在教育改革不斷深入的大背景下，STEM教育憑借其跨學(xué)科性、實踐性和創(chuàng)新性等特點逐步成為基礎(chǔ)教育的一個重要發(fā)展方向。小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)是促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的途徑，其與STEM教育理念有天然的契合性。為了解決小學(xué)科學(xué)教學(xué)中存在的學(xué)科分離和知識灌輸現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生綜合能力的發(fā)展，促進(jìn)科學(xué)教育質(zhì)量的提高，本文對STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的實踐進(jìn)行探究。

一、STEM教育和小學(xué)科學(xué)教學(xué)的契合度分析

在當(dāng)前教育改革深化的大背景下，作為一種將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）融合在一起的跨學(xué)科教育觀念，STEM教育與小學(xué)科學(xué)教學(xué)有著非常高的契合性[1]。

就教育目標(biāo)而言，小學(xué)科學(xué)教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的濃厚興趣，讓學(xué)生懂得科學(xué)探究的基本知識與方法，能用科學(xué)知識解決問題，從而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展；STEM教育也致力于激發(fā)學(xué)生探索多學(xué)科知識的欲望和培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，二者在目標(biāo)上是高度統(tǒng)一的。比如，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，教師會教授學(xué)生關(guān)于植物生長的知識，這實際上是一種傳播科學(xué)知識的方式。在STEM教育中，學(xué)生在學(xué)習(xí)植物生長的科學(xué)原理的同時，需要借助一定的技術(shù)手段，如利用傳感器對植物生長環(huán)境中的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)控；基于工程思維，設(shè)計出適宜植物生長的容器；結(jié)合數(shù)學(xué)知識，測量植物生長的高度，計算植物生長的速度等。這種整合多學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)模式能夠更好地促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的發(fā)展。

從教學(xué)內(nèi)容來看，小學(xué)科學(xué)涉及生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、地球和宇宙科學(xué)等諸多領(lǐng)域，自身也有一定綜合性。STEM教育注重打破學(xué)科界限，整合不同學(xué)科知識。以“傳播聲音”一課的教學(xué)為例。從科學(xué)知識學(xué)習(xí)的角度來說，學(xué)生應(yīng)該通過學(xué)習(xí)，知道聲音的傳播需要的介質(zhì)和聲音在不同的介質(zhì)里傳播的速度是不一樣的；從技術(shù)學(xué)習(xí)的角度來說，學(xué)生要能做一個簡單的土電話來探索聲音是怎樣在固體中傳播的，其中涉及材料選擇、制作工藝等方面的知識；從工程知識和數(shù)學(xué)知識學(xué)習(xí)的角度來說，學(xué)生要思考怎樣設(shè)計土電話的結(jié)構(gòu)，使聲音傳播效果更好，并能運用數(shù)學(xué)知識來分析土電話線長度和聲音傳播質(zhì)量的關(guān)系。不同內(nèi)容的整合能讓學(xué)生更深刻、全面地理解知識。

二、STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的實踐作用

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中融入STEM教育理念具有積極的作用。一是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與主動性。傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)教學(xué)更注重知識傳授，基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)則通過豐富多彩的跨學(xué)科實踐活動使學(xué)生在解決問題中學(xué)習(xí)。以“太陽能熱水器的設(shè)計與制造”的教學(xué)為例，學(xué)生需要利用科學(xué)知識來理解太陽能如何轉(zhuǎn)化為熱能，并根據(jù)這些知識選擇合適的保溫材料和集熱設(shè)備，用工程思維對熱水器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，用數(shù)學(xué)知識對熱量轉(zhuǎn)化效率進(jìn)行計算等[2」。這樣富有趣味性、挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)能激發(fā)學(xué)生的好奇心與探索欲，讓學(xué)生由被動接受知識變?yōu)榉e極主動學(xué)習(xí)。二是發(fā)展學(xué)生的綜合能力。在STEM教育理念與小學(xué)科學(xué)融合的課堂中，當(dāng)遇到復(fù)雜的問題時，學(xué)生需要結(jié)合多學(xué)科知識與技能來解決問題。例如，在“校園生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查”活動中，學(xué)生需要利用科學(xué)知識鑒別不同動植物種類，認(rèn)識生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成及功能；采用技術(shù)手段，如拍照和錄像等方式對調(diào)查的過程進(jìn)行記錄，并利用數(shù)據(jù)分析軟件對調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行整理；運用工程思維，設(shè)計調(diào)查路線及采樣方法；利用數(shù)學(xué)知識，進(jìn)行物種數(shù)量統(tǒng)計、生物多樣性指數(shù)的計算等。經(jīng)過這樣的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生的觀察能力、實踐能力、創(chuàng)新能力、數(shù)據(jù)分析能力等都能得到充分鍛煉。三是發(fā)展學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神。在STEM教育理念下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，很多項目與任務(wù)要求學(xué)生通過小組合作的方式來完成。比如，在“修建抗震建筑模型”任務(wù)中，小組成員要分工協(xié)作，一些成員負(fù)責(zé)運用科學(xué)原理分析建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，一些成員采用技術(shù)操作工具來構(gòu)建模型，一些成員用工程思維來搭建整體架構(gòu)，一些成員用數(shù)學(xué)知識來進(jìn)行力學(xué)計算、材料尺寸計算等。在這一過程中，學(xué)生需要互相交流，互相協(xié)調(diào)，聽取別人的建議，充分發(fā)揮自己的長處，共同完成任務(wù)。在團(tuán)隊合作中，學(xué)生在學(xué)習(xí)與他人合作的方法時，也會認(rèn)識到團(tuán)隊力量的重要性，從而形成集體榮譽(yù)感、責(zé)任感。四是促進(jìn)學(xué)生運用知識。STEM教育注重對知識的跨學(xué)科整合和實際運用，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中融入這一思想，能讓學(xué)生意識到科學(xué)知識不是孤立的學(xué)科知識，可將其與技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)知識結(jié)合起來解決實際問題。

