顧健彭

STEM教育是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的英文縮寫。STEM教育理念最大的特征是跨學(xué)科的知識融合，從某些角度上來說與中小學(xué)的綜合實踐課程非常契合。STEM教育在實際的教學(xué)實踐中應(yīng)注意科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科的融合，而不應(yīng)該是簡單的學(xué)科疊加。在具體的實施過程中，四門學(xué)科的位置是一致的嗎？筆者認(rèn)為，小學(xué)科學(xué)作為一門基礎(chǔ)性、綜合性課程，無論是課程特點、價值追求還是育人目標(biāo)，都為STEM教育教學(xué)在小學(xué)學(xué)段提供了良好的實踐平臺，以科學(xué)學(xué)科為主導(dǎo)的STEM教學(xué)也許更有探究性和可操作性。筆者以《水果發(fā)電》為例，進(jìn)行STEM教育教學(xué)設(shè)計的闡述。

一、融合學(xué)科，使STEM更具可操作性

在STEM教育中，科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)之間存在著相互支撐、相互補充的關(guān)系，四門學(xué)科關(guān)系如此緊密，在實踐教學(xué)中任何一門學(xué)科都不能獨立存在。筆者在不斷地實踐和思考中發(fā)現(xiàn)在小學(xué)STEM教育中，將四門學(xué)科有效融合開展STEM教育教學(xué)，會使課程更有探究性和可操作性。

追本溯源，小學(xué)科學(xué)本就是包含科學(xué)、工程、技術(shù)的綜合性課程。教育部頒布的《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：“當(dāng)今世界，科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，為人類在更大范圍、更深層次上認(rèn)識并合理利用自然提供了可能。科學(xué)技術(shù)推動了生產(chǎn)力的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)的繁榮和社會的進(jìn)步，促進(jìn)了人們的生產(chǎn)方式、生活方式和思維方式的變革?？茖W(xué)技術(shù)的快速發(fā)展對每一位公民的科學(xué)素養(yǎng)提出了新的要求?！庇纱宋覀儼l(fā)現(xiàn)，小學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，“科學(xué)”與“技術(shù)”兩個詞語本就綁定在一起，并且“科學(xué)技術(shù)”一詞在課程標(biāo)準(zhǔn)中多次出現(xiàn)。此外在“課程性質(zhì)”這一章節(jié)中，課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出：“小學(xué)科學(xué)課程是一門綜合課程，理解自然現(xiàn)象和解決實際問題須要綜合運用不同領(lǐng)域的知識和方法?！币笮鑿摹凹夹g(shù)與工程”等四個領(lǐng)域，綜合呈現(xiàn)科學(xué)知識和科學(xué)方法，甚至強調(diào)了科學(xué)課程要與并設(shè)的數(shù)學(xué)等課程相互滲透，以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。因此，實施小學(xué)科學(xué)課程，本身就要樹立“大科學(xué)”理念。小學(xué)科學(xué)在實施過程中，有必要適切融合工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等各個學(xué)科核心要素，以深化學(xué)習(xí)內(nèi)容，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

