黃國航

《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出科學(xué)教學(xué)與其他學(xué)科密切相關(guān)，倡導(dǎo)跨學(xué)科教學(xué)。小學(xué)科學(xué)課程是一門綜合性課程，是義務(wù)教育階段的核心課程，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨。STEM教育是多學(xué)科的融合，尤其側(cè)重于教學(xué)活動對問題的探討和實踐，鍛煉學(xué)習(xí)者科學(xué)探究和解決問題的能力。那么，在科學(xué)課堂教學(xué)上，怎樣為STEM教育的發(fā)展添磚加瓦？ 以下以六年級下冊制作“凈水器”為例進行實踐研究。

一、主題分析，融合STEM理念教學(xué)

制作“凈水器”是小學(xué)科學(xué)六年級下冊第4單元“我們的家園”中的《保護水資源》一課的主要活動。該課由三個活動組成，活動1：“水被污染了嗎”是讓學(xué)生調(diào)查了解當(dāng)?shù)氐乃w污染情況;活動2：“如何保護水資源”是讓學(xué)生分析當(dāng)?shù)厮w污染的主要原因，并提出保護水資源的措施;活動3：制作簡易凈水器，讓濁水變清，并提出改進的方法。本節(jié)課的主題主要確定在活動3，該活動具備綜合性、實踐性等特點，可以設(shè)計豐富多樣的教學(xué)活動。學(xué)生在前面的課程中接觸過水的溶解，知道部分物質(zhì)可溶于水，具備一定的動手操作技能，有利于基于STEM 的小學(xué)科學(xué)教學(xué)流程展開，使學(xué)生在科學(xué)探究、項目實施的過程中發(fā)現(xiàn)問題，提升學(xué)生科學(xué)探究和解決問題的能力。

二、有機融合，分級明確教學(xué)目標(biāo)

STEM 教學(xué)強調(diào)學(xué)科的有機融合，但不管是哪些學(xué)科的整合，都必須厘清每一學(xué)科目標(biāo)。制作“凈水器”通過結(jié)合STEM理念開展的實踐主題活動，從科學(xué)、工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)的角度對凈水器的結(jié)構(gòu)進行研究和應(yīng)用。從課程內(nèi)容的角度來說，制作凈水器的過程，需要分解出合適的教學(xué)活動作為腳手架，支撐整個案例的研究。從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度來分析，雖然他們初步明白可以采用沉淀、過濾等方法進行簡單的雜質(zhì)分離，但是對于使用其它物質(zhì)吸附雜質(zhì)就不了解，因此，可以教師預(yù)先提供一定的學(xué)習(xí)幫助。于是，結(jié)合教材圍繞這個主題，制定了4個領(lǐng)域具體且有針對性的教學(xué)目標(biāo)。

三、結(jié)合主題，制定基于STEM的教學(xué)模式

STEM教育是多學(xué)科的融合，教學(xué)活動側(cè)重于對問題的探討和實踐。為了將STEM教育深度融入本節(jié)課的教學(xué)中，使本節(jié)課教學(xué)真正引導(dǎo)學(xué)生走進科學(xué)世界，體現(xiàn)科學(xué)的實踐性，探究性等特點，因此，本節(jié)課制定如下基于STEM的實踐教學(xué)流程（如圖）。教學(xué)活動包括提出問題、科學(xué)探究、工程設(shè)計、評價交流四個環(huán)節(jié)，各教學(xué)環(huán)節(jié)著重突出學(xué)生的主體地位，使學(xué)生在科學(xué)探究的過程中獲取科學(xué)知識、學(xué)習(xí)科學(xué)方法、領(lǐng)悟科學(xué)思想。

四、教學(xué)實施，有效落實STEM教學(xué)

課程教學(xué)具體的實施過程圍繞“提出問題——科學(xué)探究——工程設(shè)計——評價交流”的教學(xué)活動設(shè)計展開。

（一）提出問題——如何把污水變干凈

1.創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)問題。教師可以創(chuàng)設(shè)問題情境、生活情境，如呈現(xiàn)當(dāng)?shù)氐暮铀?，工業(yè)廢水，含有大量垃圾海水的圖片，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生意識到水被污染的現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生思考水中含有哪些物質(zhì)？提出問題：被污染的水不能直接飲用，如何把它變成干凈的飲用水？

2.創(chuàng)設(shè)任務(wù)，強化學(xué)習(xí)動機。通過問題提出挑戰(zhàn)性任務(wù)：制作一個凈水裝置。這是一個復(fù)雜的大問題，我們可引導(dǎo)學(xué)生將大問題分解成一個個小問題，搭建腳手架，便于學(xué)生解決問題。教學(xué)過程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考：關(guān)于這個任務(wù)，你了解了什么？對于設(shè)計制作凈水裝置，你有什么想法？你需要什么科學(xué)知識解決這個任務(wù)？不斷地提出挑戰(zhàn)性任務(wù)，強化學(xué)習(xí)動機。

（二）科學(xué)探究——如何去除水中的雜質(zhì)

