萬開瓊

STEM教育結(jié)合了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，它將知識融合到一起，去解決一些實際問題，形成能滿足人們某種需求的產(chǎn)品，因此它更注重的是學(xué)生的創(chuàng)新能力、解決問題的能力和相互合作的能力。

科學(xué)在于認(rèn)識世界、解釋自然界的客觀規(guī)律，通俗來講是解決“有什么（個體、群體的存在）、什么樣（形態(tài)、構(gòu)造、特征）、為什么（原因、變化條件）”三類問題。技術(shù)和工程是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界、實現(xiàn)對自然界的控制和利用、解決社會發(fā)展過程中遇到的難題，通俗來講就是解決“怎么做”的問題，既考慮認(rèn)知方面的規(guī)律，又有操作、技能方面的訓(xùn)練，更有對“什么是技術(shù)、怎樣做技術(shù)”的理解。

實際上，在科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)之間存在著相互支撐、相互補充、共同發(fā)展的關(guān)系。如果要了解它們，尤其是它們之間的關(guān)系，就不能獨立其中任何一個部分，只有在交互中才能實現(xiàn)深層次的學(xué)習(xí)和理解性學(xué)習(xí)，也才能真正培養(yǎng)學(xué)生各個方面的技能和認(rèn)識。因此，STEM課程的基本流程通常為：確定需求—發(fā)現(xiàn)問題—設(shè)計解決方法—利用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等知識解決問題—運用理性方法驗證解決效果。

從教學(xué)實踐看，以解決實際問題為目標(biāo)的項目式學(xué)習(xí)是STEM教育理念落實在小學(xué)科學(xué)教學(xué)實踐中的重要方式之一，并重點表現(xiàn)為兩種主要的技術(shù)類型，即經(jīng)驗型技術(shù)和應(yīng)用型技術(shù)。

經(jīng)驗型技術(shù)

經(jīng)驗型技術(shù)，是通過在實踐中嘗試、摸索，實現(xiàn)某種功能，滿足某種需求，它是以經(jīng)驗為特征的。經(jīng)驗是促進技術(shù)發(fā)展的重要因素，在技術(shù)發(fā)展歷史的早期，它甚至是導(dǎo)致技術(shù)發(fā)展的唯一因素。經(jīng)驗屬感性認(rèn)識形態(tài)，是對認(rèn)識對象個別、直接的感知，具有累積性與傳承性。經(jīng)驗型技術(shù)從近代科學(xué)的早期，一直到第一次工業(yè)革命時期，都是作為科學(xué)的一種先導(dǎo)，是“科學(xué)之母”。

我們看到，不論對于科學(xué)還是技術(shù)，都存在知其然不知其所以然的以經(jīng)驗為特征的技術(shù)。在小學(xué)科學(xué)課程中也存在這樣的技術(shù)。尤其是一些復(fù)雜的原理技術(shù)和高科技技術(shù)，這對人類來說是現(xiàn)代科學(xué)指導(dǎo)下的技術(shù)，屬于應(yīng)用的技術(shù)，但對于兒童只需體驗、認(rèn)識和理解。它既不是以科學(xué)認(rèn)識為目的，也沒有清晰的科學(xué)原理的指導(dǎo)（不包含科學(xué)原理的技術(shù)），主要依據(jù)經(jīng)驗進行或獲得經(jīng)驗體驗。

但是在體驗這些經(jīng)驗技術(shù)的過程中，往往存在許多的科學(xué)問題有待提出和探索，而更加可貴的就是善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。

例如在“超級泡泡器”探究活動中，教師給學(xué)生模擬創(chuàng)設(shè)一種情境，分發(fā)兩種不同大小的泡泡器，開展吹泡泡比賽，他們都對大泡泡非常感興趣，于是決定制作能吹出更大泡泡的超級泡泡器。

通過該情境的創(chuàng)設(shè)，學(xué)生立即將目光聚焦到泡泡的大小上，同時提出了一個非常具有驅(qū)動性的核心問題——怎么樣制作一個能吹出更大泡泡的超級泡泡器。泡泡的大小與泡泡器的大小有怎樣的關(guān)系，是不是泡泡器越大就越好？如果泡泡的大小不僅僅與泡泡器有關(guān)，那么還與什么有關(guān)？