三、STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的實踐方法

（一）跨學(xué)科的主題式課程設(shè)計

跨學(xué)科主題式課程設(shè)計就是小學(xué)科學(xué)教學(xué)與STEM教育理念結(jié)合的重要途徑之一，其能突破學(xué)科間的壁壘，讓學(xué)生圍繞某一專題，融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多門學(xué)科知識，在綜合性學(xué)習(xí)中對知識進(jìn)行深刻理解與靈活運用[3]。

比如，在“解決城市交通擁堵的方案”這一跨學(xué)科課程的學(xué)習(xí)中，從科學(xué)知識學(xué)習(xí)的角度講，學(xué)生要理解交通工具運行的原理，比如汽車發(fā)動機(jī)工作原理和電動自行車電力驅(qū)動原理，理解不同交通工具對環(huán)境的影響，比如汽車尾氣排放對空氣質(zhì)量產(chǎn)生的影響；在技術(shù)學(xué)習(xí)方面，學(xué)生要深入探討智能交通系統(tǒng)的各種技術(shù)應(yīng)用，如交通信號燈的智能化控制技術(shù)和電子地圖導(dǎo)航技術(shù)等；在工程知識學(xué)習(xí)方面，學(xué)生要對城市交通道路布局進(jìn)行設(shè)計，綜合考慮路寬、坡度、彎道，并對停車場進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計；在數(shù)學(xué)知識學(xué)習(xí)方面，學(xué)生要能計算各種交通工具的速度和流量，以及分析交通堵塞的相關(guān)數(shù)據(jù)。在教學(xué)活動中，首先，教師要引導(dǎo)學(xué)生探討城市交通擁堵的相關(guān)問題，分析為何在某些特定時段，某一路段經(jīng)常出現(xiàn)交通堵塞的情況。其次，教師要組織學(xué)生分組搜集數(shù)據(jù)，開展調(diào)查。學(xué)生可通過查閱書刊、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搜索和實地觀察獲得信息。在設(shè)計階段，學(xué)生要應(yīng)用所學(xué)知識繪制交通道路設(shè)計圖，標(biāo)出各類交通設(shè)施的位置及參數(shù)。在實施階段，學(xué)生可運用模型材料構(gòu)建一個簡易的城市交通模型來模擬各種交通狀況。最后，學(xué)生評價與反思其設(shè)計與模型，持續(xù)改進(jìn)與完善計劃。在這樣的跨學(xué)科主題式課程學(xué)習(xí)中，各個學(xué)科的知識不是孤立的，而是有機(jī)地融合在一起的，是一個完整的知識體系。學(xué)生在解決實際問題時能綜合運用知識，其創(chuàng)新思維能力、問題解決能力等都能得到提升。

（二）組織和開展項目式學(xué)習(xí)活動

項目式學(xué)習(xí)活動是STEM教育理念與小學(xué)科學(xué)教學(xué)融合模式下的一種重要實踐形式，具有十分重要的現(xiàn)實意義，其載體是真實項目，學(xué)生要在完成項目的過程中主動對多學(xué)科知識與技能進(jìn)行探究與學(xué)習(xí)[4]。

