馬志軍 趙素英
摘要:隨著新課程改革,越來越多創(chuàng)新的教學(xué)模式引入我國中小學(xué)課堂中,不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也讓教師的教學(xué)質(zhì)量大大提升?,F(xiàn)今的社會(huì)是科技的社會(huì),人們對于新科技的依賴程度越來越高,科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)領(lǐng)域的結(jié)合越來越緊密。STEM教育理念應(yīng)運(yùn)而生,STEM教育將這四者有機(jī)結(jié)合,采用一種跨學(xué)科的融入教學(xué)模式為小學(xué)科學(xué)課堂帶來新氣象,啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣,也在動(dòng)手實(shí)踐中提升學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新能力,這也是小學(xué)科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要一環(huán)。本文以小學(xué)科學(xué)課程為例,闡明了STEM教育理念,分析了小學(xué)科學(xué)課堂中開展STEM教育的重要性,并結(jié)合課堂實(shí)例分析了在小學(xué)科學(xué)STEM教育中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的策略。
關(guān)鍵詞:教學(xué)模式 STEM教育 創(chuàng)新能力
在現(xiàn)今的小學(xué)科學(xué)課堂中,許多教師依然沿用著傳統(tǒng)的教學(xué)方法,教師講,學(xué)生聽,一旦涉及到科學(xué)實(shí)驗(yàn),也就是教師在課堂中講解、演示,讓學(xué)生完成。這樣的課堂雖然能夠達(dá)到教學(xué)目標(biāo),卻忽略了學(xué)生的興趣與創(chuàng)新能力,學(xué)生只是機(jī)械地完成學(xué)習(xí)任務(wù),被動(dòng)地接受知識,在心中還會(huì)對教師產(chǎn)生依賴心理,認(rèn)為這堂課的重點(diǎn)教師一定會(huì)講述,所以不需要進(jìn)行思考。這樣的教學(xué)模式一開始學(xué)生可能會(huì)主動(dòng)配合教師,但是時(shí)間久了學(xué)生對科學(xué)的興趣不高,無法養(yǎng)成好的科學(xué)探究習(xí)慣,更別說基于科學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新了。因此教師要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)方法,在科學(xué)教學(xué)中運(yùn)用STEM教育理念,將各學(xué)科整合,調(diào)動(dòng)學(xué)生的科學(xué)積極性,進(jìn)而提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。
一、STEM教育理念
所謂STEM,是Science、Technology、Engineering和Mathematics這4個(gè)英語單詞首字母的組合,STEM教育是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的教育。它誕生于20世紀(jì)80年代,當(dāng)時(shí)由于美國對科技人才十分缺失,他們試圖通過STEM教育理念培養(yǎng)人才,提升國家競爭力,而后大獲成功,這也說明了STEM教育的有效性。
在教育教學(xué)中實(shí)施STEM教育,需要從兩方面把控。
一是內(nèi)容上的綜合。教師在課堂中開展STEM教育時(shí),不能單一地讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué),而是要將各學(xué)科相整合,能夠運(yùn)用自己所學(xué)的其他學(xué)科知識解決實(shí)際問題??茖W(xué)學(xué)科本就來源于自然,在許多科學(xué)問題中都與其他學(xué)科有著內(nèi)容上的統(tǒng)一。例如“設(shè)計(jì)制作一個(gè)保溫杯”(教科版5年級下冊)課程中,我們需要解決的科學(xué)問題“為什么杯子中的熱水會(huì)變涼”,與工程學(xué)需要解決的問題“怎樣才能夠增強(qiáng)杯子的保溫性能”這2個(gè)問題看似不同,實(shí)際上卻大有聯(lián)系,因?yàn)樗鼈兊谋举|(zhì)都是熱學(xué)能量的傳遞,這便是STEM教育的工程與科學(xué)相結(jié)合。
二是形式上的綜合。在剛剛接觸到STEM教育理念時(shí),許多教師會(huì)走進(jìn)一個(gè)誤區(qū),既然STEM教育將不同的學(xué)科整合在一起了,那我們?yōu)槭裁催€要分學(xué)科學(xué)習(xí),而不直接一起學(xué)習(xí)呢?雖然STEM教育是一種綜合性學(xué)科學(xué)習(xí)理念,但是卻并不能取代各學(xué)科之間的邏輯性。分科知識有自身獨(dú)有的知識性與邏輯性,學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)形成學(xué)科思維,而如果沒有分科學(xué)習(xí)知識,學(xué)生在進(jìn)行知識整合時(shí)就無法在腦海中形成知識體系,更別說基于STEM進(jìn)行創(chuàng)新了。因此教師在科學(xué)課程中要巧妙運(yùn)用STEM教育理念,突出STEM教育的優(yōu)點(diǎn),先為學(xué)生選擇特定的現(xiàn)實(shí)問題,讓學(xué)生基于問題開展學(xué)科整合,實(shí)現(xiàn)形式上的綜合,進(jìn)而提升學(xué)生解決問題的能力。