在導(dǎo)入上面的情境之后，學(xué)生會思考制作超級泡泡器需要考慮哪些因素。他們根據(jù)所提供的材料（泡泡圈的材料有鐵絲、鐵絲加彩帶、彩帶等，長度分別為40 cm、54 cm、58 cm、60 cm、64 cm）不斷地嘗試制作，同時在一次次的試錯中去對比和尋找影響泡泡器的關(guān)鍵因素，如完整閉合的圈、圈的大小、泡泡液的附著能力等，只有各個條件都合適，才有可能成功制作出超級泡泡器。而教師要引導(dǎo)學(xué)生進行數(shù)據(jù)的整理與對比，通過不斷實驗探究去驗證自己的猜想。進而發(fā)現(xiàn)并非泡泡圈越大，吹的泡泡就越大，泡泡的大小還和泡泡液的附著能力有關(guān)。

制作超級泡泡器是一個經(jīng)驗型的技術(shù)。為什么泡泡圈在一定范圍內(nèi)越大越好，超過了這個范圍就不是這樣？能吹出的泡泡的大小與泡泡液的表面張力有何關(guān)系？泡泡液的構(gòu)成成分與其表面張力有何關(guān)系？——這些都不是經(jīng)驗型技術(shù)能解決的問題，但是在探究這種技術(shù)的時候，能激發(fā)學(xué)生更多的興趣。教師應(yīng)該鼓勵學(xué)生提出問題，在合適的時機選擇恰當(dāng)?shù)膯栴}進行研究。例如，比較水、幾種油等不同液體的表面張力的小實驗。

應(yīng)用型技術(shù)

近代以來，科學(xué)走到了技術(shù)發(fā)展的前面，對技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造的規(guī)范和指導(dǎo)作用日漸增強。許多STEM課程就是科學(xué)原理轉(zhuǎn)化的技術(shù)，是應(yīng)用型技術(shù)，體現(xiàn)科學(xué)原理在技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)上的指導(dǎo)作用。許多科學(xué)規(guī)律、科學(xué)原理通過應(yīng)用研究轉(zhuǎn)化為技術(shù)原理，并為技術(shù)發(fā)明提供直接的理論要素和方法原則。同時，科學(xué)實驗研究中設(shè)計的實驗裝置和模型，可以直接成為技術(shù)發(fā)明、技術(shù)創(chuàng)造的起點。

STEM教育的目的之一，就是培養(yǎng)學(xué)生從小應(yīng)用科學(xué)知識來解決實際問題的能力，這也是小學(xué)STEM教育的重點。當(dāng)然，由于小學(xué)生受年齡和認(rèn)知水平、能力的限制，需要教師選取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容。

例如在“設(shè)計小車”的活動中，涉及的科學(xué)原理有摩擦力、彈力等科學(xué)知識。在具體的設(shè)計中，教師可以給學(xué)生準(zhǔn)備硬紙片、牙簽、金屬絲、橡皮筋、瓶子、紙盒等材料，避免摩擦力太大，導(dǎo)致車子行進不明顯的問題;可以應(yīng)用物體表面光滑粗糙的程度對摩擦力影響的知識，將車輪進行改進;可以應(yīng)用彈力知識，將橡皮筋一端固定在車軸上，多次纏繞的橡皮筋被釋放后會帶動小車運動起來;可以應(yīng)用反沖力知識，用鼓起的氣球的反沖力作為小車行進的動力，讓小車最終動起來，并且能快速運動。

又如黑色物體吸熱本領(lǐng)強，可以利用黑色容器制作太陽能熱水器。在其他條件相同時，陽光直射的能量大，為了盡量保持太陽能熱水器與太陽直射的最大角度，接受盡可能多的太陽熱量，可以通過比較水平放置、垂直放置和傾斜放置，三種情況下太陽能熱水器的吸熱強弱，得出傾斜放置時太陽能熱水器吸熱能力強。到底該如何傾斜呢？學(xué)生通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，如果總在夏季使用，則傾角宜為當(dāng)?shù)鼐暥葴p少10°;如果總在冬季使用，則傾角為當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?0°。根據(jù)重慶的實際地理位置，熱水器多為冬天使用，學(xué)生將熱水器的安裝角度設(shè)計為39.56°，并進行實際驗證。最終通過不斷調(diào)試改進，逐步提高了太陽能熱水器的使用功效。

STEM教育立足現(xiàn)實，著眼于問題的解決，代表著一種現(xiàn)代教育哲學(xué)，它允許學(xué)生不斷試錯，并在試錯中不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，最終解決問題，因此STEM教育是一種更加注重過程的教育，更加注重培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力和提升解決問題的綜合水平，是一種深層次的教學(xué)。在小學(xué)階段實施STEM教育，不僅可以引導(dǎo)學(xué)生形成基本的科學(xué)探究和設(shè)計的意識，還能拓展所涉及領(lǐng)域內(nèi)容的廣度、深度和關(guān)注度，實則是為小學(xué)科學(xué)教育注入了新的生機和活力。