蔣紅

摘要：學生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)離不了有效地課堂組織形式。針對目前小學生科學課堂存在的問題，本文將秉承綜合性理念的STEM教育引入傳統(tǒng)的科學課堂，介紹了其內(nèi)涵的同時提出基于STEM教育的創(chuàng)新教學活動設計，將6E教學模式與協(xié)作探究模式相結合，并在具體案例中應用。本研究不僅能有效提高學生對科學課程學習的興趣，而且給學生帶來了不一樣的學習體驗。

關鍵詞：STEM教育;科學課堂;課堂融合

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）34-0079-03

1 引言

目前我國小學科學課程知識內(nèi)容注重于經(jīng)驗和過程，以單學科講授式教學的傳統(tǒng)課堂是無法把重點落實到培養(yǎng)學生自主探究和協(xié)作學習能力的問題上，也無法高效地將理論知識與實踐生活相聯(lián)系。因此，在面臨綜合處理問題時，學生學到的知識與技能難以運用于實際，就會表現(xiàn)出能力欠佳?，F(xiàn)階段STEM課程教育正在各地如火如荼開展，其傳入無疑是對我國綜合性人才的培養(yǎng)和勞動力水平的提升產(chǎn)生了積極作用，但不是每個教育階段都適合或者說有能力有條件開展STEM教育。在基礎教育中，STEM教育給傳統(tǒng)中小學學校帶來全新的理念沖擊的同時也給學生帶來不一樣的學習體驗，其中包括由傳統(tǒng)教室走向戶外，從分科教學走向融合，自知識獲取到知識運用等等，然而如何將原作為分科課程的數(shù)學、物理、科學和技術等整合為一門綜合課程是我們中小學教育從業(yè)人員值得深入思考的。

2 起源及內(nèi)涵

STEM教育是集科學（Scince）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）的多門學科首字母縮寫，其起源于1986年美國國家科學委員會所提出的科學、工程和數(shù)學教育集成戰(zhàn)略，隨著之后30多年不斷完善，已全方位服務于美國的K-12基礎教育[1]。區(qū)別于重書本知識的傳統(tǒng)單科教學方式，STEM是一門重實踐的超學科教育。目前，存在兩種界定方式。其一認為STEM教育核心理念是引導學生綜合應用跨學科知識來解決現(xiàn)實生活中問題，因此它是一門作為整體跨學科知識的綜合性課程;其二觀點提出STEM教育是一種教學策略，運用于教材課本開發(fā)或者是依托課程進行的教學設計[2]。STEM教育并不是多門學科簡單組合，而是跨學科知識的交叉融合，是相互聯(lián)系、相互補充，相互作用的有機整體，具有跨學科、協(xié)作性、體驗性和設計性等特征[3]。鑒于此，本文所指STEM教育是學生在跨學科理念指導下，教師以培養(yǎng)學生高階思維能力為目標，有效整合綜合知識，設計基于真實問題情境課程的教學設計。

3 教學活動設計

從STEM的實施經(jīng)驗來看，需基于項目式學習形式進行教學活動。項目式學習強調(diào)真實情境或是高度還原真實場景基礎上以解決實際問題為核心來進行教與學。在教學過程中大多數(shù)項目需要多方式多學科知識的配合，但研究表明學生獨立整合知識、思考問題的能力較弱會導致學生在不同學科之間建立聯(lián)系或者連接不同知識的表達模式是存在困難的。因此，會造成項目式學習效果不佳。而另一種STEM經(jīng)典教學模式——5E教學，是美國生物科學課程研究在1989年基于建構主義理論演變而來的探究式學習。該模式的基本環(huán)節(jié)包括：參與（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、精致（Elaboration）和評價（Evaluation）[4]。2013年美國國際科技與工程教師學會（ITEEA）在5E基礎上提出將“精致”環(huán)節(jié)細化為“工程（Engineering）”設計和“豐富（Enrich）”整體思維的6E教學，完善以學生為中心的教學模型，目的是要強化STEM教育中的設計與探究能力的培育。要求學生像工程師一樣真正參與設計與建造工程中，將工程設計理念環(huán)節(jié)融入課堂中，但該模式中仍被研究者提出在各環(huán)節(jié)銜接不夠緊密問題[5]?；谏鲜龅慕?jīng)驗與不足，本研究采用“做中學”理念，讓學生從“做”中“學”，從親自動手操作到學習知識并運用到日常生活中。注重培養(yǎng)學生協(xié)作探究學習以及動手操作能力，通過伙伴幫助，提升自身獨立整合知識的能力與本文采用的協(xié)作探究學習（Collaborative Inquiry Learning，CIL）教學模式不謀而合，充分迎合了STEM教育協(xié)作性特征，從理論上更加貼合STEM教育的教學需求。