二、小學(xué)科學(xué)課堂中開展STEM教育的重要性
1.有利于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)興趣
俗話說“興趣是最好的老師”,只有當(dāng)學(xué)生對科學(xué)學(xué)科產(chǎn)生了學(xué)習(xí)興趣,才能夠主動(dòng)參與到科學(xué)探究中,提升學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。因此教師要改變傳統(tǒng)的科學(xué)課堂教學(xué)模式,將STEM教育融入科學(xué)課程當(dāng)中,從學(xué)生的生活出發(fā),尋找一些與學(xué)生生活密切相關(guān)的問題,讓學(xué)生積極參與,快樂學(xué)習(xí)。例如在教學(xué)“造一艘小船”過程中,學(xué)生學(xué)習(xí)了物體的沉浮與排開的水量有關(guān)之后,教師嘗試帶領(lǐng)學(xué)生用1張A4紙?jiān)?艘小船,并測試小船的承載能力。教師試圖將STEM教育理念融入其中,與數(shù)學(xué)學(xué)科相結(jié)合,讓學(xué)生將數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的體積計(jì)算運(yùn)用到小船制作當(dāng)中,更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)科整合,學(xué)習(xí)的趣味更濃厚,每一位學(xué)生都耐心、細(xì)心地制作自己的小船,極大地激發(fā)了學(xué)生的科學(xué)興趣。
2.有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力
創(chuàng)新是時(shí)代發(fā)展的靈魂,在小學(xué)科學(xué)核心素養(yǎng)中也重視學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)。STEM教育重視學(xué)科之間的交互融合,但筆者認(rèn)為,STEM教育還應(yīng)該結(jié)合更多的學(xué)科,至少還應(yīng)該與藝術(shù)相融合,在STEM中加入“Art”,成為STEAM教育。這個(gè)“A”狹義上指美術(shù)、音樂等,廣義上則包括美術(shù)、音樂、社會(huì)、語言等人文藝術(shù),實(shí)際代表了STEM強(qiáng)調(diào)的藝術(shù)與人文屬性。
STEM教育的藝術(shù)性強(qiáng)調(diào)在自然科學(xué)教學(xué)中增加學(xué)習(xí)者對人文科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的關(guān)注與重視。學(xué)生自己通過動(dòng)手、動(dòng)腦的形式獲取知識,主動(dòng)學(xué)習(xí),更好地從中創(chuàng)新,提升自己的創(chuàng)新能力。例如在教學(xué)“建高塔”這一課時(shí),筆者通過圖片展示各類高塔的外形,讓學(xué)生明白建高塔需要滿足上小下大、上輕下重的原理,接著出示任務(wù),用1根胡蘿卜、100根牙簽,在40分鐘內(nèi)建1個(gè)高塔,評價(jià)從高度和美觀程度考慮。熟悉的材料,新穎的話題,一下子吸引住了學(xué)生,他們馬上全身心地投入到緊張的比賽中去了。有的負(fù)責(zé)切胡蘿卜,有的負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)造型,有的討論怎樣充分利用那100根牙簽……當(dāng)然,在建造過程中也出現(xiàn)了各種意外,如牙簽數(shù)量沒有控制,導(dǎo)致最后胡蘿卜剩余;如塔身容易傾斜……學(xué)生通過圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)計(jì)算材料的利用率,從工程學(xué)角度考慮高塔的牢固性,從科學(xué)的角度考慮高塔的穩(wěn)定性,從美術(shù)欣賞的角度審視自己的作品,設(shè)計(jì)出各種造型的高塔,完成比賽項(xiàng)目。通過這樣的項(xiàng)目學(xué)習(xí),既培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計(jì)制作的能力,又讓學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中不斷創(chuàng)新,激發(fā)想象力,還培養(yǎng)了學(xué)生的審美能力。
3.有易于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)
在新課程改革過程中,我們不僅要求學(xué)生掌握學(xué)科專業(yè)知識,更為重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)??茖W(xué)核心素養(yǎng)要求提升學(xué)生的科學(xué)探究能力和團(tuán)結(jié)合作能力。在傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)中都是以教師講解知識為主,學(xué)生活動(dòng)的內(nèi)容很少。而STEM教育需要學(xué)生與教師的共同配合,利用各種途徑解決科學(xué)問題,教師也可以讓學(xué)生以小組的形式合作收集數(shù)據(jù),開展實(shí)驗(yàn)。特別是對于一些較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn),教師讓學(xué)生以合作的形式開展,能夠極大程度縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間,提升實(shí)驗(yàn)效率。小組在合作實(shí)驗(yàn)中也會(huì)主動(dòng)交流,互相學(xué)習(xí),每一個(gè)小組中都有基礎(chǔ)不好的學(xué)生,他們也能夠主動(dòng)配合小組實(shí)驗(yàn),希望能夠盡到自己的一份力量。以小組的形式探究實(shí)驗(yàn),可以提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力,進(jìn)而提升學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。
