◇（廣西：林市象山區(qū)平山小學）

STEM 教育理念強調跨學科學習，是一種基于項目和問題的學習方式，要求學生在學習活動中運用跨學科知識，并通過合作和實踐的方式，完成既定的學習任務或解決生活的實際問題。本文主要以小學科學“聲音”單元的教學為例，對基于STEM 教育理念下的小學科學教學實踐進行了分析和探討。

一、背景分析

2017年所頒布的《小學科學課程標準》明確指出，在小學科學教學中必須突出科學這門學科的“綜合性”特征，并在課程內容中新增“技術與工程”領域的相關知識，倡導以跨學科方式來替代傳統(tǒng)的學習方式。而在這樣的背景下，STEM教育理念無疑成了最適合當代科學教育的指導理念。STEM 是Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Mathematics（數學）英文首字母的縮寫。該教育理念的提出顛覆了傳統(tǒng)的教育模式，將其引入小學科學教學，能夠有效鍛煉學生的動手能力和實踐能力，促進學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的發(fā)展。

二、案例分析

小學科學具有較強的綜合性和實踐性，承擔著科學啟蒙的重要任務，讓學生認識科學、愛上科學、應用科學是小學科學教學的主要目的。小學科學四年級上冊“聲音”單元，《聲音是怎樣產生的》《聲音的變化》《聲音的傳播》等共七課對科學知識進行探討，讓學生了解和掌握聲音的自然規(guī)律和科學知識，并在對聲音的探究過程中體會科學的魅力，讓學生愛上科學。雖然聲音在學生的日常生活中是一種常見的現(xiàn)象，但是聲音有著看不見、摸不著的特質，聲音對于學生而言還是一個比較抽象的概念。而在本單元的學習中，老師將在STEM 教育理念下，通過跨學科學、動手實踐、觀察記錄等學習方式，讓學生走入聲音的世界，探索聲音的奧秘，將抽象的概念具體化，以此來增強學生科學探究的能力，讓學生體會到學習科學的樂趣和魅力。

（一）《聲音是怎樣產生的》教學設計

1.教學目標

經歷制造聲音、感受聲音產生的過程，激發(fā)學生對于聲音這一科學知識的學習興趣和熱情。

2.教學重難點

經歷探究聲音產生原因的過程，在觀察、比較、討論、交流中理解“聲音是由振動產生的”。觀察比較發(fā)聲物體與不發(fā)聲物體的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)聲音產生的原因。

3.教學準備

實驗材料：皮筋、尺子、實驗記錄表、大紙杯、玻璃紙、白紙、繩子、筆、剪刀等。

4.教學過程

（1）導入新課

借助多媒體設備播放生活中各種聲音的音頻，考考學生的耳朵并出示問題：你聽到了幾種聲音？分別是什么發(fā)出的聲音？你能學學它們發(fā)出的聲音嗎？請學生以小組為單位進行回答。

（2）實驗感知，如何使物體發(fā)出聲音

（出示皮筋和尺子）這是什么？誰能讓它們發(fā)出聲音？它們發(fā)出聲音時，你們能觀察到什么現(xiàn)象？

分組進行實驗并觀察皮筋和尺子發(fā)聲時的情況。

實驗結論：當尺子和皮筋在力的作用下，不斷重復來回、快速地做運動所發(fā)出的聲音就是振動所產生的。因此得出，不管采用什么方法使它們發(fā)出聲音，它們在發(fā)聲時都有一個共同的特點，那就是都在振動。

（3）實驗延伸進一步驗證

布置任務：

每組用已有材料制作一面小鼓，并考慮：選用什么材料更適合做鼓面？在固定鼓面時需要注意哪些方面問題？小組應該如何分工？

實驗延伸小結及反思：

任務完成后，組織學生進行討論：小組成員如何分工更合理？如何處理制作中出現(xiàn)的問題？如何固定鼓面，發(fā)出的聲音質量會更好？

（4）課堂總結

今天每組同學在實驗中，已證明聲音是由物體振動所產生的。如果沒有聲音，世界將變成什么樣子？我們的生活會發(fā)生哪些變化呢？請各組撰寫觀察報告。

（二）《聲音的變化》教學設計

1.教學目標

（1）掌握科學概念

音量是由物體振動的幅度決定的：振動幅度越大，聲音就越強；振動幅度越小，聲音就越弱。音高是由物體振動的頻率決定的：振動的頻率越快，聲音就越高；振動的頻率越慢，聲音就越低。