因此，本研究將6E和CIL教學模式相融合，使得兩者在學科跨度、情境性、趣味性以及協(xié)作性方面有更好的學習體驗，如圖1所示。STEM教育與傳統(tǒng)知識驅(qū)動模式的區(qū)別在于，首先對學生進行前期分析的考慮充分性體現(xiàn)，包括學習需求、學習目標、學生個體特征等確保學習個性化，接著在圍繞STEM教育理念的真實情境性體現(xiàn)，完成由教師設計的面向高階思維和高級技能培養(yǎng)的協(xié)作學習活動，最后對學生學習成果評價多元化體現(xiàn)，包括診斷性評價、過程性評價和總結性評價。學生在此活動過程中彼此進行交流評價并分享經(jīng)驗和成果，培養(yǎng)其自主探究能力的同時也促進師生之間、生生之間的情感互動展開，營造良好學習氛圍。

在參與和工程活動設計環(huán)節(jié)融合項目式教學，由于兩者在體驗性、情境性方面有較高契合度，讓學生基于真實情境和實際問題參與并設計工程，這對于STEM教學的開展具有較強的適用性和支持性。參與又稱導入，是學習者初體驗環(huán)節(jié)，教師將學生引入創(chuàng)設情境中進行新課探究，將知識內(nèi)容置于有意義的活動或者生活場景中，并以問題或者項目為導向，促進學生思考并引發(fā)學生已有知識和新知識之間發(fā)生認知沖突，進而激發(fā)學習興趣和探究意識;而工程環(huán)節(jié)是6E教學模式的特色，學生需明確分工自己需要完成的任務，達成共識，利用已有材料和工具，將方案原型制作出來，加以改良。在此環(huán)節(jié)中，學生所學的知識可以為他們提供工程建造的基礎。相反，學生在實際設計建造過程中又會有新的學習需求，從做中學，在動手實踐中思考。

在探究和工程活動設計環(huán)節(jié)借助工具進行科學探究。探究是STEM重要環(huán)節(jié)之一，學生作為探究活動的主體，以小組為單位采用自主探究方式對相關的知識、經(jīng)驗的收集，明確擬解決的問題后進行分析再提出的相應策略或方案;同時經(jīng)過數(shù)據(jù)的采集、處理等步驟確定最佳的方案。教師作為探究活動的主導者，運用學科知識進行啟發(fā)式教學，對學生給予個性化指導，并提供“支架式”支持，引導學生探索工程對應相關問題，注重培養(yǎng)學生具有主動性、綜合性等特征的創(chuàng)造性思維和積極探索、發(fā)現(xiàn)及解決問題的態(tài)度與意識[6]。工程環(huán)節(jié)上文已做描述，此處不做多余贅述。

