠桿”這個概念的建構，談談基于STEM理念的初中科學核心概念教學的實踐研究。

3? ? 模式確定：初中科學概念教學實施STEM教育的途徑

筆者根據(jù)STEM教育理念與初中科學概念教學特色初步建立了關于概念的教學模型，如圖3所示。

基于STEM理念的初中科學概念教學模式將圍繞概念展開，在某一種教學情境下，教師提出核心問題，學生運用STEM四個方面的綜合知識和科學探究方式進行主動研究，解決問題并最終建構概念。這樣的教學模式突出知識的內在聯(lián)系;鼓勵學生綜合運用相關知識，創(chuàng)造性地解決實際生活中的問題。根據(jù)以上教學模型可將教學途徑分為4個步驟來進行，如圖4所示。

第1步：根據(jù)概念建立問題情境。創(chuàng)設的情境要便于學生發(fā)現(xiàn)問題，并能應用STEM教育的相關學科知識，引出概念。

第2步：學生以小組為單位，運用STEM知識進行問題研究并收集相關問題的解決技術和數(shù)據(jù)，建構概念。

第3步：學生組間交流討論，設計出解決問題的最佳方案，深化概念。

第4步：學生利用新建構的概念解決新問題，應用概念。

4? ? 教學實踐：凸顯STEM理念的杠桿概念建構

杠桿是初中科學教學中的一個重要概念，下面筆者將結合基于STEM理念的初中科學概念的教學模型，以浙教版初中科學九年級上冊第三章第4節(jié)《簡單機械——杠桿》教學內容為例，建立以問題為中心的基于STEM理念的概念教學設計。教學流程如圖5所示。

本節(jié)課對于杠桿這個概念的建構體現(xiàn)了STEM教育的基本要求。通過學生思考如何拔釘子，讓學生理解科學、技術、工程、數(shù)學四大領域之間的緊密關系，逐步建構杠桿模型。最后讓學生思考并找出當手拿物體抬起時、當踮起腳尖時人體中杠桿的五要素，又將概念與工程聯(lián)系起來。具體教學過程如表1。

5? ? 實踐反思：基于STEM理念的初中科學概念教學實施建議

我們學?？茖W組對基于STEM理念的初中科學概念教學作了本土化、學科化、操作化的分析與實踐，初步摸索出基于STEM理念的初中科學概念的教學模型和教學過程示意圖，并將其應用在概念教學新課堂中。在應用實踐的一年中，我們總結出了實施基于STEM理念的初中科學概念教學的幾點有效建議。

5.1? ? “工程”的選擇要適切

圍繞概念引出的工程要有以下三個層次的特征：

1.真實性。教師要創(chuàng)設真實的問題情境，并且在工程設計過程中的問題要具有一定的梯度性，由簡入深，吸引學生的興趣。比如，在建構杠桿概念的教學中，從如何撬起木樁上的釘子到用螺絲刀怎樣撬釘子更容易，問題層層深入，再通過學生三次畫圖建立杠桿模型。

2.學科性。工程中要包含大量的知識與技能，通過對核心問題的拆分，獲得細化的知識與技能。STEM理念涉及學科中相關知識、關鍵概念的組織，具有跨越多個學科領域的重要性。

3.延伸性。工程的問題能夠具有繼續(xù)探討和延伸的價值，有可以挖掘的潛能。比如在杠桿概念教學中，延伸到尋找生活中的一些杠桿以及人體中的杠桿等。

5.2? ? 學科的整合要聚焦

教師要克服以往那種教學零散片段的內容和活動，聚焦概念，引導學生通過科學探究、數(shù)學計算、技術知識與技能的應用來完成工程項目。比如，在杠桿概念教學中，撬起木樁上的釘子這項工程里，涉及到圓的切線和支點，以及運用數(shù)學知識引出杠桿概念中的核心——力臂。鼓勵學生在核心概念上花更多的時間深入透徹地理解，避免僅僅對教學內容的覆蓋。

5.3? ? 學生的活動要協(xié)作

STEM理念提倡以小組合作的形式解決問題或完成工程項目。教師可以根據(jù)每個學生的不同特點進行分組，每一小組里有動手能力強、數(shù)學成績突出或者實驗設計能力好的學生，這樣分組更有利于學生學會如何在團隊中展示自己所擅長的東西，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力。比如，圍繞杠桿概念開展的小組活動有：1.小組內選用工具撬釘子;2.小組交流討論畫出螺絲刀、羊角錘、開瓶器撬釘子時的支點、動力和阻力;3.小組探究杠桿上力的作用效果的影響因素;4.畫出螺絲刀、羊角錘、開瓶器撬釘子時的動力臂和阻力臂，投影學生作品，小組內進行交流評價;5.小組內交流討論，尋找人體中的杠桿。整堂課學生進行合作學習，參與整個STEM工程，充分體現(xiàn)了以學生為中心，主動建構杠桿概念的過程。