教師引導(dǎo)各小組依據(jù)“提出假設(shè)—搜集信息—驗證假設(shè)”環(huán)節(jié)對凈化水質(zhì)展開探究。

1.提出假設(shè)，激發(fā)探究興趣。制作“凈水器”可以通過假設(shè)問題激發(fā)探究興趣，學(xué)生運用先前習(xí)得的知識，根據(jù)已有經(jīng)驗提出各種假設(shè)。如，凈水器內(nèi)只需要有卵石和石英砂，污水過濾后水就變成清水……根據(jù)提出的假設(shè)形成各種解決問題的方案。

2.搜集解決問題的證據(jù)——凈水方法。學(xué)生課前通過書籍查閱、上網(wǎng)搜索、訪問等方式搜集各種凈化水的方法，并了解該方法的效果。如，自然沉淀法：用于去除水中粗大顆粒;過濾法：去除水的細(xì)微雜質(zhì);吸附法：吸附有氣味的物質(zhì)……最終選擇制作“凈水器”需要用到的方法。

3.搜集解決問題的工具——材料及用途。根據(jù)在制作“凈水器”時需要的方法，針對性的查閱本方法中需要準(zhǔn)備的主要實驗材料，并進一步了解該實驗材料的用途。如：紗布與卵石過濾較大物質(zhì)（不溶物質(zhì)），石英砂過濾較小物質(zhì)（不溶物質(zhì)），活性炭吸附可溶物質(zhì)（有色有味的物質(zhì)），蓬松棉吸附最小物質(zhì)（不溶物質(zhì)）……

4.探究材料順序，激活工程思維。小組合作討論，假設(shè)推理制作簡易凈水器時的材料放置順序，并進行驗證。確定如下的材料順序：紗布→卵石→石英砂→活性炭→蓬松棉。學(xué)生圍繞針對性問題展開學(xué)習(xí)，學(xué)生自主地學(xué)習(xí)了這些材料的性質(zhì)，同時學(xué)生在解決問題的過程中體會到自己努力的成效， 在推理探究思考中，促進工程思維的提升。

（三）工程設(shè)計——凈化水裝置的設(shè)計

教師對學(xué)生活動進行調(diào)控，輔助學(xué)生優(yōu)選方案或者進一步的拓展功能，并為學(xué)生提供必要實驗材料，巡視指導(dǎo)與監(jiān)督。

1.學(xué)生動手制作“凈水器”。STEM教育的課程設(shè)計一般是以小組合作的方式進行，在師生、生生的多向合作、交流、互動的過程中逐步完成的。學(xué)生依據(jù)工程設(shè)計的思路開展凈水裝置設(shè)計，各小組分別設(shè)計不同的凈水裝置。各小組沿著“明確凈水裝置——收集和分析信息——設(shè)計解決方案——制定標(biāo)準(zhǔn)——構(gòu)建凈水裝置原型——迭代優(yōu)化產(chǎn)品”的思路開展凈化水裝置的設(shè)計與制作。

2.檢驗自制簡易凈水器的凈化效果。為測試制作效果，以及進一步優(yōu)化作品，組織學(xué)生觀察污水注入簡易凈水器后，流出來的水是否澄清？如果流出的水不是澄清的，則需要進行設(shè)計調(diào)整，學(xué)生在調(diào)整與測試中，尋找出失敗的原因，不斷地迭代，不斷去改進與完善自己的作品。

（四）評價交流——作品展示，合理評價

1.作品展示，修正完善。STEM教育的創(chuàng)新力是在創(chuàng)造產(chǎn)品的過程中體現(xiàn)出來的，而創(chuàng)造產(chǎn)品實質(zhì)是一個解決問題的過程，即發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問題、分析產(chǎn)品問題和不斷改進產(chǎn)品的過程，在這個過程中創(chuàng)新思維是核心?！叭绻遣皇歉脝幔俊卑l(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的問題，并提出自己想法?！斑@個東西還可以再改進一下嗎？”“還有沒有更好的方法？”……教師要不斷地激勵學(xué)生思考問題，不要墨守成規(guī)，要能別出心裁、標(biāo)新立異地提出新觀點、新設(shè)想及新方法。學(xué)生據(jù)此不斷迭代地改進作品。

2.合理評價，提升能力。在 STEM教學(xué)的開展過程中，我們可以將傳統(tǒng)試卷、課堂觀察、進行工程過程觀察評價，評價出學(xué)生的STEM能力。在制作“凈水器”的STEM教學(xué)中，采取如下評價。

總之，STEM教育將科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程四門學(xué)科有機整合，培養(yǎng)學(xué)生靈活解決科學(xué)問題的能力。本文從“提出問題—科學(xué)探究—工程設(shè)計—評價交流”四個教學(xué)環(huán)節(jié)入手設(shè)計“制作凈水器”，構(gòu)建了基于STEM的小學(xué)科學(xué)實踐教學(xué)活動流程。讓小學(xué)科學(xué)教學(xué)真正將重心轉(zhuǎn)向?qū)茖W(xué)邏輯的關(guān)注，完成了從單一講授式課堂向追求科學(xué)探究性課堂的轉(zhuǎn)變，學(xué)生可以親身體驗探究的過程，提升學(xué)生在課堂中的參與感，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。