陳銀寒

在科學教育的發(fā)展過程中，從斯賓塞提出的“科學知識最有價值”，到赫胥黎強調(diào)人文科學、自然科學、社會科學的同等地位，到杜威的經(jīng)驗主義，到“STS教育”、建構(gòu)主義科學教育觀、有中國特色的“科學精神與人文精神”相統(tǒng)一的綠色教育?？茖W教育理念在前人的基礎上不斷地演變與更新，以適應科技飛速發(fā)展的當今社會。20世紀80年代，美國意識到其國際競爭力在慢慢地下降，首次提出“科學、技術、工程、數(shù)學教育集成”的綱領性文件，簡稱為“STEM”教育。

一、STEM教育與科學課程的契合點——技術與工程

STEM是科學、技術、工程和數(shù)學四門課程的簡稱，但STEM并不是科學、技術、工程、數(shù)學教育的簡單疊加，而是強調(diào)多學科的交叉融合。將這四門學科內(nèi)容組合形成一個有機的整體，可以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神與實踐能力。

科學課程標準已把“技術與工程”列入課程目標內(nèi)容之一。技術與工程領域的學習可以使學生有機會綜合所學的各方面知識;體驗科學技術對個人生活和社會發(fā)展的影響;技術與工程的實踐活動可以使學生體會到“做”的成功和樂趣，并養(yǎng)成“動手做”解決問題的習慣。

STEM教育理念下的技術與工程，離不開科學與數(shù)學的結(jié)合。因此，STEM教育與科學課程的契合點便是技術與工程，技術與工程不僅是科學教育的一個組成部分，也是小學科學教育的發(fā)展方向。

二、在科學教學中滲透STEM教育理念——“技術”

“技術”是人類為了滿足自身的需求和愿望，遵循自然規(guī)律，在長期利用和改造自然的過程中，積累起來的知識、經(jīng)驗、技巧和手段，是人類利用自然改造自然的方法、技能和手段的總和，但也是需在實際中多多磨煉，才能找到自己技術的所在。可見STEM教育理念下的“技術”包括“方法、技能和手段”的學習，掌握與應用等相關聯(lián)的活動方式、方法。

（一）自制科學材料

在STEM教育中常常需要大量的材料，如何恰當、科學地準備材料也是科學教師必須考慮的問題。小學科學儀器室中的大部分儀器與科學教材是不配套的，科學老師要上好一節(jié)科學課，與材料的選擇是很有關系的?！扒蓩D難為無米之炊”，“米”就好比是科學課的材料，可見材料對于科學課的重要性。有時一堂出彩的科學課，在很大程度就與材料有關，材料的新穎性，材料的實效性，都會讓科學課堂增色。

如五年級下冊《讓自行車鏈條轉(zhuǎn)動起來》一課，學生可以利用機械實驗盒中的材料自己設計鏈條傳動裝置，也可選用樂高玩具中的鏈條傳動裝置材料進行再設計。再如四年級上冊《吸熱和散熱》一課，我利用100W的白熾燈泡、木板、開關、燈座、回形針、紙盒等材料自制了熱輻射實驗裝置，此實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，適宜開展演示或分組實驗，不受環(huán)境、天氣因素影響，可在室內(nèi)進行實驗，實驗效果明顯。精心挑選制作的材料能喚起學生學習的積極性，學生學習興趣濃厚，教學的效果也不錯。

（二）選擇專業(yè)化材料

STEM教育活動中，往往會用到一些專業(yè)化的工具和材料。如目前受到廣泛關注的開源電路板、3D打印、機器人等;還需要一些用來支持或指引擴充思維過程的認知工具，如Scratch少兒編程軟件、SPSS社會科學統(tǒng)計軟件包、網(wǎng)絡溝通工具、123 Design三維CAD建模軟件等。這些專業(yè)工具材料以及軟件的使用對于廣大科學教師來說既是挑戰(zhàn)，又是福音，它意味著科學教師既可以運用這些新技術工具，又要不斷地學習使用新工具，掌握這些新的技術手段。

另外，為了適應人們對STEM教育的需要，許多教具生產(chǎn)廠家也推出了一系列的STEM課程材料包。教學時，教師也可以選擇合適的材料包使用，這樣可以節(jié)省出大量時間運用到教學環(huán)節(jié)的設計上，確保有好的教學成效。

