謝杰妹 黃靜

摘? ?要：文章分析了當(dāng)前初中科學(xué)概念教學(xué)存在的問(wèn)題及原因，汲取了STEM理念的相關(guān)知識(shí)，初步確定了初中科學(xué)概念教學(xué)實(shí)施STEM教育的教學(xué)模式，并將其應(yīng)用于杠桿概念教學(xué)之中。其次，結(jié)合杠桿概念教學(xué)提出了基于STEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)的建議和意義。

關(guān)鍵詞：STEM教育;初中科學(xué)概念;杠桿教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）7-0011-5

科學(xué)概念是科學(xué)知識(shí)的基本組成，是科學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。學(xué)生掌握科學(xué)概念是發(fā)展科學(xué)能力的必要前提。因此，科學(xué)概念教學(xué)是形成學(xué)生科學(xué)概念的基本途徑，是科學(xué)教學(xué)最基礎(chǔ)、最重要的內(nèi)容之一。

1? ? 現(xiàn)狀分析：初中科學(xué)概念教學(xué)的現(xiàn)狀

概念教學(xué)在初中科學(xué)教學(xué)中具有重要的地位，因此，教師對(duì)概念教學(xué)也十分重視。但從師生關(guān)于初中科學(xué)概念教學(xué)的問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

1.學(xué)生方面：對(duì)我校學(xué)生進(jìn)行了抽樣調(diào)查，整理數(shù)據(jù)得出概念學(xué)習(xí)行為統(tǒng)計(jì)圖（如圖1）。從統(tǒng)計(jì)圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，“做大量習(xí)題學(xué)習(xí)”和“背誦記憶學(xué)習(xí)”占90%左右。那么，是什么原因造成絕大部分的學(xué)生以題海戰(zhàn)術(shù)和強(qiáng)行記憶這種低效學(xué)習(xí)方法來(lái)代替對(duì)概念的深入理解呢？

2.教師方面：針對(duì)學(xué)生低效的概念學(xué)習(xí)行為，再對(duì)我縣一線科學(xué)教師關(guān)于初中科學(xué)概念課教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)一步深入調(diào)查，整理數(shù)據(jù)得出教師概念教學(xué)行為統(tǒng)計(jì)圖（如圖2）。從統(tǒng)計(jì)圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，絕大部分教師在概念教學(xué)中，重講述，輕建構(gòu)，缺乏對(duì)概念的定位和理解，阻礙了學(xué)生思維的發(fā)展。

由于教師往往基于自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)本位的思想對(duì)科學(xué)概念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，落實(shí)在課堂中缺乏將先進(jìn)的教學(xué)理念融入教學(xué)。所以，筆者認(rèn)為汲取合適的教學(xué)理念建構(gòu)初中科學(xué)概念很有必要。

2? ? 理念選擇：基于STEM理念解決初中科學(xué)概念教學(xué)問(wèn)題

2015年，教育部在《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》中首次提出探索STEM教育模式。STEM教育是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)教育的統(tǒng)稱，倡導(dǎo)“以設(shè)計(jì)和探索為手段，運(yùn)用科學(xué)與數(shù)學(xué)的思想，通過(guò)應(yīng)用技術(shù)手段，在解決實(shí)際問(wèn)題中進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式，旨在提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力和跨學(xué)科的思維能力。

那么，STEM教育能給我們初中科學(xué)教學(xué)帶來(lái)怎樣的改變？作為教師，又將如何在教學(xué)中開展STEM教育。本文筆者將結(jié)合“杠桿”這個(gè)概念的建構(gòu)，談?wù)劵赟TEM理念的初中科學(xué)核心概念教學(xué)的實(shí)踐研究。