三、小學(xué)科學(xué)STEM教育中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的策略
1.從實(shí)驗(yàn)入手,激發(fā)學(xué)生的探究欲望
小學(xué)科學(xué)是一門實(shí)踐性的學(xué)科,實(shí)驗(yàn)是小學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的主要方式。教師可以通過實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的探究欲望,讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)釋放自己的天性。在教學(xué)過程中,教師可以結(jié)合數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)等相關(guān)知識,引導(dǎo)學(xué)生建立系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)思路,提升學(xué)生的探究欲望。例如在學(xué)習(xí)了“浮力”這一課后,學(xué)生已經(jīng)知道了物體的浮力與排開的水有關(guān)。在此基礎(chǔ)上,教師可以結(jié)合技術(shù)與工程的知識,指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)制作一件關(guān)于浮力的作品。在課堂初始,教師可以讓學(xué)生先觀察教師制作的浮沉子,分析浮沉子的工作原理。當(dāng)擠壓礦泉水瓶時(shí),瓶內(nèi)的壓力增大,浮沉子內(nèi)的水位上升,浮沉子下降;當(dāng)松開礦泉水瓶時(shí),浮沉子內(nèi)的水位下降,浮沉子上升。讓學(xué)生根據(jù)工作原理,設(shè)計(jì)制作一個(gè)屬于自己的浮沉子模型。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,使用身邊的原材料,制作了不同樣子的浮沉子,有的學(xué)生利用曲別針和吸管制作了浮沉子,還有的學(xué)生利用筆蓋制作出了浮沉子,學(xué)生的不同想法給浮沉子帶來了不同的改變,讓學(xué)生的個(gè)性與特長得到了充分的發(fā)揮。
2.與生活結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力
著名心理學(xué)家皮亞杰曾說:“教育的首要目標(biāo)在于培養(yǎng)有能力創(chuàng)新的人,而不是一味地模仿前人已經(jīng)做過的事情?!边@充分說明了創(chuàng)新對于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要性。小學(xué)生本就想象力豐富、好奇心強(qiáng),對于科學(xué)有著自己心中的理解。因此在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中,教師運(yùn)用STEM教育理念將技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)與科學(xué)相結(jié)合,可以在學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)課程的基礎(chǔ)上提升創(chuàng)新能力。例如在教學(xué)“像火箭那樣驅(qū)動(dòng)小車”這一課時(shí),筆者為了讓學(xué)生更好地理解反沖力原理,帶領(lǐng)學(xué)生走出教室,來到操場中,引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手制作紙火箭,通過紙火箭的制作初步探索火箭的奧秘。制作紙火箭的準(zhǔn)備材料很簡單,只需要紙、雙面膠及事先準(zhǔn)備好的壓縮空氣就能夠讓火箭飛起來。讓學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式每個(gè)小組設(shè)計(jì)制作1枚紙火箭,涂上自己喜歡的顏色并命名。當(dāng)每個(gè)小組都完成了紙火箭的制作后,操場上多了許多五顏六色的火箭,這些顏色代表著學(xué)生熱情洋溢的笑臉,以及團(tuán)結(jié)合作的結(jié)果。當(dāng)小組組員踩下作為動(dòng)力的空氣開關(guān)后,剛才還在地面上的紙火箭瞬間就飛升到空中,有二三十米高,大家的熱情被點(diǎn)燃?!澳銈冞€有沒有什么辦法能夠改進(jìn)紙火箭,讓火箭可以飛得更高?”類似這樣的問題激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力,小組成員熱情高漲,積極地討論可以通過怎樣的技術(shù)改進(jìn)讓自己的火箭發(fā)射得更高、打破班級記錄。這樣的課堂與生活緊密結(jié)合,使學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識不再拘泥于文本,而是從生活中思考,從生活中創(chuàng)新,不斷激發(fā)智力,提升創(chuàng)新水平。
3.與各科整合,提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)
