林 芹

(福建省廈門何厝小學，福建廈門，361000)

隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，科學發(fā)明與技術(shù)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，科學技術(shù)的快速發(fā)展對每一位公民的科學素養(yǎng)都提出了新的要求。融基礎(chǔ)性、實踐性、綜合性于一體的小學科學課程，是學生科學素養(yǎng)的啟蒙課程。在小學科學課程的教學過程中，認真貫徹探究式學習是對當前小學科學課程總目標的積極回應(yīng)，是發(fā)展學生創(chuàng)新思維的關(guān)鍵。STEM教育在K-12科學教育框架中呈現(xiàn)了其核心內(nèi)容，包含科學與工程實踐、跨學科概念、學科核心概念，并被逐步引入科學課堂中。[1]當前，STEM教育理念對創(chuàng)新思維培養(yǎng)的影響力也逐步被認可。將STEM教育理念引入小學科學課程，融入科學探究式學習過程，認真貫徹探究式學習，是當前優(yōu)化探究式學習過程的可取之道。

一、探究式學習過程融入STEM教育理念的必要性

一般情況下，探究式學習過程包含四個環(huán)節(jié)，即探究問題的生成與確定、探究方案的策劃與設(shè)計、探究方案的實施與展開、探究結(jié)論的交流與評價?？梢姡骄渴綄W習過程要求教師打破傳統(tǒng)講授式的教學思維方式，引導學生變被動學習為主動學習，進而引導學生經(jīng)歷自主發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的過程。這一過程必須遵循主體性原則、目標性原則和整體性原則。[2]STEM教育在當前存在兩種態(tài)勢。其一，將STEM教育理解為一種融科學、技術(shù)、數(shù)學、工程于一體的多學科融合教育理念；其二，將STEM教育當成一門跨學科的項目式教學模式。但無論從哪種態(tài)勢理解，STEM教育都顛覆了過去“各自為政”的學科獨立教學模式。在倡導培育綜合型素質(zhì)人才的今天，將STEM教育融入小學科學課程的探究式學習過程，為多學科融合的整體性教學架起了橋梁，使學生從零碎科學知識學習轉(zhuǎn)向了綜合解決實際問題的過程整體學習。因此，將STEM教育理念融入探究式學習過程，能夠豐富課堂主體性、環(huán)節(jié)目標性、思維整體性，發(fā)揮其理論指導價值。

(一)STEM教育理念有助于凸顯“主體性”

在小學科學課程探究式學習過程中，教師應(yīng)成為學生學習的引導者和促進者，學生才是學習過程的主體。但是，在眾多的公開教學活動中，觀眾依然會看到教師“隱形主體”角色的出現(xiàn)。究其原因，教師在課堂教學過程中注重引導學生經(jīng)歷探究式學習的“過程完整”，而缺乏探究式學習真正發(fā)生的“主體思維”。這導致在熱熱鬧鬧的探究式學習過程中，學生的情緒是激昂的、活動是豐富的，但其思維活動被弱化了。思維弱化一方面表現(xiàn)為教師替代學生選擇探究問題，而不是學生自己經(jīng)過思維活動而產(chǎn)生；另一方面表現(xiàn)為教師替代或者個別學生替代全班學生思維，生成與評價探究結(jié)論。不可否認，問題的選擇和探究結(jié)論的生成與評價是探究式學習過程，是挑戰(zhàn)學生思維、促進學生思維發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旨在使學生成為思維活動的主體。當這兩個環(huán)節(jié)的思維活動被弱化時，學生主體性便難以凸顯，探究式學習的真實性必受質(zhì)疑。基于STEM教育理念重設(shè)這兩個教學環(huán)節(jié)，需要教師思考以下問題：什么樣的情境能使學生萌生有價值的探究問題？什么樣的交流與評價活動能將全體學生思維置于必須思考的境地？

可見，在教學中融入STEM教育理念有助于教師教學思維方式的轉(zhuǎn)變，即從“重結(jié)果”到“觀過程”，從“重知識”到“理方法”等教學思維轉(zhuǎn)變，這為發(fā)展學生思維提供了助力。