3? ? 模式確定：初中科學(xué)概念教學(xué)實(shí)施STEM教育的途徑

筆者根據(jù)STEM教育理念與初中科學(xué)概念教學(xué)特色初步建立了關(guān)于概念的教學(xué)模型，如圖3所示。

基于STEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)模式將圍繞概念展開，在某一種教學(xué)情境下，教師提出核心問(wèn)題，學(xué)生運(yùn)用STEM四個(gè)方面的綜合知識(shí)和科學(xué)探究方式進(jìn)行主動(dòng)研究，解決問(wèn)題并最終建構(gòu)概念。這樣的教學(xué)模式突出知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系;鼓勵(lì)學(xué)生綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)，創(chuàng)造性地解決實(shí)際生活中的問(wèn)題。根據(jù)以上教學(xué)模型可將教學(xué)途徑分為4個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行，如圖4所示。

第1步：根據(jù)概念建立問(wèn)題情境。創(chuàng)設(shè)的情境要便于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并能應(yīng)用STEM教育的相關(guān)學(xué)科知識(shí)，引出概念。

第2步：學(xué)生以小組為單位，運(yùn)用STEM知識(shí)進(jìn)行問(wèn)題研究并收集相關(guān)問(wèn)題的解決技術(shù)和數(shù)據(jù)，建構(gòu)概念。

第3步：學(xué)生組間交流討論，設(shè)計(jì)出解決問(wèn)題的最佳方案，深化概念。

第4步：學(xué)生利用新建構(gòu)的概念解決新問(wèn)題，應(yīng)用概念。

4? ? 教學(xué)實(shí)踐：凸顯STEM理念的杠桿概念建構(gòu)

杠桿是初中科學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要概念，下面筆者將結(jié)合基于STEM理念的初中科學(xué)概念的教學(xué)模型，以浙教版初中科學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第三章第4節(jié)《簡(jiǎn)單機(jī)械——杠桿》教學(xué)內(nèi)容為例，建立以問(wèn)題為中心的基于STEM理念的概念教學(xué)設(shè)計(jì)。教學(xué)流程如圖5所示。

本節(jié)課對(duì)于杠桿這個(gè)概念的建構(gòu)體現(xiàn)了STEM教育的基本要求。通過(guò)學(xué)生思考如何拔釘子，讓學(xué)生理解科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四大領(lǐng)域之間的緊密關(guān)系，逐步建構(gòu)杠桿模型。最后讓學(xué)生思考并找出當(dāng)手拿物體抬起時(shí)、當(dāng)踮起腳尖時(shí)人體中杠桿的五要素，又將概念與工程聯(lián)系起來(lái)。具體教學(xué)過(guò)程如表1。

5? ? 實(shí)踐反思：基于STEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)實(shí)施建議

我們學(xué)?？茖W(xué)組對(duì)基于STEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)作了本土化、學(xué)科化、操作化的分析與實(shí)踐，初步摸索出基于STEM理念的初中科學(xué)概念的教學(xué)模型和教學(xué)過(guò)程示意圖，并將其應(yīng)用在概念教學(xué)新課堂中。在應(yīng)用實(shí)踐的一年中，我們總結(jié)出了實(shí)施基于STEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)的幾點(diǎn)有效建議。

5.1? ? “工程”的選擇要適切

圍繞概念引出的工程要有以下三個(gè)層次的特征：

1.真實(shí)性。教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，并且在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題要具有一定的梯度性，由簡(jiǎn)入深，吸引學(xué)生的興趣。比如，在建構(gòu)杠桿概念的教學(xué)中，從如何撬起木樁上的釘子到用螺絲刀怎樣撬釘子更容易，問(wèn)題層層深入，再通過(guò)學(xué)生三次畫圖建立杠桿模型。

2.學(xué)科性。工程中要包含大量的知識(shí)與技能，通過(guò)對(duì)核心問(wèn)題的拆分，獲得細(xì)化的知識(shí)與技能。STEM理念涉及學(xué)科中相關(guān)知識(shí)、關(guān)鍵概念的組織，具有跨越多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的重要性。

3.延伸性。工程的問(wèn)題能夠具有繼續(xù)探討和延伸的價(jià)值，有可以挖掘的潛能。比如在杠桿概念教學(xué)中，延伸到尋找生活中的一些杠桿以及人體中的杠桿等。