（2）養(yǎng)成善于觀察并把事物的特點和性質相聯(lián)系的習慣

運用語言來描述和記錄聲音，并能根據聲音的高、低、強、弱進行連線。

2.教學重點難點

通過觀察、比較，認識音量由物體的振動幅度決定，感受聲音的強弱和高低變化。通過觀察，比較聲音的高低變化。

3.教學準備

為每組準備：三角鐵一副、五根試管、水、一根小木棒、皮筋、實驗記錄單、吸管、膠帶、剪刀。

老師準備：與學生一樣，外加一臺鋁片琴。

4.教學過程

（1)導入新課，揭示課題：聲音的變化

課前老師用鋁片琴演奏一段音樂給學生欣賞，讓學生初步感受聲音的高低以及強弱的變化。

（2）觀察比較聲音的強弱變化

分組實驗：每組學生先輕后重地敲擊三角鐵，觀察并思考：敲擊三角鐵的輕重所產生的振動幅度的變化與音量之間有著怎樣的關系？并做實驗記錄。

實驗小結：

通過剛才的實驗，我們可以得出這樣一個結論：物體振動幅度越大，聲音越強；物體振動幅度越小，聲音越弱。聲音的強弱可以用音量來描述。

（3)觀察比較聲音的高低變化

分組實驗一：

每組學生分別在五根相同的試管中注入不同的水量，觀察并思考：不同水量的同樣試管，用小木棒敲擊所發(fā)出聲音的高低有怎樣的不同？并做實驗記錄。

分組實驗二：觀察皮筋拉緊程度振動所產生的頻率與音高的變化。

實驗小結：

通過剛才的兩個實驗，我們可以得出這樣一個結論：物體振動得越快，發(fā)出的聲音就越高；物體振動得越慢，發(fā)出的聲音就越低。聲音的高低可以用音高來描述，音高是描述物體振動快慢的一個量。

（4)實驗拓展

通過實驗，我們可以知道，聲音高低的變化叫作音調，聲音強弱的變化叫作音量。

剛才用同樣的試管裝不同量的水，發(fā)現(xiàn)試管發(fā)出聲音的音調不一樣。水柱不同與音調之間有什么關系??？聲音的高低是否跟物體的長短有關呢？課前老師用鋁片琴演奏了一段優(yōu)美的旋律，你有什么發(fā)現(xiàn)呢？

布置任務：利用吸管、剪刀等材料制作排簫。思考：怎么樣讓吸管發(fā)出聲音？在制作排簫時需要注意哪些方面的問題？吸管的長短與發(fā)出聲音的高低之間有怎樣的關系？

實驗延伸小結及反思：任務完成后，組織學生進行討論。剪短后的吸管發(fā)出的聲音有什么樣的變化？制作中出現(xiàn)的問題如何處理？如何解決排簫的音準問題？

（5)課堂總結

通過本課的學習，我們知道了聲音的高低、強弱是跟物體振動的頻率和振幅有關的。音量和音調會對聲音的變化產生影響。大家可以自己課后利用聲音的強弱、高低的原理，制作出不同聲音的樂器，來進行音樂演奏哦！我想這會是一件非常有趣的事情。

（三）《聲音的傳播》教學設計

1.教學目標

（1）能夠對聲音在物體中的傳播方向做出假設，并設計相應的實驗，找到問題的答案；

（2）會按步驟實施實驗計劃，仔細觀察，認真比較；

（3）通過實驗知道聲音能在沙、水、空氣或其他物質中傳播；

（4）學會制作土電話，使用土電話玩通話游戲，知道土電話是通過固體（線）傳聲的。

2.教學重難點

通過觀察、比較、討論交流等活動，認識到聲音是通過物質傳播的。

3.教學準備

為每組準備：三只分別裝有一樣多沙子、水、空氣的密封袋，小木棒，紙杯，厚紙，棉線，剪刀。

老師演示材料：收音機、手動真空機，鐘罩、小鈴。

4.教學過程

（1）導入新課，揭示課題：聲音的傳播

利用多媒體設備為學生播放宇航員在月球上的場景，并提出問題：為什么宇航員在月球上離著那么近卻不能聽到彼此的聲音，而只能通過特殊裝置來傳遞信息呢？聲音是靠什么傳播的呢？