(二)STEM教育理念有助于明確“目標性”

《義務(wù)教育小學科學課程標準(2017年版)》指出：小學科學課程倡導以探究式學習為主的多樣化學習方式，促進學生主動探究；突出創(chuàng)設(shè)學習環(huán)境，為學生提供更多自主選擇的學習空間和充分的探究式學習機會；強調(diào)在做中學和學中思，通過合作與探究，逐步培養(yǎng)學生提出科學問題、收集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析問題和解決問題的能力，發(fā)展學生的創(chuàng)造性、批判性思維和想象力。[3]STEM教育理念下的科學學習過程包含發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)或設(shè)計方案、科學求證或?qū)嵤┓桨?、得出結(jié)論或評估方案及反思分享四個階段。就工程技術(shù)類的課程來說，反思分享的過程就是對作品進行迭代提升的過程?？梢?，在STEM教育理念指導下的探究式學習過程中，學生的學習過程節(jié)點安排會更清晰，每個環(huán)節(jié)要開展什么活動、達成什么目標都有明確界定。學生從進入問題或項目再到最終形成問題解決方案或“人工制品”項目成果的整個過程是由不同的環(huán)節(jié)構(gòu)成，每個環(huán)節(jié)有階段性問題或階段性任務(wù)。只有循著這些環(huán)節(jié)的脈絡(luò)一步一步地解決每個子問題或完成每個子任務(wù)，找到一連串的證據(jù)，并根據(jù)這些證據(jù)得到整個問題的解決方案或完成“人工制品”，真正體驗獲取知識的過程，而不是機械模仿和重復教師的操作，才能有效促進學生關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)的發(fā)展。[4]

因此，教師將STEM教育中的“階段性任務(wù)驅(qū)動探究過程深入”的理念融入探究式學習過程，有利于學生明確主題學習的總目標以及要達成總目標需要逐步完成的小目標。而目標明確的學習過程會更有實效性。

(三)STEM教育理念有助于契合思維的“整體性”

思維方式是人認識事物的方式方法。小學生很容易受教師的言行影響，尤其是教師的教學思維的整體性和邏輯性等都會在教學過程中潛移默化地影響學生。學生在探究式學習過程中習得科學方法、提升科學思維是科學課程的核心價值之一。因此，在探究式學習過程中，學生的邏輯思維、整體思維水平得到發(fā)展尤為重要。但是，在常態(tài)探究式學習過程中，學生仍處于“請你按我這樣做”的潛思路中，學生參與整體建構(gòu)科學概念的思維過程被弱化，發(fā)散思維訓練的機會被窄化。如果把STEM教育理念融入小學科學探究式學習過程，引導學生經(jīng)歷從“情境創(chuàng)生問題”“方案制訂”到“方案實施”“結(jié)果分析與評價”的整個探究過程，思維也會經(jīng)歷從情境發(fā)散到問題聚焦、從假設(shè)驗證到綜合收斂的整體過程。這為學生構(gòu)建科學概念的內(nèi)在思維邏輯結(jié)構(gòu)及接納批判性思維搭建了可落地的框架。

總之，在探究式學習過程中融入STEM教育理念，可以使探究式學習過程的活動結(jié)構(gòu)更完整，思維邏輯更清晰，概念體系更系統(tǒng)；讓學生在動手之前先明確學習的思維邏輯，帶著目標去經(jīng)歷、去思考，可以真正貫徹探究式學習。

二、STEM教育理念融入探究式學習過程的適切性

任何一種教學理念或者學習方式都有其優(yōu)越性與不足之處。倡導多元化教學理念指導下的多元化學習方式的融合與共通，是提升教學效果的必經(jīng)之路。STEM教育理念融入小學科學課程探究式學習的過程也不例外。只有明確其適切性，才能更有效地融合，不至于生搬硬套。