5.2? ? 學(xué)科的整合要聚焦

教師要克服以往那種教學(xué)零散片段的內(nèi)容和活動(dòng)，聚焦概念，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究、數(shù)學(xué)計(jì)算、技術(shù)知識(shí)與技能的應(yīng)用來(lái)完成工程項(xiàng)目。比如，在杠桿概念教學(xué)中，撬起木樁上的釘子這項(xiàng)工程里，涉及到圓的切線和支點(diǎn)，以及運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)引出杠桿概念中的核心——力臂。鼓勵(lì)學(xué)生在核心概念上花更多的時(shí)間深入透徹地理解，避免僅僅對(duì)教學(xué)內(nèi)容的覆蓋。

5.3? ? 學(xué)生的活動(dòng)要協(xié)作

STEM理念提倡以小組合作的形式解決問(wèn)題或完成工程項(xiàng)目。教師可以根據(jù)每個(gè)學(xué)生的不同特點(diǎn)進(jìn)行分組，每一小組里有動(dòng)手能力強(qiáng)、數(shù)學(xué)成績(jī)突出或者實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力好的學(xué)生，這樣分組更有利于學(xué)生學(xué)會(huì)如何在團(tuán)隊(duì)中展示自己所擅長(zhǎng)的東西，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。比如，圍繞杠桿概念開展的小組活動(dòng)有：1.小組內(nèi)選用工具撬釘子;2.小組交流討論畫出螺絲刀、羊角錘、開瓶器撬釘子時(shí)的支點(diǎn)、動(dòng)力和阻力;3.小組探究杠桿上力的作用效果的影響因素;4.畫出螺絲刀、羊角錘、開瓶器撬釘子時(shí)的動(dòng)力臂和阻力臂，投影學(xué)生作品，小組內(nèi)進(jìn)行交流評(píng)價(jià);5.小組內(nèi)交流討論，尋找人體中的杠桿。整堂課學(xué)生進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，參與整個(gè)STEM工程，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心，主動(dòng)建構(gòu)杠桿概念的過(guò)程。

5.4? ? 概念的應(yīng)用要開放

教師應(yīng)用概念遷移性地解決生活中的新問(wèn)題以促進(jìn)學(xué)生概念的深度學(xué)習(xí)。教師要選擇著眼于生活中關(guān)于科學(xué)概念的實(shí)際問(wèn)題，并遷移到學(xué)生的實(shí)際生活中。以杠桿概念教學(xué)為例，在建構(gòu)了杠桿這個(gè)概念后，讓全班學(xué)生做人體操體現(xiàn)了學(xué)與樂(lè)相結(jié)合。然后，將建構(gòu)的杠桿模型延伸到尋找人體中的杠桿、展示學(xué)生作品、小組交流匯報(bào)等形式共同解決生活中的新問(wèn)題，最終達(dá)成深度學(xué)習(xí)。教師在概念的應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)為學(xué)生留足夠的認(rèn)知空間和操作空間，重視學(xué)生的體驗(yàn)和興趣發(fā)展，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

6? ? 評(píng)價(jià)交流：基于STEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)的意義

在人類科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，學(xué)科之間的交融越來(lái)越明顯，而STEM教育涉及到各個(gè)領(lǐng)域的相互融合。根據(jù)STEM教育包含的四大領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)（科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)），嘗試著建立了基于STEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)的教育體系圖，如圖6所示。下面將根據(jù)這個(gè)教育體系圖，談?wù)劵赟TEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)的意義。

6.1? ? 變單一為綜合——充分發(fā)揮STEM教育的綜合性

原本的概念教學(xué)以講述式這種單一的教學(xué)手段為主，課堂比較枯燥乏味。而STEM教育包括社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)、工程技術(shù)、實(shí)用數(shù)學(xué)等。因此，在初中科學(xué)概念的教學(xué)中實(shí)施STEM教育，讓學(xué)生充分領(lǐng)會(huì)教學(xué)法的綜合性，將科學(xué)知識(shí)同生活有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生在全面學(xué)習(xí)中提升思維能力和動(dòng)手能力。此外，STEM教育強(qiáng)調(diào)的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)、科學(xué)解決問(wèn)題的能力，教師對(duì)學(xué)生提出需要運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)解決的任務(wù)，進(jìn)而對(duì)學(xué)生的綜合能力進(jìn)行有效培養(yǎng)。