（2）老師演示，通過實驗進行聲音傳播的驗證

老師首先將一部正在發(fā)出聲音的收音機放入鐘罩當中，然后再將鐘罩密封，并將鐘罩里的空氣用真空機慢慢抽掉。請學生觀察鐘罩在真空前后收音機音量的變化是怎樣的。

（3)學生實驗驗證聲音是否可以通過空氣、沙子以及水進行傳播

學生分組實驗：在實驗前能夠對聲音在物體中的傳播方向做出假設，并設計相應的實驗，找到問題的答案。每組學生利用老師提前準備好的三只分別裝有一樣多沙子、水、空氣的密封袋隔著，傾聽小木棒輕輕敲擊桌面的聲音（提醒學生注意保持教室的安靜，屏息傾聽），注意認真觀察實驗過程中發(fā)現(xiàn)的任何一種現(xiàn)象：塑料袋里裝什么物質時聽聲音的效果最好？耳朵直接貼在桌面上聽和遠離桌面聽，哪個效果更好？把它記錄下來。

學生分組交流結果：隔著空氣、水和沙土都可以聽到聲音；隔著沙和水聽聲音效果比較好；隔著空氣聽到聲音比較小。這是因為聲音有著向四周擴散的特點，尤其是在開放的空氣中更容易損失。

（4）實驗驗證小結

聲音除了能夠通過空氣傳播，也能通過沙子和水進行傳播。其中，沙子我們稱之為固體，水是液體。所以，我們又可以說，聲音能通過空氣、液體、固體傳播。

（5)實驗拓展游戲——打土電話

布置任務：讓學生利用聲音傳播的相關原理，用紙杯、厚紙、棉線、剪刀等材料，自己動手親自設計并制作“土電話”，在保證不提高音量的情況下，樓上和樓下可以傳遞消息。

老師通過以下問題進行引導：在通話時聲音是通過什么傳到你耳朵里的？為什么棉線不拉直，土電話就不能工作？

師生小結：因為拉直的棉線能很好地傳遞震動，而松松的棉線會抑制、減弱并最終吸收震動，使震動無法到達另一只話筒。

（6)課堂總結

通過前面的學習，我們已經知道聲音是靠振動產生，音的強弱、高低變化是跟物體振動的頻率和振幅有關的。通過本課的學習，學生通過隔著分別裝有空氣、水和沙土的密封袋，傾聽小木棒輕輕敲擊桌面的聲音的實驗，以及自己動手親自設計并制作“土電話”的活動，知道聲音是能夠通過空氣、液體、固體傳播的科學知識，并鍛煉和提高了動手實踐和創(chuàng)新能力。

三、教學反思

（一）STEM教學理念基于科學實踐

STEM 教育理念與傳統(tǒng)教育理念最大的區(qū)別，就在于注重實踐，強調在科學教學活動中學生通過動手實踐來獲得相應的知識和體驗。只有讓學生像科學家一樣，對科學知識進行探索，才能夠獲得更加深層次的知識。在“聲音”這一單元的教學中，為了幫助學生更好地理解和掌握聲音的相關科學知識，筆者在各個課時的教學中都設計了動手實踐活動，讓學生親身經歷“提出問題—設計方案—優(yōu)化方案—動手實踐—得出結論”等工程探索過程，以此來增強學生的科學意識，提升學生的科學素養(yǎng)。

（二）STEM 教育理念強調跨學科學習

STEM 教育理念強調跨學科學習，在小學科學教學活動中要求引導學生采取學科融合的方式進行學習，并能夠運用跨學科思維來解決學習中遇到的各種問題。在“聲音”這一單元的教學中，為了幫助學生歸納總結聲音變化的影響因素，筆者引導學生通過對實驗數據分析這一數學思維來找到聲音變化的規(guī)律，并最終得出影響聲音的因素。通過學科知識融合的方式解決實際問題，以此來培養(yǎng)學生的科學工程思維，提升學生的科學素養(yǎng)。

（三）師生成為學習共同體

在STEM 教育理念中，老師和學生通過“項目”成了學習共同體。這就要求老師以指導者、組織者和參與者的身份加入“項目”當中，通過與學生共同完成“項目”的過程來引導學生從表面現(xiàn)象引入背后原理。在《聲音的傳播》的教學設計中，老師通過引導學生完成隔著分別裝有空氣、水和沙土的密封袋，傾聽小木棒輕輕敲擊桌面的聲音的實驗，以及自己動手親自設計并制作“土電話”的活動，鍛煉和提高了學生的科學動手實踐能力，促進學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的發(fā)展。

綜上所述，STEM 教育理念不僅強調在科學教學活動中各學科知識的簡單融合，更加注重利用項目來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、合作能力和解決問題的能力。