STEM教育要系統(tǒng)地融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的知識與技能,因此教師在教學(xué)中要注重于各科知識的整合,如數(shù)學(xué)、勞技等,通過知識整合的方式引起學(xué)生更加深入的思考與探索??茖W(xué)的探究不僅需要科學(xué)的知識,還需要數(shù)學(xué)課的分析、勞技課的動(dòng)手能力,只有通過各科的整合,才能全方位地提高小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
例如在教學(xué)6年級“杠桿的科學(xué)”一課時(shí),需要學(xué)生理解杠桿原理,并且能夠明白遠(yuǎn)離支點(diǎn)的物體會(huì)產(chǎn)生更大的力。在這節(jié)課的學(xué)習(xí)中,教師可以通過與數(shù)學(xué)學(xué)科整合的方式,幫助學(xué)生更好地理解杠桿原理。在這一課中,有一個(gè)利用杠桿尺探索杠桿原理的環(huán)節(jié),這個(gè)環(huán)節(jié)要求學(xué)生記錄鉤碼數(shù)與鉤碼到支點(diǎn)的距離。教師結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)科知識,讓學(xué)生探索鉤碼數(shù)與鉤碼到支點(diǎn)的距離之間的關(guān)系。學(xué)生在探究過程中,最容易發(fā)現(xiàn)的就是在兩邊的鉤碼數(shù)相同的情況下,兩邊的鉤碼到支點(diǎn)的距離也相同,而且不管距離有多遠(yuǎn),都是保持平衡的狀態(tài)。接著教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考鉤碼數(shù)與鉤碼到支點(diǎn)的距離是否存在某些數(shù)量上的關(guān)系。學(xué)生通過觀察數(shù)據(jù),能夠很快從一些特殊的數(shù)據(jù)中觀察到:鉤碼×鉤碼到支點(diǎn)距離=另一邊的鉤碼×鉤碼到支點(diǎn)的距離。在學(xué)生觀察出這個(gè)數(shù)學(xué)模型后,教師要先讓學(xué)生用自己記錄下來的其他數(shù)據(jù)驗(yàn)證這個(gè)想法是否正確,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。當(dāng)學(xué)生通過自己實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證成功后,就會(huì)感到十足的成就感。在這樣的引導(dǎo)下建立的知識,比直接告訴學(xué)生更具有教育意義。在學(xué)生了解了杠桿原理之后,教師還通過結(jié)合勞技課的方式,讓學(xué)生利用杠桿原理設(shè)計(jì)制作1個(gè)能夠稱量50克物體重量的小桿秤。這樣的活動(dòng)將學(xué)生從以往的知識學(xué)習(xí)引入到設(shè)計(jì)制作當(dāng)中,讓學(xué)生運(yùn)用多元化的知識完成設(shè)計(jì)制作的過程,從而提升學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。
四、結(jié)語
在小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)中,能夠運(yùn)用STEM教育理念的方面還有很多,教師通過實(shí)驗(yàn)入手、與生活結(jié)合,以及與學(xué)科整合,引導(dǎo)學(xué)生一步步來到科學(xué)世界的大門,運(yùn)用自己的思維開啟科學(xué)世界的殿堂,在STEM教育理念下啟迪心靈,學(xué)會(huì)實(shí)踐,學(xué)會(huì)團(tuán)結(jié),學(xué)會(huì)運(yùn)用不同學(xué)科的知識解決實(shí)際問題。當(dāng)然,教師在運(yùn)用STEM教育理念時(shí)要貼合學(xué)生生活實(shí)際,讓學(xué)生從生活中思考,更好地培養(yǎng)創(chuàng)新能力,進(jìn)而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。
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點(diǎn)評
隨著當(dāng)代科學(xué)的不斷發(fā)展和教育的日趨現(xiàn)代化,作為基礎(chǔ)教育階段的科學(xué)教育,一些新的理念諸如STEM教育理念等也在不斷融入,并將進(jìn)一步豐富我國科技創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)的模式。本文作者正是根據(jù)上述觀點(diǎn),依托自身在科學(xué)教育實(shí)踐中的探索,研究和總結(jié)出在小學(xué)科學(xué)教育中應(yīng)用STEM教育模式,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的具體案例和相關(guān)策略,值得廣大科學(xué)教師和科技輔導(dǎo)員在培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備人才過程中予以參考或借鑒。
如果作者能夠更為深入地理解STEM教育理念,并進(jìn)一步規(guī)范科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力等概念,以及加強(qiáng)文章整體的邏輯關(guān)系,將使本文不僅具備實(shí)踐性,也會(huì)顯著提升學(xué)術(shù)性。
——翟立原(中國青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會(huì)理論工作委員會(huì)副主任委員,第26屆全國青少年科技輔導(dǎo)員論文征集活動(dòng)評審委員會(huì)主任委員)