在解釋、豐富和評估環(huán)節(jié)中融入CIL教學模式，其強調(diào)人與人之間的互動，包括知識互動以及情感交流。學生結合探究過程所遇到的問題，用自己掌握的知識觀點與同伴進行知識分享，同時在互動過程中發(fā)現(xiàn)自己所學知識與技能不足之處，就會回到知識獲取階段——“解釋”環(huán)節(jié)進行知識擴展，逐步學會知識遷移，建構新知識應用體系，“豐富”自己原有知識結構，達到知識內(nèi)化效果。在“評估”環(huán)節(jié)中教師通過匯報、展示、交流等活動讓學生進行自我評價和伙伴評價，教師也給出相應評價與改進策略以便鞏固知識，促進知識發(fā)生遷移。由此看出，互動的設計初衷在于讓STEM教育在趣味性、協(xié)作性方面有較好的相容性。通過教師的及時答疑解惑、積極客觀評價以及伙伴之間合作交流使得師生之間、生生之間情感交互發(fā)生實時反饋，促進師生關系良性發(fā)展。學生自身認知也在知識互動過程中發(fā)生有意義建構。

4 案例應用

基于上述的創(chuàng)新教學活動設計，以具體案例證明活動設計的有效性。選取的“保溫包設計”是小學四年級科學課程中關于導體與絕緣體的知識點延伸的活動設計，包括科學、物理、數(shù)學和技術等綜合知識點，如表1?；赟TEM教學模式中，更加側重學習的各個環(huán)節(jié)，通過真實情境以協(xié)作學習形式為學生創(chuàng)設良好的互動情境，這樣的課堂設計充分培養(yǎng)學生的主觀能動性和創(chuàng)新思維，教師起到的主要作用是課堂的組織者、活動協(xié)助者和教學指導者。

（1）引入：教師在PPT上展示夏日炎炎，學生們在戶外野餐場景。通過真實情境使得學生有代入感，思考去湖邊去野餐時，為什么要把冷飲和冰塊放在涼爽的地方？如果把它們放在普通背包里會發(fā)生什么？給學生5分鐘時間通過與同伴進行交流互動，學生按自己想法對材料的隔熱性進行初步判斷。引出本節(jié)課的知識點——探究哪種材料是最好的絕緣體。

（2）探究：教師基于絕緣體、導體相關知識點提供盡可能多的資源或形式（包括資料分析、小組討論、頭腦風暴），讓學生能建構對絕緣體和導體的理解。學生憑借自己已有相關知識經(jīng)驗以及收集到相關資料，提出方案探究哪種絕緣體最能減緩溫水中的熱量損失？哪個最差？哪種最適合保溫一杯冰：泡沫塑料，棉花或者空氣（對照組）？同時經(jīng)過數(shù)據(jù)的采集、確定最佳的方案。采用小組合作的探究形式，按準備材料清單和步驟進行操作。仔細觀察材料，動手探究哪個材料最隔熱。再次對材料的隔熱性進行排序，判斷哪個材料隔熱性最好。

（3）解釋：教師通過播放視頻、多媒體虛擬演示、提示討論等方式對方案進行解釋或補充，引導學生解釋探索的結果，并分組派代表相互補充。給學生解釋并重新思考所學，并借此使學生所學到的知識更完善;學生通過思維導圖工具梳理自己的觀點，將想法和判斷分享給大家聽，說明會有怎樣的效果？為什么是這樣結果？以及預測怎么去實施？最后教師總結學生觀點，補充學生未涉及關于導體、絕緣體、能量等相關概念的知識點。

（4）工程：溫度調(diào)節(jié)應用幾乎與所有工程學科都是相關的。在判斷出哪種材料隔熱性好基礎上，采用任務驅(qū)動法讓學生完善自己簡易保溫包探究材料如何組合達到保溫效果最好。學生利用現(xiàn)有的材料和工具，按方案制作出來，加以完善。在做中學，學生新獲得的知識可以為他們?nèi)蝿胀瓿商峁┗A，在動手中思考，把學習到的概念應用到日常生活中，對導體絕緣體知識專題有更深層的理解。