(一)創(chuàng)設(shè)情境，真思維

情境性是STEM教育的九大核心特征之一。STEM教育強調(diào)把知識還原于豐富多彩的生活，最好能與生活中充滿趣味、富有挑戰(zhàn)的問題相結(jié)合，引導學生在解決問題時完成概念建構(gòu)、習得科學方法、提升科學思維品質(zhì)。同時，STEM教育強調(diào)提升學生將知識再運用于情境中解決實際問題以及理解、辨識不同情境知識表現(xiàn)的能力，旨在增強學生根據(jù)知識所處背景信息并結(jié)合自身經(jīng)驗使學習過程產(chǎn)生“聯(lián)系與結(jié)構(gòu)”的能力，推動學生思維向高階發(fā)展。

好的開始是成功的一半?？茖W探究式學習始于問題的產(chǎn)生，如何引導學生產(chǎn)生有價值的真實問題是關(guān)鍵。因此，在科學探究式學習過程中，以STEM教育理念為指導，創(chuàng)設(shè)生活中的真實情境，引導學生產(chǎn)生真實問題，是探究式學習的良好開端。在解決問題的過程中，學生不僅能獲得知識，更為重要的是能獲得對知識社會性、情境性及遷移運用的體驗感。這種體驗感為學生打開了從書本世界到生活世界的通道，增強了學習與生活的關(guān)聯(lián)感和體驗感，讓學生在生活中能像在課堂中時一樣觀察、質(zhì)疑生活現(xiàn)象，在課堂中又能像置身于生活場景中時分析、解釋生活現(xiàn)象。

(二)設(shè)計環(huán)節(jié)，可物化

STEM教育理念重視制作思維的整理環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的科學探究過程中，教師通常借助引導學生在紙上畫設(shè)計草圖的方式讓學生呈現(xiàn)制作思路?，F(xiàn)實課堂中往往出現(xiàn)這樣的景象：學生對畫設(shè)計草圖無從下手，即使畫出了設(shè)計草圖，但畫歸畫、做歸做，造成設(shè)計與制作“兩張皮”現(xiàn)象。本應(yīng)為后續(xù)制作做鋪墊的草圖設(shè)計環(huán)節(jié)往往成“走過場”，學生的設(shè)計思維與制作思維并沒有真正發(fā)生前移后續(xù)的關(guān)聯(lián)，導致設(shè)計過程思維缺失、制作過程思路不清，造成計劃與實施之間的邏輯結(jié)構(gòu)思維發(fā)展弱化。

小學生的思維以具象思維為主。如果能將紙上抽象繪制設(shè)計圖活動轉(zhuǎn)變?yōu)閯邮肿龅闹庇^動作思維過程，引導學生物化設(shè)計草圖，不僅有利于學生呈現(xiàn)自己的設(shè)計思路，而且能讓后續(xù)制作過程真正與設(shè)計思維發(fā)生關(guān)聯(lián)。例如，在教學蘇教版小學科學五年級下冊第二單元第2課“搭支架”時，教師可以為學生提供了一定數(shù)量的胡蘿卜丁和牙簽，引導學生借助胡蘿卜丁和牙簽自主設(shè)計支架模型，變平面、抽象的草圖設(shè)計為直觀、立體的模型制作。這不僅可以消除學生對畫設(shè)計圖的畏難情緒，順應(yīng)學生愛動手的天性，而且便于學生在討論中按照小組的智慧不斷調(diào)整設(shè)計思路。

在小學科學課程探究式學習過程中，教師要關(guān)注學生動手的機會，更要為學生留足思考的空間。在如何讓學生真正去思考并讓思考設(shè)計能為后續(xù)動手制作真正起到鋪墊作用的問題上，教師要根據(jù)不同年級學生的思維特點選擇不同的形式。對處于直觀動作思維認知階段的1—2年級學生，教師可以引導學生在觀察中產(chǎn)生制作的欲望；3—4年級的學生的思維正處于從直觀動作思維向抽象邏輯思維發(fā)展的過渡階段，教師可以逐步引導學生以抽象的文字描述加適當?shù)膱D形符號等方式呈現(xiàn)設(shè)計思路；對于5—6年級的學生，教師可以引導學生從實物模型設(shè)計逐步向草圖設(shè)計過渡。