6.2? ? 變表面為深層——充分利用STEM教育的開放性

傳統(tǒng)的概念課中過(guò)于強(qiáng)調(diào)知識(shí)的記憶，而STEM教育更加關(guān)注知識(shí)的更新和發(fā)展，這些知識(shí)的更新與發(fā)展除了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科外，還包括科學(xué)原理、科學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域。所以，基于STEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)更強(qiáng)調(diào)對(duì)概念的理解和應(yīng)用，學(xué)生通過(guò)更深層的理解實(shí)現(xiàn)對(duì)核心概念的靈活應(yīng)用。根據(jù)STEM教育的開放性內(nèi)容、開放性實(shí)施，我們可以將科學(xué)概念中涉及到生物、地理方面的概念教學(xué)拓展到大自然中去，化學(xué)方面的概念教學(xué)拓展到家庭等戶外場(chǎng)所，讓學(xué)生在實(shí)踐的過(guò)程中對(duì)科學(xué)概念進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)生活問(wèn)題的能力。

6.3? ? 變靜態(tài)為動(dòng)態(tài)——充分利用STEM教育的實(shí)踐性

傳統(tǒng)的概念教學(xué)對(duì)學(xué)科概念知識(shí)過(guò)分靜態(tài)化，缺乏實(shí)踐平臺(tái)讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、嘗試解決問(wèn)題，學(xué)生對(duì)教師的依賴性強(qiáng)。而STEM教育突破了這種模式，它將工程技術(shù)等學(xué)科知識(shí)的地位等同于科學(xué)、數(shù)學(xué)，體現(xiàn)了STEM教育的實(shí)踐性。而在基于STEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)中，教師根據(jù)核心概念問(wèn)題設(shè)計(jì)相應(yīng)的動(dòng)手活動(dòng)，讓學(xué)生在動(dòng)手操作的過(guò)程中建構(gòu)概念。并通過(guò)有效的課程組織，推動(dòng)實(shí)踐關(guān)注逐步取代知識(shí)關(guān)注。通過(guò)動(dòng)態(tài)的實(shí)踐性課程，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的自由獲取，碰撞出更多的火花。

6.4? ? 變“雙基”為“人本”——有效利用STEM教育的豐富性

從傳統(tǒng)“雙基”教學(xué)目標(biāo)—“三維目標(biāo)”—“核心素養(yǎng)”，這樣的目標(biāo)定位體現(xiàn)了我國(guó)深化基礎(chǔ)教育課程改革在不斷的進(jìn)步。在實(shí)施STEM教育中，教師設(shè)置不同層次的教學(xué)目標(biāo)，幫助學(xué)生形成不同的STEM水平。因此，基于STEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況設(shè)置不同的教學(xué)目標(biāo)，讓每個(gè)學(xué)生都有適合自己能力的目標(biāo)，使每個(gè)學(xué)生都能在收獲成功的喜悅中逐漸增強(qiáng)學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和熱情。以杠桿這個(gè)概念為例：體驗(yàn)用螺絲刀、開瓶器、羊角錘等撬釘子，說(shuō)出杠桿在生產(chǎn)、生活中的價(jià)值，總結(jié)、歸納出杠桿的三條特征，并用科學(xué)的語(yǔ)言給杠桿下定義。教師結(jié)合學(xué)生的能力可以設(shè)置進(jìn)一步的發(fā)展目標(biāo)，使學(xué)生在掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上開展更深層次的探究。因此，教師在初中科學(xué)概念教學(xué)活動(dòng)中充分借鑒和吸收STEM教育的理念、方法和內(nèi)容，對(duì)提高學(xué)生的STEM素養(yǎng)具有重要的意義。

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（欄目編輯? ? 趙保鋼）