江蘇張家港市江帆小學(xué) 陸 惠

一、理論為基石，推動(dòng)STEM教育前行

2017年新修訂的小學(xué)科學(xué)新課標(biāo)中首次將技術(shù)與工程以獨(dú)立學(xué)科領(lǐng)域的方式納入科學(xué)課程，這意味著科學(xué)教育發(fā)展的一次飛躍。新課標(biāo)指出，技術(shù)與工程領(lǐng)域的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生有機(jī)會(huì)綜合所學(xué)的各方面知識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)技術(shù)對(duì)個(gè)人生活和社會(huì)發(fā)展的影響，實(shí)踐活動(dòng)則可以使學(xué)生體會(huì)到“做”的成功和樂(lè)趣，并養(yǎng)成通過(guò)“動(dòng)手做”解決問(wèn)題的習(xí)慣。

STEM教育是一種傾向于融合式學(xué)習(xí)的教育觀，它以教學(xué)項(xiàng)目為核心，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用STEM領(lǐng)域知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，弱化傳統(tǒng)教學(xué)中對(duì)知識(shí)內(nèi)容的記憶，實(shí)現(xiàn)了對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)知識(shí)的整合，將原本分散的知識(shí)內(nèi)容按照課程邏輯重新架構(gòu)，形成一個(gè)運(yùn)行良好的有機(jī)整體，有助于學(xué)生全面認(rèn)知事物，學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中不斷地學(xué)習(xí)新知識(shí)，掌握新技能。不同學(xué)科的交叉聯(lián)系豐富了教學(xué)的深度和層次，為不同能力素質(zhì)的學(xué)生提供了多維的目標(biāo)追求，學(xué)生在多樣化課程的學(xué)習(xí)中獲得多種自我發(fā)展的可能，實(shí)現(xiàn)知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。

STEM教育強(qiáng)調(diào)的是知識(shí)和技能的應(yīng)用，在科學(xué)教學(xué)過(guò)程中，教師可以根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)具體的任務(wù)項(xiàng)目，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)知識(shí)。學(xué)習(xí)知識(shí)和技能的最終目的是要解決實(shí)際問(wèn)題，所以，要注重任務(wù)項(xiàng)目的真實(shí)性，課程教學(xué)任務(wù)緊貼生活實(shí)際才能體現(xiàn)知識(shí)的價(jià)值，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。要建立科學(xué)的教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)課程主要是幫助學(xué)生掌握一定的應(yīng)用技能，傳統(tǒng)考分評(píng)價(jià)方式只是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況，STEM教育讓學(xué)生參與具體教學(xué)任務(wù)，通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)、頭腦風(fēng)暴、校外調(diào)查研究等方式，讓學(xué)生更多地參與教學(xué)活動(dòng)，對(duì)學(xué)生在項(xiàng)目全程中的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)更為全面、客觀。

二、實(shí)踐為主體，夯實(shí)STEM教育陣地

（一）課程開(kāi)發(fā)

STEM中科學(xué)（Science）的獨(dú)特之處在于為學(xué)生創(chuàng)造模擬科學(xué)探究和認(rèn)知的過(guò)程，它教給學(xué)生的是一種科學(xué)的思維方法和科學(xué)探究方式，而不是單純地接受式學(xué)習(xí)。將工程思想和實(shí)踐引入科學(xué)課程，結(jié)合科學(xué)教材開(kāi)發(fā)STEM課程學(xué)習(xí)項(xiàng)目，有“自制樂(lè)器”“做一個(gè)熱水器”“制作灌溉工具”等。

【案例一】“自制樂(lè)器”項(xiàng)目是利用魚(yú)線、鐵釘、木板、橡皮筋、剪刀，或者吸管、橡皮泥等材料，結(jié)合與聲音有關(guān)的知識(shí)，設(shè)計(jì)、制造出一個(gè)能有規(guī)律發(fā)聲的樂(lè)器。

