黃國航

《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出科學(xué)教學(xué)與其他學(xué)科密切相關(guān)，倡導(dǎo)跨學(xué)科教學(xué)。小學(xué)科學(xué)課程是一門綜合性課程，是義務(wù)教育階段的核心課程，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨。STEM教育是多學(xué)科的融合，尤其側(cè)重于教學(xué)活動(dòng)對(duì)問題的探討和實(shí)踐，鍛煉學(xué)習(xí)者科學(xué)探究和解決問題的能力。那么，在科學(xué)課堂教學(xué)上，怎樣為STEM教育的發(fā)展添磚加瓦？ 以下以六年級(jí)下冊(cè)制作“凈水器”為例進(jìn)行實(shí)踐研究。

一、主題分析，融合STEM理念教學(xué)

制作“凈水器”是小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)第4單元“我們的家園”中的《保護(hù)水資源》一課的主要活動(dòng)。該課由三個(gè)活動(dòng)組成，活動(dòng)1：“水被污染了嗎”是讓學(xué)生調(diào)查了解當(dāng)?shù)氐乃w污染情況;活動(dòng)2：“如何保護(hù)水資源”是讓學(xué)生分析當(dāng)?shù)厮w污染的主要原因，并提出保護(hù)水資源的措施;活動(dòng)3：制作簡易凈水器，讓濁水變清，并提出改進(jìn)的方法。本節(jié)課的主題主要確定在活動(dòng)3，該活動(dòng)具備綜合性、實(shí)踐性等特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)豐富多樣的教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生在前面的課程中接觸過水的溶解，知道部分物質(zhì)可溶于水，具備一定的動(dòng)手操作技能，有利于基于STEM 的小學(xué)科學(xué)教學(xué)流程展開，使學(xué)生在科學(xué)探究、項(xiàng)目實(shí)施的過程中發(fā)現(xiàn)問題，提升學(xué)生科學(xué)探究和解決問題的能力。

二、有機(jī)融合，分級(jí)明確教學(xué)目標(biāo)

STEM 教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)科的有機(jī)融合，但不管是哪些學(xué)科的整合，都必須厘清每一學(xué)科目標(biāo)。制作“凈水器”通過結(jié)合STEM理念開展的實(shí)踐主題活動(dòng)，從科學(xué)、工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)的角度對(duì)凈水器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和應(yīng)用。從課程內(nèi)容的角度來說，制作凈水器的過程，需要分解出合適的教學(xué)活動(dòng)作為腳手架，支撐整個(gè)案例的研究。從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度來分析，雖然他們初步明白可以采用沉淀、過濾等方法進(jìn)行簡單的雜質(zhì)分離，但是對(duì)于使用其它物質(zhì)吸附雜質(zhì)就不了解，因此，可以教師預(yù)先提供一定的學(xué)習(xí)幫助。于是，結(jié)合教材圍繞這個(gè)主題，制定了4個(gè)領(lǐng)域具體且有針對(duì)性的教學(xué)目標(biāo)。

三、結(jié)合主題，制定基于STEM的教學(xué)模式

STEM教育是多學(xué)科的融合，教學(xué)活動(dòng)側(cè)重于對(duì)問題的探討和實(shí)踐。為了將STEM教育深度融入本節(jié)課的教學(xué)中，使本節(jié)課教學(xué)真正引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)科學(xué)世界，體現(xiàn)科學(xué)的實(shí)踐性，探究性等特點(diǎn)，因此，本節(jié)課制定如下基于STEM的實(shí)踐教學(xué)流程（如圖）。教學(xué)活動(dòng)包括提出問題、科學(xué)探究、工程設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)交流四個(gè)環(huán)節(jié)，各教學(xué)環(huán)節(jié)著重突出學(xué)生的主體地位，使學(xué)生在科學(xué)探究的過程中獲取科學(xué)知識(shí)、學(xué)習(xí)科學(xué)方法、領(lǐng)悟科學(xué)思想。

四、教學(xué)實(shí)施，有效落實(shí)STEM教學(xué)

課程教學(xué)具體的實(shí)施過程圍繞“提出問題——科學(xué)探究——工程設(shè)計(jì)——評(píng)價(jià)交流”的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)展開。

（一）提出問題——如何把污水變干凈

1.創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)問題。教師可以創(chuàng)設(shè)問題情境、生活情境，如呈現(xiàn)當(dāng)?shù)氐暮铀?，工業(yè)廢水，含有大量垃圾海水的圖片，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到水被污染的現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生思考水中含有哪些物質(zhì)？提出問題：被污染的水不能直接飲用，如何把它變成干凈的飲用水？

2.創(chuàng)設(shè)任務(wù)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。通過問題提出挑戰(zhàn)性任務(wù)：制作一個(gè)凈水裝置。這是一個(gè)復(fù)雜的大問題，我們可引導(dǎo)學(xué)生將大問題分解成一個(gè)個(gè)小問題，搭建腳手架，便于學(xué)生解決問題。教學(xué)過程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考：關(guān)于這個(gè)任務(wù)，你了解了什么？對(duì)于設(shè)計(jì)制作凈水裝置，你有什么想法？你需要什么科學(xué)知識(shí)解決這個(gè)任務(wù)？不斷地提出挑戰(zhàn)性任務(wù)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

（二）科學(xué)探究——如何去除水中的雜質(zhì)

教師引導(dǎo)各小組依據(jù)“提出假設(shè)—搜集信息—驗(yàn)證假設(shè)”環(huán)節(jié)對(duì)凈化水質(zhì)展開探究。