(三)迭代思維，可遷移

迭代是基于STEM教育理念的產(chǎn)品修正過程，是學習過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)。但在常態(tài)的探究式學習過程中，更為常見的是教師引導學生經(jīng)歷“產(chǎn)品設(shè)計—產(chǎn)品制作—產(chǎn)品評價”三個環(huán)節(jié)，產(chǎn)品評價環(huán)節(jié)并沒有很好地被加以利用，也就難以發(fā)揮其應(yīng)有的價值。而STEM教育理念支持下的迭代過程就是教師充分利用產(chǎn)品評價過程信息，并留足時間和空間，引導學生再次審視自己的作品、修正自己的作品的過程。如果在科學探究式學習過程中也能做實評價與修正環(huán)節(jié)，那么探究的意味就會更深遠，學生探究科學的思考就會更深入，學生對動手實踐的過程就會有更深刻的體會。這個思考和體會過程是科學核心素養(yǎng)落地課堂教學過程中不可缺少的重要組成部分。

在小學科學課程探究式學習過程中，教師應(yīng)充分預設(shè)學生的制作思維瓶頸，引導學生在對比中思考。如果有條件，教師要進一步創(chuàng)設(shè)情境，引導學生在情境中產(chǎn)生思維沖突，點燃質(zhì)疑思維，讓學生經(jīng)歷“接收反饋—不斷修正—持續(xù)完善”的迭代思維過程。這樣的過程是學生感興趣的過程，是學生批判性思維發(fā)展的過程，是高階思維培養(yǎng)的過程。因此，選準時機將迭代思維遷移應(yīng)用到探究式學習過程中，就能夠更加凸顯小學科學課程探究式學習的內(nèi)涵和價值，使之成為科學學科育人價值生發(fā)的良好載體。

STEM教育理念與探究式學習模式既有共性又有個性。在以探究為主的小學科學教學中，在問題產(chǎn)生的情境創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)、探究思路呈現(xiàn)的設(shè)計環(huán)節(jié)及學習成果評價反思環(huán)節(jié)充分融入STEM教育理念，對夯實探究學習方式的內(nèi)容和價值有重要作用。

三、STEM教育理念融入探究式學習過程的實踐性

將STEM教育理念融入探究式學習過程，并非把科學課都上成STEM課，也并非每一次探究式學習過程中的每個環(huán)節(jié)都能全面又深度地融合STEM教育理念的九大特性。融合過程不僅要遵循必要性和適切性，還要遵循實踐性。

(一)挖掘教材與STEM要素的融合點

STEM教育理念強調(diào)學生應(yīng)用所學數(shù)學和科學知識應(yīng)對現(xiàn)實世界的問題，通過創(chuàng)造、設(shè)計、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作解決問題；強調(diào)學生應(yīng)具備一定的技術(shù)素養(yǎng)，了解技術(shù)應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展的過程，具備分析新技術(shù)如何影響自己乃至周邊環(huán)境的能力。

基于這種理念認同，教師可以通過挖掘科學教材中涉及工程與技術(shù)領(lǐng)域的內(nèi)容，尋找融入STEM教育理念的契機。在融合過程中，教師要充分理解教材，尋找教材和STEM融合的多元視角，實現(xiàn)內(nèi)部統(tǒng)一，協(xié)同提升學生的科學、技術(shù)、藝術(shù)與數(shù)學素養(yǎng)。例如，在教學蘇教版小學科學四年級下冊第二單元第8課“太陽鐘”時，教師可以借助學生對沙漏、水鐘、擺鐘、機械手表、電子手表等各種計時工具的結(jié)構(gòu)特征及發(fā)展變遷的了解，引導學生認識計時工具的演變歷程，體驗計時工具的發(fā)展給人類生活帶來的便利。在此基礎(chǔ)上，教師可以進一步引導學生聚焦擺鐘的結(jié)構(gòu)，通過觀看實物和相關(guān)圖片，引導學生理解擺鐘的計時奧秘所在，進而引導學生嘗試制作“一分鐘計時器”。在教師的支持與指導下，學生主動融入探究學習活動，感受探索的魅力，深刻體驗科學原理與工程技術(shù)的緊密關(guān)聯(lián)。由此可見，挖掘教材與STEM要素的融合點，為融合找到著力點，是有效融合的前提和關(guān)鍵，是提升學生科學素養(yǎng)的基石。