【案例二】“制作太陽(yáng)能熱水器”為的是引導(dǎo)學(xué)生對(duì)光的傳播與光的能量等物理知識(shí)進(jìn)行探索，讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)中構(gòu)建物理科學(xué)知識(shí)體系。借助關(guān)于光的傳播與吸收，以及光的能量的保存等知識(shí)，制作熱水器，通過(guò)試驗(yàn)熱水器功能以及對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，完成STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)。

【案例三】借助我校課程實(shí)踐基地“小農(nóng)莊”“小花房”，引導(dǎo)學(xué)生觀察植物的生長(zhǎng)環(huán)境，學(xué)習(xí)植物的生長(zhǎng)習(xí)性，結(jié)合“小農(nóng)莊”“小花房”需要定期澆水的實(shí)際，制作一個(gè)智能灌溉工具。

在傳統(tǒng)的認(rèn)知里，人們往往會(huì)把STEM教育與普通科學(xué)實(shí)驗(yàn)課，甚至勞技課混為一談，但其實(shí)二者在教育理念和教育方式上有著本質(zhì)的區(qū)別。一項(xiàng)完整的STEM課程不僅僅是一次學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程，更多的是引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)，模擬科學(xué)家探索世界、認(rèn)知世界，從而在大腦中建構(gòu)自己的認(rèn)知。讓學(xué)生在科學(xué)課上經(jīng)歷科學(xué)探究活動(dòng)，同時(shí)有機(jī)會(huì)拓展以下STEM課程實(shí)踐活動(dòng)（見(jiàn)圖1）。

（二）課程實(shí)踐

我?！耙环蔽?chuàng)意課程自主開(kāi)發(fā)的STEM學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)包含科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)方面的要素，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在設(shè)計(jì)任務(wù)情境中運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，通過(guò)開(kāi)發(fā)解決方案、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性、權(quán)衡方案、討論修正等過(guò)程發(fā)展學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力。下面以橋?yàn)槔尸F(xiàn)開(kāi)展STEM項(xiàng)目研究的過(guò)程。

1.以生活為導(dǎo)向，確定研究任務(wù)

在一節(jié)完整的STEM課堂上，教師通常從真實(shí)的生活情境入手，提出一個(gè)具體的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考解決問(wèn)題的方法，逐步展開(kāi)探究的活動(dòng)。橋梁是生活中常見(jiàn)的一種建筑，小學(xué)科學(xué)課程中有所涉及，課程內(nèi)容來(lái)源于小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中材料與結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容。這次橋梁探究的活動(dòng)以港珠澳大橋的通車(chē)為契機(jī)，課程的工程任務(wù)是選用材料設(shè)計(jì)一座橋，制作的橋梁不僅要美觀，而且要能夠承受指定條件的重量。

2.以項(xiàng)目為載體，制定研究方案

在STEM課程的實(shí)施過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用已經(jīng)掌握的學(xué)科知識(shí)和完善的STEM研究方法，解決基于真實(shí)情境的問(wèn)題。在實(shí)踐活動(dòng)基礎(chǔ)上提出科學(xué)問(wèn)題、界定技術(shù)難題、發(fā)展和使用模型、計(jì)劃和實(shí)施研究、分析和闡釋數(shù)據(jù)，發(fā)展數(shù)學(xué)、信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算思維，形成解釋（針對(duì)科學(xué)）、設(shè)計(jì)解決方案(針對(duì)工程)，獲取評(píng)估和交流。在《橋梁》這個(gè)課程設(shè)計(jì)中，教師通過(guò)港珠澳大橋，引入學(xué)校附近的沙洲湖大橋，進(jìn)入環(huán)球橋之旅，感受橋梁中的科學(xué)知識(shí)，體驗(yàn)工程與技術(shù)，將“建橋”這個(gè)核心工程任務(wù)拆分成科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多個(gè)方面，通過(guò)動(dòng)手活動(dòng)掌握工程任務(wù)中所運(yùn)用的知識(shí)和方法，并進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作、檢驗(yàn)，一步步提煉出研究的主題，逐步制定相應(yīng)的研究計(jì)劃和方案。我們將網(wǎng)絡(luò)與實(shí)地考察相結(jié)合，認(rèn)識(shí)這兩座有特殊意義的橋梁，了解橋的發(fā)展歷史、橋的類型、橋的各部分名稱，以及橋的功能、橋梁的結(jié)構(gòu)、橋梁的形狀等。從科學(xué)角度界定作用在結(jié)構(gòu)上的力，設(shè)計(jì)紙質(zhì)的或其他材料的橋，并繪制了圖紙，選用一次性筷子的簡(jiǎn)單黏合制作、撲克牌搭建、紙板搭建等進(jìn)行簡(jiǎn)單的橋梁搭建，用強(qiáng)度和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試和改善橋的設(shè)計(jì)構(gòu)造，一步步完成對(duì)橋梁的認(rèn)知與探索（見(jiàn)圖2）。