（5）豐富：完成保溫包項目后，讓學生對所學進行更深度地探討，以便于解決更復雜的問題。教師引導學生進行拓展任務，探究鋁箔片是不是一個好的絕緣體？用鋁箔包裹一個杯子，用紙包裹另一個杯子。將冰水倒入杯中。握住杯子，判斷哪種材料是最好的絕緣體。教師指導學生把學到的知識和技能轉移到新的學習情境和領域中去，體現(xiàn)出學習深化和遷移。

（6）評估：教師引導學生通過參與討論、協(xié)作交流進行總結歸納。將評價貫穿整個教學活動中?；顒忧邦A測中讓學生感受并檢查測試絕緣材料（泡沫塑料，棉花，空氣），并讓學生預測最有效的方法，學生的預測反映出對傳熱和絕緣概念的理解程度。過程性評估中在實驗過程中觀察學生，使用“性能評估量規(guī)”中提供的標準評估他們對主題和活動參與的理解，該標準考慮了他們對絕緣材料和團隊合作的理解。總結性評估中教師讓學生完成布置的作業(yè)，通過他們的答案，以衡量他們對知識內(nèi)容的掌握程度。

5 反思與總結

通過兩節(jié)課的具體設計和探索過程中，筆者發(fā)現(xiàn)基于STEM小學科學課堂設計還存在不足之處需加以完善。

（1）多種學科融合，提高教學的綜合性

STEM主張的多學科融合是沒有學科邊界的，不僅僅局限于數(shù)學、工程、科學和技術四門工科知識內(nèi)容。在本次實踐中過程中，融入了語言或者美術等人文社科知識內(nèi)容。例如，我們在講解導體絕緣體相關內(nèi)容，提到絕緣體材料大多運用與航天事業(yè)，而導體運用與電子芯片等領域，拓展學生的知識面。同時我們在設計保溫包時，如何將其制作精美和美術也密不可分。STEM教學強調(diào)學科的綜合性，我們在應用STEM理念是需注重與其他學科進行緊密聯(lián)系而不是拼湊，以幫助學生系統(tǒng)地掌握小學科學的知識內(nèi)容。

（2）創(chuàng)新活動設計，有效提高教學互動性

小學四年級的學生存在年紀小、基礎薄弱、自律能力弱等特點，僅讓他們按部就班的學習課本知識是枯燥無味的教學形式，會直接造成的課堂氛圍活躍度低，間接導致課堂教學效果不佳。如何激發(fā)學生的學習興趣并讓學生主動產(chǎn)生聯(lián)系其他學科知識解決問題的意識是教師在進行教學活動設計需要考慮的。利用多媒體動畫微課資源吸引學生注意力或者角色扮演進行教與學互動或可提升學生興趣。例如，在案例設計中最后評價可更替為評比環(huán)節(jié)，增加生生互動頻率，學生扮演教師角色，選出誰的保溫包最實用保溫效果好，設計美觀，不僅僅可以充分激發(fā)學生合作與競爭意識，還能更加直觀了解學生學習效率與質(zhì)量。

（3）培養(yǎng)綜合能力，發(fā)揮STEM教育作用

STEM的教育理念是讓學生系統(tǒng)地學習知識。因此作為小學科學老師應意識到培養(yǎng)學生綜合能力的重要性，將其他學科的知識應用到小學科學教學中，以切實提高學生的理解能力和實踐能力。因此在設計活動中不僅要有針對性選擇符合學生認知負荷的內(nèi)容，也要在此基礎上遵循多樣性原則盡可能提高學生各方面素養(yǎng)。在培養(yǎng)學生知識與技能的同時也要注重學生的情感態(tài)度與價值觀。例如，在制作保溫包的探究環(huán)節(jié)中將導體與絕緣體相關理論知識與動手操作制作簡易的保溫包實踐相結合，同時不能忽視學生的情感與態(tài)度培養(yǎng)，教師在課堂中需及時肯定學生愛思考、愛鉆研的科學精神，培養(yǎng)了學生綜合素質(zhì)能力，做到全面發(fā)展。讓STEM教育在學生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新精神、科學態(tài)度等方面發(fā)揮真正作用。

參考文獻：

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