◇劉遠謹(jǐn)（浙江：溫州外國語小學(xué)）

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 版）》將“技術(shù)與工程”列為與“物質(zhì)科學(xué)”“生命科學(xué)”和“地球與宇宙科學(xué)”并列的一個領(lǐng)域。“技術(shù)與工程”課程內(nèi)容明確指出：“倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式?？茖W(xué)（science）、技術(shù)（technology）、工程（engineering）、數(shù)學(xué)（mathematics），即STEM 教育，是一種以項目學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的課堂組織方式，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?！惫P者認(rèn)為，基于STEM 理念的小學(xué)科學(xué)“技術(shù)與工程”的教學(xué)研究，是實施STEM 教育的有效路徑之一。

一、審視：基于STEM理念的小學(xué)科學(xué)教育導(dǎo)向

（一）學(xué)習(xí)需求：建構(gòu)項目式學(xué)習(xí)的一種途徑

學(xué)生是課堂的中心，課堂是能夠滿足學(xué)生各種需求的重要學(xué)習(xí)場所。首先，學(xué)生的認(rèn)知特點是多樣的、復(fù)雜的和層次不一的，應(yīng)該得到滿足；其次，學(xué)生展示或暴露自己的想法的方式是多樣的，同樣應(yīng)該得到滿足。因此，STEM 教育理念下的項目式學(xué)習(xí)可以多方面滿足或順應(yīng)基于學(xué)生認(rèn)知特點的需求。

（二）方法認(rèn)可：實現(xiàn)有效教學(xué)的一種嘗試

小學(xué)科學(xué)課堂倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)。首先，探究能夠?qū)崿F(xiàn)多維聚焦，包括實驗前的方案設(shè)計、過程中的實驗信息、實驗后的研討交流。其次，學(xué)生在這個大空間里形成想象、矛盾和思考。因此，STEM 教育理念下的“技術(shù)與工程”提倡以項目式教學(xué)方式將學(xué)生零散碎片的知識概念與機械過程轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的學(xué)習(xí)動態(tài)過程。

（三）素養(yǎng)追求：對接核心素養(yǎng)的一種視野

在21 世紀(jì)，合作學(xué)習(xí)、批判性思維、創(chuàng)新創(chuàng)造和溝通交流等4C（collabortion, critical,creativity, communication）能力是大部分國際組織和國家關(guān)注的核心素養(yǎng)。STEM 教育理念強調(diào)工程設(shè)計思維，鼓勵學(xué)生像工程師一樣去設(shè)計，解決生活生產(chǎn)中的實際問題。

二、架構(gòu)：基于STEM 理念的小學(xué)科學(xué)“技術(shù)與工程”學(xué)習(xí)內(nèi)容

筆者基于科學(xué)概念、教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生學(xué)情等視角，挖掘小學(xué)科學(xué)“技術(shù)與工程”領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)主題。以工程設(shè)計為核心的STEM 教育和探究為核心的科學(xué)學(xué)習(xí)都是基于前認(rèn)知進行內(nèi)容架構(gòu)，但兩者之間也存在差異（見表1）。STEM 教育更凸顯學(xué)科融合思維，關(guān)注真實問題情境的學(xué)習(xí)過程、真實問題解決以及項目物化成果呈現(xiàn)。

表1 分析STEM教育與科學(xué)探究的差異性

基于STEM 教育理念與學(xué)習(xí)進階理論，筆者將“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的學(xué)習(xí)內(nèi)容進行分類，梳理架構(gòu)低階（滲透—體驗型）、進階（嵌入—應(yīng)用型）和高階（專題—實踐型）三大實施類型（見表2與表3）。

表2 “技術(shù)與工程”領(lǐng)域的科學(xué)知識學(xué)段目標(biāo)

表3 “技術(shù)與工程”領(lǐng)域的學(xué)習(xí)內(nèi)容

三、踐行：基于STEM 理念的“發(fā)現(xiàn)—探究—設(shè)計—實踐”教學(xué)模式

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 版）》指出，通過“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，養(yǎng)成以最優(yōu)策略來解決實際問題。為融合STEM 教育和小學(xué)科學(xué)教學(xué)，筆者嘗試提出“發(fā)現(xiàn)—探究—設(shè)計—實踐”的課堂教學(xué)模式（見圖1）

圖1 “發(fā)現(xiàn)—探究—設(shè)計—實踐”課堂教學(xué)模式

整個教學(xué)設(shè)計模型的建構(gòu)與細(xì)化以活動為出發(fā)點，活動要素分別有發(fā)現(xiàn)問題、科學(xué)探究、工程設(shè)計和實踐反思四個步驟，它們構(gòu)成了課堂教學(xué)模式。每個環(huán)節(jié)中兼具教師活動和學(xué)生活動。

