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“STEM教育+”:基于科學的學科融合教學的策略研究

2019-03-20 00:37薛仕靜
關(guān)鍵詞:STEM教育初中科學

摘? ? 要:基于初中科學的教育現(xiàn)狀,嘗試進行“STEM教育+”: 基于初中科學的融合教學的策略研究。小融合、中融合、大融合是“STEM教育+”三個不同層次的融合形式,它突破了以社會為中心取向的課程建設難點,為初中科學的跨學科融合教學提供了方法和策略,創(chuàng)生了科學教育的新生態(tài);更重要的是,它為科學課程建設提供了新思維、新方向,讓科學課程重構(gòu)有了更多的可能性和可操作性。

關(guān)鍵詞:“STEM教育+”; 初中科學;學科融合教學

縱觀浙教版初中科學,較之“以拆分世界、拆解問題為己任”的分科教學,其優(yōu)勢顯而易見,但教學現(xiàn)狀依然不容樂觀。主要表現(xiàn)在:一是其由于受學科中心和學科界限的制約,教材的“生活化不夠鮮明、跨學科的融合缺乏廣度與深度”;二是由于受教學評價和教師教學觀念的制約,學科知識問題引領(lǐng)下的學習還是占主導地位,應試教育的痕跡依然相當明顯。

STEM教育作為一種跨學科的融合教育模式,它強調(diào)問題的真實性,強調(diào)以社會為中心的課程取向,強調(diào)從整體的角度認識和學習與科學、技術(shù)、社會密切聯(lián)系的知識,以培養(yǎng)學生批判性思維與問題解決能力、創(chuàng)造性和創(chuàng)新能力等科學的核心素養(yǎng)。

為此,嘗試“STEM教育+”: 基于科學的學科融合教學的策略研究具有重大的教育價值與意義。

一、 “STEM教育+”的內(nèi)涵及難點

1.什么是“STEM教育+”

所謂“STEM教育+”即指將STEM教育理念有機地融入初中科學教學之中,也即指基于初中科學融合技術(shù)、工程、數(shù)學等學科的綜合教育,創(chuàng)生一種初中科學教育的新生態(tài),以培養(yǎng)學生的科學核心素養(yǎng)。

2. “STEM教育+”的難點分析

“STEM教育+”的難度不少,主要表現(xiàn)在兩方面:

(1)在初中科學教學中,并非所有的知識都有適合其學習的STEM活動平臺。由于初中科學的不少知識與技能都難以找到生活世界的原型;即便有,不少也因產(chǎn)品制作的復雜性和條件限制等原因而無法實施。

(2)在融入STEM教育活動時,如何確??茖W知識體系的邏輯性與完整性。由于現(xiàn)行教材是以學科為中心的課程取向,知識具有嚴密的邏輯性與相對完整性,而STEM教育活動則以社會為中心的課程取向,其“雜亂無章”的生活情境決定了解決這些問題所需知識的無序性和跳躍性。因而,不少的STEM教育活動都因?qū)W生缺乏必備的知識和技能而無法實施。

二、 “STEM教育+”的方法與策略

基于以上難點分析,“STEM教育+”的方法與策略應具有多樣性和層次性的特點,現(xiàn)就三種融合形式的內(nèi)涵、策略及適用課型進行比較(如表1所示)。

可見,小融合、中融合、大融合各有不同,其融合的程度依次由低到高;但它們都旨在融入STEM教育的理念,都具有共同的教學目標:①保持和激發(fā)學生的學習興趣;②加深對科學理論的理解;③促使學生合作交流,適應現(xiàn)實的復雜性等[1],進而培養(yǎng)學生科學的核心素養(yǎng)。

三、“STEM教育+”的實踐與思考

1. 小融合:“STEM教育+”的初級形式

當不具備中融合和大融合條件時,常選用小融合。小融合是指STEM教育理念下的初中科學復習拓展課,它是對新課教學內(nèi)容和鞏固、應用、補充與拓展。如在浙教版科學七年級上冊第1章第4節(jié)《科學測量》新課教學之后,我們開設了《面包測定儀制作》的STEM復習拓展課,教學主要圍繞如下4個基本環(huán)節(jié)展開。

(1)聚焦核心的真實問題[2]:為了間接了解面粉的優(yōu)劣及烘焙效果,需測量面包體積。你能自制一個簡易的面包測定儀嗎?

(2)設計與制作

①方案設計:選擇下列器材,設計一個簡易的面包測定儀(現(xiàn)場提供制作工具)。a.面包;b.廢棄可樂瓶;c.量筒;d.水;e.細砂;f.油菜籽等。

②產(chǎn)品制作:以廢棄可樂瓶、量筒、油菜籽等為材料,制作一個簡易的面包測定儀。

(3)測試與評價:用自制的體積測定儀來測量面包體積,并與現(xiàn)有產(chǎn)品對比,評估其優(yōu)缺點。

(4)改進與完善:基于產(chǎn)品評估,請你提出改進該產(chǎn)品的具體措施。

本節(jié)課是基于學習了“不規(guī)則固體體積的測量方法與技能”后的鞏固與應用,它不僅有利于學生學習動機的激發(fā),而且還有利于學生關(guān)鍵能力的培養(yǎng)(如表2)。

2. 中融合:“STEM教育+”的中級形式

當不具備大融合的條件時,優(yōu)先考慮選用中融合。中融合是指STEM教育理念下的科學單節(jié)新課教學,它是對單節(jié)新課教學的重構(gòu)。如在浙教版科學八下第3章第2節(jié)《氧化和燃燒》(第1課時)的教學時,通過搭建簡易篝火以驅(qū)動本節(jié)新課內(nèi)容的學習,其教學主要按如下的6個基本環(huán)節(jié)展開[3]。

(1)聚焦核心的真實問題:進行戶外活動需要露營時,在野外燃起一堆篝火幾乎成了戶外活動的一個標志。你能利用木條搭建一個簡易的篝火嗎?