探究創(chuàng)新，小學(xué)科學(xué)和STEM教育有共同價值追求。從STEM教育產(chǎn)生背景和發(fā)展目標(biāo)來看，STEM教育的出現(xiàn)是源于20世紀(jì)80年代美國對科技人才缺失的反思。他們試圖通過STEM 教育培養(yǎng)中小學(xué)生的科學(xué)思維能力和科技創(chuàng)新素養(yǎng)，成為提高國民科學(xué)素養(yǎng)，保持國際競爭力的重要教育方式。而現(xiàn)階段，我國科技人才同樣缺乏，特別是高端科技領(lǐng)域，創(chuàng)新型人才的缺失更為嚴(yán)重，這也正是我國各級教育部門和眾多學(xué)校熱衷于探索實踐STEM教育的重要原因。STEM是一種偏理科的綜合學(xué)科交融教育，科學(xué)探究是STEM教育的主要學(xué)習(xí)形式之一，創(chuàng)新意識是STEM教育的主要培養(yǎng)目標(biāo)，要求一線教師和學(xué)生對一個課題項目進(jìn)行學(xué)習(xí)探討時，在學(xué)習(xí)方法和教學(xué)形式上進(jìn)行不斷創(chuàng)新。簡單地說，沒有探究和創(chuàng)新，STEM教育就會缺失其學(xué)科價值和靈魂，失去其發(fā)展的動力。而科學(xué)探究正是小學(xué)科學(xué)最重要的課程活動方式，培養(yǎng)創(chuàng)新意識正是小學(xué)科學(xué)最重要的育人目標(biāo)。課程標(biāo)準(zhǔn)中，培養(yǎng)創(chuàng)新一詞出現(xiàn)14次，探究一詞出現(xiàn)了164次。通過這個數(shù)字可以看出，創(chuàng)新對小學(xué)科學(xué)，特別是低學(xué)段教學(xué)來說可能要求偏高，但科學(xué)探究不僅是小學(xué)科學(xué)的核心、目標(biāo)，也是小學(xué)科學(xué)重要的學(xué)習(xí)方式。因此我們不難發(fā)現(xiàn)，探究創(chuàng)新是小學(xué)科學(xué)和STEM教育共有的價值追求。

思維拓展，小學(xué)科學(xué)和STEM教育有著共同的育人目標(biāo)。小學(xué)科學(xué)既是一門基礎(chǔ)性課程，又是一門實踐性課程。作為基礎(chǔ)性課程，科學(xué)課堂需要讓學(xué)生了解符合他們認(rèn)知水平的生活常識和科學(xué)知識，探究一些常見的自然現(xiàn)象，解決一些簡單的生活實際問題，提升他們的科學(xué)核心素養(yǎng)。但是科學(xué)核心素養(yǎng)的提升不僅僅是科學(xué)知識的儲備，更重要的是讓學(xué)生掌握基本的科學(xué)方法，通過各種活動性課程，發(fā)展他們的邏輯性思維、創(chuàng)新性思維、發(fā)散性思維、逆向性思維等能力。小學(xué)科學(xué)課程上需要進(jìn)行大量的實踐活動，這些活動能夠積極有效地鍛煉和提升學(xué)生的思維能力，這也是小學(xué)科學(xué)重要的育人目的。STEM教育是一門濃厚的理科性綜合課程，其核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和科學(xué)思維能力。工程性思維和科學(xué)性思維都是綜合性思維，培養(yǎng)學(xué)生這些綜合性思維能力，一是需要學(xué)生掌握一定的科學(xué)技術(shù)理論知識，二是在日常的學(xué)習(xí)實踐中，由教師不斷地引導(dǎo)他們運用邏輯性思維、創(chuàng)新性思維等多種思維方式，去發(fā)現(xiàn)問題、討論問題、解決問題，以提升學(xué)生思考問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)。由此看來，STEM教育作為一種高階思維人才培養(yǎng)模式，小學(xué)科學(xué)課程不僅為其提供了一定的知識儲備，更提供了豐富的思想方法。因此，筆者認(rèn)為小學(xué)科學(xué)課程在思維培育方面與STEM教育有著高度的契合性，有著共同的育人目標(biāo)。

二、開展活動，體現(xiàn)STEM跨學(xué)科理念

“水果發(fā)電”教學(xué)活動是小學(xué)科學(xué)五年級上冊“電和磁”單元的知識衍生。在教學(xué)設(shè)計之初，為了讓學(xué)生通過信息化手段多了解水果發(fā)電知識，體現(xiàn)STEM教育的跨學(xué)科理念，筆者做了三個活動：