5.4? ? 概念的應用要開放

教師應用概念遷移性地解決生活中的新問題以促進學生概念的深度學習。教師要選擇著眼于生活中關于科學概念的實際問題，并遷移到學生的實際生活中。以杠桿概念教學為例，在建構了杠桿這個概念后，讓全班學生做人體操體現(xiàn)了學與樂相結合。然后，將建構的杠桿模型延伸到尋找人體中的杠桿、展示學生作品、小組交流匯報等形式共同解決生活中的新問題，最終達成深度學習。教師在概念的應用過程中應為學生留足夠的認知空間和操作空間，重視學生的體驗和興趣發(fā)展，鼓勵學生的創(chuàng)新思維。

6? ? 評價交流：基于STEM理念的初中科學概念教學的意義

在人類科學技術日益發(fā)展的今天，學科之間的交融越來越明顯，而STEM教育涉及到各個領域的相互融合。根據(jù)STEM教育包含的四大領域的科學知識（科學、技術、工程、數(shù)學），嘗試著建立了基于STEM理念的初中科學概念教學的教育體系圖，如圖6所示。下面將根據(jù)這個教育體系圖，談談基于STEM理念的初中科學概念教學的意義。

6.1? ? 變單一為綜合——充分發(fā)揮STEM教育的綜合性

原本的概念教學以講述式這種單一的教學手段為主，課堂比較枯燥乏味。而STEM教育包括社會科學、自然科學、工程技術、實用數(shù)學等。因此，在初中科學概念的教學中實施STEM教育，讓學生充分領會教學法的綜合性，將科學知識同生活有機結合，讓學生在全面學習中提升思維能力和動手能力。此外，STEM教育強調的是培養(yǎng)學生綜合運用數(shù)學、工程、技術、科學解決問題的能力，教師對學生提出需要運用多種學科知識解決的任務，進而對學生的綜合能力進行有效培養(yǎng)。

6.2? ? 變表面為深層——充分利用STEM教育的開放性

傳統(tǒng)的概念課中過于強調知識的記憶，而STEM教育更加關注知識的更新和發(fā)展，這些知識的更新與發(fā)展除了科學、技術、工程、數(shù)學等學科外，還包括科學原理、科學應用等領域。所以，基于STEM理念的初中科學概念教學更強調對概念的理解和應用，學生通過更深層的理解實現(xiàn)對核心概念的靈活應用。根據(jù)STEM教育的開放性內容、開放性實施，我們可以將科學概念中涉及到生物、地理方面的概念教學拓展到大自然中去，化學方面的概念教學拓展到家庭等戶外場所，讓學生在實踐的過程中對科學概念進行深度學習，培養(yǎng)學生解決現(xiàn)實生活問題的能力。

6.3? ? 變靜態(tài)為動態(tài)——充分利用STEM教育的實踐性

傳統(tǒng)的概念教學對學科概念知識過分靜態(tài)化，缺乏實踐平臺讓學生自主發(fā)現(xiàn)問題、嘗試解決問題，學生對教師的依賴性強。而STEM教育突破了這種模式，它將工程技術等學科知識的地位等同于科學、數(shù)學，體現(xiàn)了STEM教育的實踐性。而在基于STEM理念的初中科學概念教學中，教師根據(jù)核心概念問題設計相應的動手活動，讓學生在動手操作的過程中建構概念。并通過有效的課程組織，推動實踐關注逐步取代知識關注。通過動態(tài)的實踐性課程，實現(xiàn)學生對知識的自由獲取，碰撞出更多的火花。

6.4? ? 變“雙基”為“人本”——有效利用STEM教育的豐富性

從傳統(tǒng)“雙基”教學目標—“三維目標”—“核心素養(yǎng)”，這樣的目標定位體現(xiàn)了我國深化基礎教育課程改革在不斷的進步。在實施STEM教育中，教師設置不同層次的教學目標，幫助學生形成不同的STEM水平。因此，基于STEM理念的初中科學概念教學應根據(jù)教學內容和學生的實際情況設置不同的教學目標，讓每個學生都有適合自己能力的目標，使每個學生都能在收獲成功的喜悅中逐漸增強學習科學的興趣和熱情。以杠桿這個概念為例：體驗用螺絲刀、開瓶器、羊角錘等撬釘子，說出杠桿在生產、生活中的價值，總結、歸納出杠桿的三條特征，并用科學的語言給杠桿下定義。教師結合學生的能力可以設置進一步的發(fā)展目標，使學生在掌握知識的基礎上開展更深層次的探究。因此，教師在初中科學概念教學活動中充分借鑒和吸收STEM教育的理念、方法和內容，對提高學生的STEM素養(yǎng)具有重要的意義。

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（欄目編輯? ? 趙保鋼）