(2)設計與制作:利用提供的木條,迅速制作一個“小型篝火”,要求:不能添加其他可燃物;用火柴點燃,并確保其充分燃燒。(當然在室外實驗,并強調(diào)相關(guān)安全的注意事項)

(3)測試與評價

①測試:小組同學嘗試點燃自己搭建的篝火。

②評價:基于很多小組都失敗的現(xiàn)狀,讓學生思考討論:失敗或成功的原因可能是什么?(建立假設)

(4)自主建構(gòu)新知:(探究物質(zhì)燃燒條件):嘗試利用若干熱水、冷水、白磷及燒杯、試管等實驗器材,設計實驗(實驗方案可用簡圖表示),驗證自己假設。

(5)改進與完善

①再設計:利用燃燒條件,要成功點燃篝火,我們應如何改進,并說明理由。

②再制作:緊扣“小型篝火的目標要求”,基于改進的方案進行再制作。

(6)拓展應用:利用燃燒條件解釋:一根火柴為什么不能點燃塊煤,卻能輕松點燃蜂窩煤。(最后組織學生學習:劇烈氧化和緩慢氧化、自燃和爆炸等相關(guān)知識)

中融合不同于小融合,也不同于大融合,它適用于科學單節(jié)的新課教學。但它們都通過核心的真實問題驅(qū)動學習,以激發(fā)學生的學習動機;通過“設計與制作”“測試與評價”“改進與完善”三個基本環(huán)節(jié)解決核心的真實問題,以培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性和創(chuàng)新等關(guān)鍵能力; 通過“遷移解決新的真實問題”,以促進學生內(nèi)化,乃至活化知識與技能。進而促進學生的深度學習。

3.大融合:“STEM教育+”的高級形式

當具備大融合的條件時,首選大融合。大融合是指STEM教育理念下的科學單元新課教學,它是對單元新課教學的整體重構(gòu)。如針對浙教版七下第3章第2節(jié)《力的存在》、第3節(jié)《重力》、第5節(jié)《二力平衡的條件》、第6節(jié)《摩擦力》的內(nèi)容,利用“彈簧秤的制作和應用” 的STEM項目學習活動進行單元教學整體重構(gòu)。本單元教學重構(gòu)的具體框架如圖1所示。

在大融合中,需要強調(diào)說明的是要保持“一變”“二不變”。“一變”:是指聚焦核心真實的問題驅(qū)動單元的統(tǒng)整教學,變“學科為中心”的課程取向為“社會為中心”的課程取向;“兩不變”:一是指課程標準要求不變,統(tǒng)整前后的教學既不拔高,也不降低;二是統(tǒng)整前后的教學課時數(shù)基本保持不變。

本單元進行教學整體重構(gòu)之后,至少具有如下兩大優(yōu)勢:一是它將STEM教育理念有機地融入初中科學的教學之中。即在對本單元進行大融合的同時,在單元的不同節(jié)次中還采用了中融合或小融合(見表3),這樣不僅打通了學生的課內(nèi)學習與課外實踐的“藩籬”,而且還最大限度地挖掘了本單元科學教材的教育價值,促進了科學學科的跨學科融合教學。

二是它彌補了原有教材在編排上的不足。原有教材中“二力平衡的條件”的內(nèi)容安排在第5節(jié),“重力”的內(nèi)容安排在第3節(jié),學生既無法理解 “為什么重力方向與細線在同一直線上?”也無法理解“為什么重力大小會等于彈簧秤對重物的拉力?” 教學重構(gòu)后,為了使“彈簧秤的制作”順利進行,學生必須對“拉力與彈簧秤伸長長度的關(guān)系”進行探究;而二力平衡的條件既是該實驗探究的基礎,又是后續(xù)學習“影響重力、摩擦力大小因素的實驗探究”的必備知識。因此,將“二力平衡的條件”的內(nèi)容前置學習將更合理、有效。

總之,“STEM教育+”的實踐探索意義非凡。實踐表明:小融合、中融合、大融合是“STEM教育+”的三個不同層次的有效形式,它們的合理使用與互補搭配,一是發(fā)掘了科學教育的最大價值,彌補了科學教材和教學中STEM教育的不足;二是它突破了以社會為中心取向的課程建設難點,為科學課程的進一步整合提供了新思維、新方向,讓科學課程的重構(gòu)有了更多的可能性和可操作性。[□][◢]

參考文獻:

[1]李高峰.中學生物學課程及案例[EB/OL]..https://max.book118.com/html/2017/1108/139372249.shtm.

[2]薛仕靜.初中科學PBL新課教學范式的實踐探索[J].生物學教學,2018(10):33-34.

[3]莊振海.浙江省教育質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果反饋研修活動//國家測量監(jiān)測結(jié)果對科學教學的啟示.2017.

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