活動一：要求學(xué)生在課前制作以“水果發(fā)電”為主題的賀卡和手抄報，促進(jìn)學(xué)生對水果發(fā)電科學(xué)原理的自主學(xué)習(xí);活動二：課堂上，組織學(xué)生利用銅片和鎂片插入不同水果形成閉合電路，點亮小燈泡。通過實驗操作，學(xué)生了解到水果的數(shù)量、種類、金屬片插入的深度等因素都會影響小燈泡的亮度;活動三：要求學(xué)生利用水果電池制作一個手工作品，將其作為新年禮物送給父母。

活動一指向美術(shù)設(shè)計，活動二偏向科學(xué)探究，活動三則是創(chuàng)意設(shè)計和價值體現(xiàn)，三個活動組合成一次STEM活動，都是圍繞“水果發(fā)電”這一主題展開，集合了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)甚至藝術(shù)等多個學(xué)科元素。教師通過STEM教學(xué)方式，讓學(xué)生通過信息手段了解一些基本的科學(xué)原理，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。但在后來的課堂復(fù)盤重審時，筆者意識到了這節(jié)課的缺失之處：STEM教育的學(xué)科融合，不應(yīng)該是不同學(xué)科的簡單疊加，而是要把各學(xué)科碎片化的知識不斷地融合，讓整個學(xué)習(xí)的過程轉(zhuǎn)化為一個學(xué)生通過探究世界相互聯(lián)系而提升能力的過程。

基于對STEM的思考，對于“水果電池”活動的教學(xué)筆者重新進(jìn)行構(gòu)建和設(shè)計。在讓學(xué)生了解到水果的數(shù)量、種類、金屬片插入的深度等因素都會影響小燈泡的亮度之后，教師進(jìn)一步提出探究性問題：影響小燈泡亮度的根本原因是什么？通過教師引導(dǎo)和小組合作，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)水果中的酸性物質(zhì)才是小燈泡發(fā)光的根本因素。由此，學(xué)生對水果電池的研究從淺表層向深層次拓展，從表象研究向根本性研究轉(zhuǎn)變，也就是從“What”向“Why”的提升。那么對于“水果電池”的研究是不是就結(jié)束了？我們是否還可以進(jìn)一步的探究？其實到這一階段，課程的實施還停留在“科學(xué)發(fā)現(xiàn)階段”。如何將我們的學(xué)習(xí)從發(fā)現(xiàn)向設(shè)計、建造甚至發(fā)明進(jìn)一步推進(jìn)呢？由此，可以從兩個方面提醒學(xué)生，一是因為水果的酸性特質(zhì)導(dǎo)致小燈泡亮度發(fā)生變化，由此我們可以通過逆向思維思考一下，是否可以通過小燈泡亮度的強弱制作一款簡單的水果酸（甜）度測試裝置？二是本節(jié)課我們通過水果制作了一個簡單的閉合電路，點亮小燈泡，但“水果電池”仍有不便攜帶和保存的問題，該問題如何解決？可不可以利用身邊的酸性物質(zhì)，制作一個簡單便攜的電池模型？通過以上兩個環(huán)節(jié)，學(xué)生在掌握基本科學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，運用簡單的工程意識和技術(shù)手段來設(shè)計一些簡單的科學(xué)裝置。由此，本次“水果電池”STEM教學(xué)活動，以科學(xué)學(xué)科為主導(dǎo)，充分融合技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)各學(xué)科要素，基本體現(xiàn)STEM教育的核心理念。

綜上所述，從課程標(biāo)準(zhǔn)、價值追求、育人需求等多個方面來思考，小學(xué)科學(xué)都應(yīng)該是STEM教育在小學(xué)校園落地生根的最好平臺，并且在具體的實踐教學(xué)中應(yīng)該發(fā)揮主導(dǎo)作用。另外，作為小學(xué)科學(xué)教師也應(yīng)該提升自己的綜合素質(zhì)，多嘗試運用STEM教育理念，創(chuàng)新自己的教學(xué)手段，會有意想不到的教學(xué)成就感。

■ 編輯/陸鶴鳴