(二)尊重認知與STEM要素的融合點

小學階段是學生認知水平快速發(fā)展的時期。在小學科學課程探究式學習過程中，教師要充分尊重學生的認知特點，找準融入STEM教育理念的關(guān)鍵點。具體來說，教師要遵循小學科學“動手做”原則，從學生熟悉的生活事例或者現(xiàn)象出發(fā)，引出對生命、物質(zhì)或地球與宇宙等相關(guān)概念的建構(gòu)認知活動。例如，在教學蘇教版小學科學三年級上冊第四單元第14課“海洋”時，教師可以引入全球水危機新聞“地球是個大水球，海水占了地球上水資源的72%，為什么還會出現(xiàn)水資源危機”，以此使學生產(chǎn)生探究海水中到底有什么的學習欲望，即本課的探究主體活動——海水淡化。學生通過探究式學習會發(fā)現(xiàn)海水與淡水的不同，再通過與科學家的權(quán)威解釋進行對比，形成自己對海水成分的認識。在此認知基礎(chǔ)上，教師引導學生自制海水淡化處理裝置，進一步鞏固學生對海水淡化過程的認知，在制作過程中點燃學生創(chuàng)新思維的火花。借助這類“實驗+權(quán)威解釋+裝置制作”的形式，教師能夠?qū)Σ煌瑢W科知識加以融合，有助于學生進一步鞏固相關(guān)科學概念的建構(gòu)，既拓展了學生的學習空間，又使探究式學習內(nèi)容更具多元性。

(三)抓實評價與STEM要素的融合點

教學評價既擔任了對教學效果的檢測與反饋，又擔任了對教學過程的監(jiān)測與調(diào)整，是調(diào)適探究式學習過程的重要手段。而在STEM教育中，評價是其九大特征之一，不容忽視。如何組織實施教學評價、充分發(fā)揮評價反饋功能、充分調(diào)動每一名學生積極主動參與評價過程并享受“評與被評”的樂趣，是將探究式學習推向深入、將學生的思維引向高階發(fā)展的關(guān)鍵。

例如，在教學蘇教版小學科學五年級下冊第二單元第2課“搭支架”時，教師可以引導學生在任務(wù)驅(qū)動下設(shè)計一款手機支架。在開放的任務(wù)面前，每個小組設(shè)計的作品各不相同，要想通過評價與反饋點燃學生的自我調(diào)整與改進思維，評價環(huán)節(jié)的設(shè)計和組織就顯得尤為重要?！懊恳幻麑W生都是評價的主體”，這是評價環(huán)節(jié)的核心要義。教師可以組織各小組在自我評價的基礎(chǔ)上開展組間交換作品相互評價，通過評價記錄單引導每個小組成員都參與觀察并評價他人的作品，實現(xiàn)有限時間內(nèi)擴大生生互評參與面的目的。每一個小組既是被評價者，又是評價者；既可以亮出自己的作品，接受反饋并改進，又可以獲取他人作品的啟迪，啟發(fā)創(chuàng)新思維。

綜上，STEM教育理念與探究式學習有共通之處，也有所區(qū)別。在實際教學過程中，結(jié)合學生認知水平和教材特征將STEM理念有機融入探究式學習過程，可以使學生更主動地參與科學的探究過程，體驗探究學習的樂趣，促進學生科學思維的發(fā)展和科學品質(zhì)的提升。