以“設(shè)計制作校園氣象站”項目式學(xué)習(xí)活動為例。在項目開始之前，教師可幫助學(xué)生明確項目的任務(wù)與目標(biāo)一設(shè)計制作校園氣象站，對溫度、濕度、風(fēng)速等氣象要素進(jìn)行測量，并且對氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的記錄與分析。在項目的執(zhí)行過程中，科學(xué)知識的應(yīng)用至關(guān)重要。學(xué)生要理解氣象學(xué)中溫度和濕度的測量原理以及風(fēng)產(chǎn)生的原因。在技術(shù)知識的學(xué)習(xí)與運用方面，學(xué)生要選擇合適的傳感器對不同氣象要素進(jìn)行測量，理解其原理及用途，同時掌握數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)，能向數(shù)據(jù)處理設(shè)備發(fā)送傳感器獲取的數(shù)據(jù)。在工程知識的學(xué)習(xí)與運用方面，學(xué)生應(yīng)綜合考慮氣象站的安裝地點、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及防風(fēng)防雨情況，合理設(shè)計氣象站結(jié)構(gòu)。在數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)與運用方面，學(xué)生需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，如計算出一定時間內(nèi)的平均溫度、濕度，分析其變化趨勢。學(xué)生要分組執(zhí)行項目，每一組承擔(dān)不同模塊的任務(wù)，如有的小組專注于氣象站的硬件構(gòu)建和設(shè)計，有的小組專注于軟件編程以完成數(shù)據(jù)的收集和處理，有的小組專注于氣象數(shù)據(jù)的深入分析和報告編寫等。在項目執(zhí)行過程中，學(xué)生可能會遇到問題，他們需要獨立查閱資料并探討解決方法，教師則應(yīng)充當(dāng)引導(dǎo)者與指導(dǎo)者的角色，適時為他們提供恰當(dāng)?shù)膸椭c建議。項目結(jié)束后，學(xué)生需要展示作品，匯報成果。在這種項目式學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生既能掌握多學(xué)科知識與技能，又能發(fā)展團(tuán)隊協(xié)作能力、溝通能力與自主學(xué)習(xí)能力。

（三）問題導(dǎo)向，推動探索

以問題為導(dǎo)向，是激發(fā)學(xué)生探究欲望的一條有效途徑。通過設(shè)置富有啟發(fā)性、挑戰(zhàn)性的問題，教師可引導(dǎo)學(xué)生綜合應(yīng)用多學(xué)科知識去思考、探究，讓學(xué)生深刻理解相關(guān)知識，增強(qiáng)解題能力[5]。

例如，在“浮力”的教學(xué)中，教師可提出問題“怎樣才能使一個原先下沉的物體浮到水面上，并確保它能夠承受特定的重量？”來引導(dǎo)學(xué)生思考。該問題涵蓋浮力原理、選材與材料處理、工程化結(jié)構(gòu)設(shè)計、重量計算與比例關(guān)系等知識。學(xué)生需要運用科學(xué)知識來分析浮力大小和什么因素有關(guān)系，如物體排開液體的體積、液體密度等；試著選用塑料、金屬、木材等密度不同的物質(zhì)做實驗探究；思考怎樣改變物體形狀，如把金屬片做成中空的盒子的形狀來加大排開液體的體積，使浮力提高；估算物體的質(zhì)量、浮力的大小以及最大承載力等。在探究的過程中，學(xué)生需要不斷地嘗試與完善研究方法，進(jìn)行實驗、觀察與分析。學(xué)生或許能發(fā)現(xiàn)改變器物的外形與材質(zhì)能使器物浮沉狀態(tài)發(fā)生變化，而后合理設(shè)計能承受一定重量的器物。在這一過程中，學(xué)生既能掌握物體沉浮的科學(xué)原理，又能學(xué)會應(yīng)用多學(xué)科知識去解決現(xiàn)實問題，同時發(fā)展創(chuàng)新思維與實踐能力。

（四）小組合作，培養(yǎng)團(tuán)隊能力

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，小組合作是培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作能力的關(guān)鍵途徑，學(xué)生在小組合作中需要和別人交流，利用自己的長處，一起解決問題。