（三）掌握必備的技能

在STEM教育中，要讓學生的合作探究有效，學生就必須具備一定的動手能力和使用材料的技能。如在四年級下冊《小車的運動》一課中，在學生探究“小車的運動與拉力”和“小車運動與載重量”這兩個問題時，我用了整整兩節(jié)課的時間。主要問題有：⒈學生的計時技能需要一定的訓練，作為一名平時不具備計時能力的學生，在老師簡短講解了秒表使用方法后，許多臨時上任的計時員，不能很快進入狀態(tài)，往往把時間記多了，甚至把秒表按錯了;⒉學生計時的準確性不高，因為是手動計時，計時員與控制小車啟動的學生往往不能同步，計時員的反應速度也各不相同，造成個別小組的數(shù)據(jù)偏差較大;⒊學生不會系結(jié)。對于《小車運動》這一課，我把實驗室的一些材料進行了組合，材料有：兩端帶金屬孔的木板、實驗小車、羊毛線。探究時，需要學生將毛線的一端系在小車上，另一端穿過木板上的金屬孔，再系上3個螺帽作為小車運動的起始拉力，而就在系結(jié)這個環(huán)節(jié)上，有個別組就用了差不多十幾分鐘，因為我要求學生系活結(jié)，這樣才可以改變小車運動的拉力大小。也正是因為有了這個難度，學生開展這個探究實驗就顯得很困難。再如四年級上冊《冷熱與溫度》一課，不僅要求學生掌握溫度計、計時技能，還必須要學會分析數(shù)據(jù)的技能。若學生不具備這些技能，那么探究的有效性是無從談起的。

三、在科學教學中滲透STEM教育理念——“工程”

“工程”是科學和數(shù)學的某種應用，通過這一應用，使自然界的物質(zhì)和能源的特性能夠通過各種結(jié)構(gòu)、機器、產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程，以最短的時間和精而少的人力做出高效、可靠且對人類有用的東西，將自然科學的理論應用到具體工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中形成的各學科的總稱。

可見，STEM教育理念下的“工程”并不是簡單地將科學與數(shù)學組合起來，而是要把學生學習到的零碎的知識與機械過程轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程。

在科學教學中滲透STEM教育理念——“工程”，就要引導學生探究一些“問題”項目，讓他們用自己的智慧去設計解決方案，并付諸實施。

（一）“任務挑戰(zhàn)”式問題項目

教師為學生提供一些簡單的材料，如紙巾、木筷、吸管、水等，先讓學生學著做一把空氣槍，然后提出問題：怎樣讓空氣槍射出的子彈更遠？這個問題項目其實已經(jīng)有答案，只不過學生暫時還不知道。在教師的引導下，學生可從空氣槍的管徑大小、推力、管道的密封性等問題方面有目的、有計劃地進行探究。從效果上看，與我們曾經(jīng)提倡的任務驅(qū)動教學法有異曲同工之妙。在“問題”任務的驅(qū)動下，學生會自主集中注意力進行探究。在探究的過程中，教師實時關注，在必要時給予適當?shù)膸椭?。這樣一來，“工程”的成功可能性就相對提高了，在成就感的激勵下，更能激發(fā)學生對“高大上的工程”的學習和研究的興趣，從而培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。

（二）在動手操作中生成問題項目

如《搭支架》一課，學生通過搭建三角形、四邊形、五邊形支架后，會發(fā)現(xiàn)三角形的支架最穩(wěn)定。接著自然會生成“不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)怎樣才能變得穩(wěn)定？”這一問題。學生對問題進行思考并實驗，緊接著便是技術層面的事了。學生會根據(jù)已有的經(jīng)驗和一定的技術讓不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)變得穩(wěn)定。隨后，教師對學生的技術加以評價，這種方式叫作“架梁”。接下來的“搭建高塔”便是一項工程兼技術的挑戰(zhàn)賽。學生以小組為單位進行合作學習：利用已有知識（數(shù)學、科學、技術）——畫出高塔設計圖——討論設計圖的可行性——做出預算（需要的材料）——建造高塔工程——展示成果——評價（互評與自評）——改進設計方案——完善高塔的搭建工程。在整個的高塔的搭建過程中，學生對自己的設計方案和作品津津樂道，并對課程本身產(chǎn)生濃厚的興趣，其綜合技術與技能也得到提升與發(fā)展。

STEM教育在我國從理念走向?qū)嵺`勢在必行，其中的難度也是可想而知的。將STEM教育思想合理地滲透進小學科學課程中，能夠全面實現(xiàn)優(yōu)勢互補，更好地培養(yǎng)學生的科學思維與實踐操作能力。要真正發(fā)揮STEM教育的長處，科學教師還應該多下功夫把科學、技術、工程、數(shù)學這四條彩線，交織在一起，融合在一起，才能織出更加絢麗的畫卷。

【作者單位：丹陽市界牌中心小學 江蘇】