（一）發(fā)現(xiàn)問題

教師引導(dǎo)學(xué)生在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題并提出問題?；赟TEM 教育具有情境性的特點，STEM 教育理念下的教學(xué)設(shè)計應(yīng)該將結(jié)構(gòu)化的知識融入真實的情境，讓學(xué)生能在情境中發(fā)現(xiàn)問題并對問題產(chǎn)生好奇和想要探究的欲望。

（二）科學(xué)探究

教師指導(dǎo)學(xué)生開展知識建構(gòu)?；赟TEM教育具有實踐性的特點，STEM 教育理念下的科學(xué)探究應(yīng)該鼓勵學(xué)生主動參與實踐活動，在實踐過程中加深對科學(xué)知識的理解，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和解決實際問題的能力。

（三）工程設(shè)計

學(xué)生基于科學(xué)探究的結(jié)果開展工程設(shè)計?；赟TEM 教育具有設(shè)計性的特點，STEM 教育理念下的活動設(shè)計應(yīng)該突出工程設(shè)計，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生了解工程設(shè)計的流程，組織學(xué)生對研究的問題進行分析，提出設(shè)計方案，個人或集體進行方案論證，再選擇合適的材料進行制作與測試。

（四）實踐反思

教師和學(xué)生在評價后進行反思與改進的活動?；赟TEM 教育具有實踐性的特點，STEM教育理念下的教學(xué)設(shè)計應(yīng)該鼓勵學(xué)生解決生活中的實際問題，在多次測試過程中不斷改進、完善作品，從而幫助學(xué)生進行更高階的項目研究。

基于科學(xué)概念、STEM 教育與學(xué)情等視角，筆者選擇二年級下冊《做一個指南針》作為教學(xué)案例，以此為內(nèi)容進行STEM 教育理念下的教學(xué)設(shè)計與實踐教學(xué)。并依據(jù)小學(xué)科學(xué)素養(yǎng)評分標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)成果進行評價，驗證STEM 理念下小學(xué)科學(xué)“技術(shù)與工程”的教學(xué)設(shè)計的操作性和有效性（見表4）。

表4 《做一個指南針》教學(xué)設(shè)計

為了得出研究結(jié)論，本文需要設(shè)計測評工具對常規(guī)教學(xué)的學(xué)生和參加研究教學(xué)的學(xué)生在學(xué)習(xí)興趣、問題解決能力和科學(xué)素養(yǎng)方面做出比較分析。通過測評結(jié)果來判斷STEM 教育理念下小學(xué)科學(xué)“技術(shù)與工程”的教學(xué)設(shè)計是否有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)生的問題解決能力。本文確定了兩個研究工具是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣問卷調(diào)查和小學(xué)科學(xué)素養(yǎng)評分標(biāo)準(zhǔn)（見附件1、2）。

1.學(xué)生學(xué)習(xí)興趣問卷調(diào)查結(jié)果分析（附件1）

針對學(xué)生學(xué)習(xí)感受和學(xué)習(xí)情感給出了3 個不同程度的評價選擇，分別是完全符合3 分、比較符合2分和完全不符合1分。筆者對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣問卷調(diào)查的結(jié)果進行統(tǒng)計與分析，分別計算實驗組和對照組每個學(xué)生的得分，并計算出平均分。結(jié)果表明，實驗組學(xué)生問卷調(diào)查的平均分為28.2 分，對照組學(xué)生問卷調(diào)查的平均分為22.6分，實驗組學(xué)生的平均分高于對照組學(xué)生的平均分5.6 分。由此可見，STEM 教育理念下小學(xué)科學(xué)“技術(shù)與工程”是能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的（見表5）。

表5 比較分析兩組學(xué)生學(xué)習(xí)興趣得分情況

2.小學(xué)科學(xué)素養(yǎng)評價標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果分析（附件2）

評價標(biāo)準(zhǔn)分為科學(xué)概念和科學(xué)探究兩個維度，針對學(xué)生學(xué)習(xí)的不同表現(xiàn)和學(xué)習(xí)成果做出評價，分別是1 分、2 分和3 分。筆者對小學(xué)科學(xué)素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果進行統(tǒng)計與分析，分別計算實驗組和對照組每個學(xué)生的得分，并計算出平均分。結(jié)果表明，實驗組學(xué)生的平均分為20.1 分，對照組學(xué)生的平均分為17.3分，實驗組學(xué)生的平均分高于對照組學(xué)生的平均分2.8 分。由此可見，STEM 教育理念下小學(xué)科學(xué)“技術(shù)與工程”是能提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的（具體見表6）。

表6 比較兩組學(xué)生小學(xué)科學(xué)素養(yǎng)得分情況

綜上所述，運用該教學(xué)模式開展教學(xué)，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和問題解決能力。