以“環(huán)保垃圾桶的設(shè)計與制造”為例。在這個項目中，教師可以把學(xué)生劃分為多個小組，小組成員需明確分工，如：部分學(xué)生負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)垃圾分類與處理等科學(xué)知識，并對垃圾桶進(jìn)行功能設(shè)計；部分學(xué)生從技術(shù)上考慮，選擇合適的材質(zhì)及制作工藝來保證垃圾桶的耐用性及環(huán)保性；部分學(xué)生基于工程思維設(shè)計垃圾桶外觀及結(jié)構(gòu)，使其便于使用及清洗；部分學(xué)生負(fù)責(zé)用數(shù)學(xué)知識計算成本，做預(yù)算等。在小組內(nèi)討論時，學(xué)生需主動發(fā)表意見，展開思考，聽取別人意見并一起解決遇到的困難。例如，學(xué)生可能在選材上存在分歧，有的學(xué)生認(rèn)為某一材料造價低廉但環(huán)保性略低，有的學(xué)生認(rèn)為其他材料環(huán)保性強(qiáng)但造價昂貴。對此，小組成員需考慮各方面的因素并經(jīng)過討論取得一致意見。做垃圾桶時，學(xué)生要互相配合。完成之后，小組成員要一起宣傳推廣，給其他學(xué)生介紹自己設(shè)計的環(huán)保垃圾桶的理念以及使用情況。通過這類小組合作學(xué)習(xí)，學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力能得到鍛煉，他們也能學(xué)會在小組內(nèi)發(fā)揮優(yōu)勢，與他人一起完成任務(wù)。

（五）情境模擬，增強(qiáng)應(yīng)用能力

在STEM教育理念下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，情境模擬對于增強(qiáng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力具有積極意義。教師可創(chuàng)設(shè)真實情境，使學(xué)生在情境中應(yīng)用多學(xué)科知識解決問題，從而強(qiáng)化學(xué)生的知識應(yīng)用能力。

例如，在\"處理自然災(zāi)害一震后救援和重建\"的教學(xué)中，教師可進(jìn)行情境模擬，要求學(xué)生結(jié)合震后救援與重建的情境，運用知識解決問題。學(xué)生要懂得地震發(fā)生的原因、危害和震后次生災(zāi)害等科學(xué)知識；學(xué)會應(yīng)用地震監(jiān)測技術(shù)、救援設(shè)備應(yīng)用技術(shù)，如掌握地震監(jiān)測儀的原理與操作方法以及生命探測儀的應(yīng)用技術(shù)；基于工程思維，思考怎么設(shè)計臨時住所及簡易橋梁等，兼顧結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全；用數(shù)學(xué)知識計算救援物資的分配比例、臨時住所面積以及所需要物資數(shù)量等。在情境模擬中，學(xué)生需要扮演地震監(jiān)測人員、救援人員、工程師和物資調(diào)配人員等不同角色。其中，扮演地震監(jiān)測人員的學(xué)生需利用科學(xué)知識與技術(shù)手段對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控并及時報警；扮演救援人員的學(xué)生需利用救援設(shè)備進(jìn)行搜救；扮演工程師的學(xué)生需針對震后地形及需要設(shè)計臨時住所及簡易橋梁；扮演物資調(diào)配工作人員的學(xué)生需要利用數(shù)學(xué)知識，對救援物資進(jìn)行合理配置。

綜上，STEM教育理念具有跨學(xué)科性和實踐性等特點，能給小學(xué)科學(xué)教學(xué)帶來生機(jī)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。教師需要進(jìn)一步深化理論研究，促進(jìn)教育資源的系統(tǒng)化整合，構(gòu)建可持續(xù)的STEM教育生態(tài)，實現(xiàn)小學(xué)科學(xué)教學(xué)從知識傳授向能力培養(yǎng)的全面轉(zhuǎn)型，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1］王艷秋.小學(xué)科學(xué)教材及其使用研究：基于“地球與宇宙科學(xué)”領(lǐng)域［D］.揚州：揚州大學(xué)，2023.

[2］劉智超.基于核心素養(yǎng)的小學(xué)科學(xué)教學(xué)改進(jìn)研究［D].重慶：西南大學(xué)，2020.

[3］張奕璇.核心素養(yǎng)背景下小學(xué)科學(xué)高效課堂構(gòu)建研究[J].學(xué)周刊，2021（5）：29-30.

[4］時維銳.STEM理念下的小學(xué)科學(xué)項目式活動開展與評價路徑探究[J].求知導(dǎo)刊，2024（36）：74-76.

[5］呂亮亮.STEM理念下小學(xué)科學(xué)教學(xué)實踐活動的創(chuàng)設(shè)策略［J].天津教育，2024（36）：64-66.