3.以過(guò)程為主線，展示研究成果

經(jīng)過(guò)背景經(jīng)驗(yàn)活動(dòng)的鋪墊，學(xué)生已經(jīng)掌握了設(shè)計(jì)橋梁的基礎(chǔ)知識(shí)，教師以過(guò)程為主線，引導(dǎo)學(xué)生完成工程任務(wù)，讓學(xué)生重新經(jīng)歷一次完整的工程流程。STEM教育理念很重要的一點(diǎn)是學(xué)生對(duì)于自己成果的展示，presentation是很關(guān)鍵的一環(huán)。但是這種展示不是單純地展示研究成果，而是將自己研究的思路和研究過(guò)程展示出來(lái)，同時(shí)也是學(xué)生邏輯思維能力、語(yǔ)言組織能力、自信心等綜合素養(yǎng)的體現(xiàn)。在橋的環(huán)球之旅中，學(xué)生要用思維導(dǎo)圖的形式展示對(duì)橋的整個(gè)思維過(guò)程，此外還需要提交工程建議書(shū)，作為本次STEM課程的最終總結(jié)。工程過(guò)程、工程任務(wù)、橋梁背景經(jīng)驗(yàn)活動(dòng)、工程建議書(shū)，一個(gè)個(gè)不同的任務(wù)將橋梁這一主題用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等知識(shí)串聯(lián)、融合在一起，構(gòu)成完整的STEM的橋梁主題活動(dòng)課程。

4.以評(píng)價(jià)為契機(jī)，研究問(wèn)題拓展

每一個(gè)主題的STEM課程結(jié)束之后，需要對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)展開(kāi)評(píng)價(jià)。學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)有多種不同的方式，就小學(xué)科學(xué)課而言，主要有過(guò)程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)兩種。這樣的評(píng)價(jià)也可以運(yùn)用于橋梁制作的STEM活動(dòng)中，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：學(xué)生對(duì)建橋任務(wù)和目標(biāo)是否有清晰的認(rèn)識(shí)；是否有強(qiáng)烈的動(dòng)機(jī)和足夠的努力；是否掌握相應(yīng)的橋梁科學(xué)知識(shí)；小組活動(dòng)是否體現(xiàn)合作；是否有完整的作品呈現(xiàn)，等等。評(píng)價(jià)可以采取質(zhì)性描述的方法，讓學(xué)生較為具體地了解自己項(xiàng)目學(xué)習(xí)的情況，找到努力的方向，同時(shí)對(duì)自己研究的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行反思，找出研究方法的不足之處，在原課程的基礎(chǔ)上提出新的問(wèn)題，并能夠自主地實(shí)施新一輪的研究探索。

較之傳統(tǒng)的科學(xué)課學(xué)習(xí)，開(kāi)放式、應(yīng)用性工程任務(wù)給學(xué)生帶來(lái)了身臨其境的體驗(yàn)。學(xué)生從初始嘗試，到通過(guò)探究建立科學(xué)理解，再優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步檢驗(yàn)，整個(gè)過(guò)程滲透了工程設(shè)計(jì)的“迭代”理念，充分體現(xiàn)了科學(xué)與工程的相互促進(jìn)，為學(xué)生創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力的發(fā)展提供了更為廣闊的天地。