1.提出假設(shè)，激發(fā)探究興趣。制作“凈水器”可以通過假設(shè)問題激發(fā)探究興趣，學(xué)生運(yùn)用先前習(xí)得的知識(shí)，根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)提出各種假設(shè)。如，凈水器內(nèi)只需要有卵石和石英砂，污水過濾后水就變成清水……根據(jù)提出的假設(shè)形成各種解決問題的方案。

2.搜集解決問題的證據(jù)——凈水方法。學(xué)生課前通過書籍查閱、上網(wǎng)搜索、訪問等方式搜集各種凈化水的方法，并了解該方法的效果。如，自然沉淀法：用于去除水中粗大顆粒;過濾法：去除水的細(xì)微雜質(zhì);吸附法：吸附有氣味的物質(zhì)……最終選擇制作“凈水器”需要用到的方法。

3.搜集解決問題的工具——材料及用途。根據(jù)在制作“凈水器”時(shí)需要的方法，針對(duì)性的查閱本方法中需要準(zhǔn)備的主要實(shí)驗(yàn)材料，并進(jìn)一步了解該實(shí)驗(yàn)材料的用途。如：紗布與卵石過濾較大物質(zhì)（不溶物質(zhì)），石英砂過濾較小物質(zhì)（不溶物質(zhì)），活性炭吸附可溶物質(zhì)（有色有味的物質(zhì)），蓬松棉吸附最小物質(zhì)（不溶物質(zhì)）……

4.探究材料順序，激活工程思維。小組合作討論，假設(shè)推理制作簡易凈水器時(shí)的材料放置順序，并進(jìn)行驗(yàn)證。確定如下的材料順序：紗布→卵石→石英砂→活性炭→蓬松棉。學(xué)生圍繞針對(duì)性問題展開學(xué)習(xí)，學(xué)生自主地學(xué)習(xí)了這些材料的性質(zhì)，同時(shí)學(xué)生在解決問題的過程中體會(huì)到自己努力的成效， 在推理探究思考中，促進(jìn)工程思維的提升。

（三）工程設(shè)計(jì)——凈化水裝置的設(shè)計(jì)

教師對(duì)學(xué)生活動(dòng)進(jìn)行調(diào)控，輔助學(xué)生優(yōu)選方案或者進(jìn)一步的拓展功能，并為學(xué)生提供必要實(shí)驗(yàn)材料，巡視指導(dǎo)與監(jiān)督。

1.學(xué)生動(dòng)手制作“凈水器”。STEM教育的課程設(shè)計(jì)一般是以小組合作的方式進(jìn)行，在師生、生生的多向合作、交流、互動(dòng)的過程中逐步完成的。學(xué)生依據(jù)工程設(shè)計(jì)的思路開展凈水裝置設(shè)計(jì)，各小組分別設(shè)計(jì)不同的凈水裝置。各小組沿著“明確凈水裝置——收集和分析信息——設(shè)計(jì)解決方案——制定標(biāo)準(zhǔn)——構(gòu)建凈水裝置原型——迭代優(yōu)化產(chǎn)品”的思路開展凈化水裝置的設(shè)計(jì)與制作。

2.檢驗(yàn)自制簡易凈水器的凈化效果。為測試制作效果，以及進(jìn)一步優(yōu)化作品，組織學(xué)生觀察污水注入簡易凈水器后，流出來的水是否澄清？如果流出的水不是澄清的，則需要進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，學(xué)生在調(diào)整與測試中，尋找出失敗的原因，不斷地迭代，不斷去改進(jìn)與完善自己的作品。

（四）評(píng)價(jià)交流——作品展示，合理評(píng)價(jià)

1.作品展示，修正完善。STEM教育的創(chuàng)新力是在創(chuàng)造產(chǎn)品的過程中體現(xiàn)出來的，而創(chuàng)造產(chǎn)品實(shí)質(zhì)是一個(gè)解決問題的過程，即發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問題、分析產(chǎn)品問題和不斷改進(jìn)產(chǎn)品的過程，在這個(gè)過程中創(chuàng)新思維是核心。“如果……那不是更好嗎？”發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的問題，并提出自己想法。“這個(gè)東西還可以再改進(jìn)一下嗎？”“還有沒有更好的方法？”……教師要不斷地激勵(lì)學(xué)生思考問題，不要墨守成規(guī)，要能別出心裁、標(biāo)新立異地提出新觀點(diǎn)、新設(shè)想及新方法。學(xué)生據(jù)此不斷迭代地改進(jìn)作品。

2.合理評(píng)價(jià)，提升能力。在 STEM教學(xué)的開展過程中，我們可以將傳統(tǒng)試卷、課堂觀察、進(jìn)行工程過程觀察評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)出學(xué)生的STEM能力。在制作“凈水器”的STEM教學(xué)中，采取如下評(píng)價(jià)。

總之，STEM教育將科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程四門學(xué)科有機(jī)整合，培養(yǎng)學(xué)生靈活解決科學(xué)問題的能力。本文從“提出問題—科學(xué)探究—工程設(shè)計(jì)—評(píng)價(jià)交流”四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)入手設(shè)計(jì)“制作凈水器”，構(gòu)建了基于STEM的小學(xué)科學(xué)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)流程。讓小學(xué)科學(xué)教學(xué)真正將重心轉(zhuǎn)向?qū)茖W(xué)邏輯的關(guān)注，完成了從單一講授式課堂向追求科學(xué)探究性課堂的轉(zhuǎn)變，學(xué)生可以親身體驗(yàn)探究的過程，提升學(xué)生在課堂中的參與感，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。