徐杰

STEM教育（即科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)教育）是近十幾年來國(guó)際科學(xué)教育發(fā)展新趨勢(shì)，也深深地影響了我國(guó)的科學(xué)教育。STEM教育不是簡(jiǎn)單的S+T+E+M的教育，而是圍繞需求或項(xiàng)目，運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的知識(shí)，綜合形成學(xué)生的STEM素養(yǎng)。在教學(xué)實(shí)踐中，我們可以在以下幾方面實(shí)現(xiàn)改造小學(xué)科學(xué)教學(xué)。

單學(xué)科到多學(xué)科的轉(zhuǎn)變

在教學(xué)《種油菜》一課時(shí)，統(tǒng)計(jì)飽滿油菜種子的顆粒數(shù)，滲透數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)中概率與常態(tài)分布的知識(shí);教學(xué)《今天刮什么風(fēng)》一課時(shí)，讓學(xué)生感受“風(fēng)”并續(xù)寫科學(xué)小詩(shī)，展示學(xué)生的語言描述和表達(dá)能力;教學(xué)《觀察小動(dòng)物》后，對(duì)蚊子在什么樣的環(huán)境中最活躍進(jìn)行研究，從而找出消滅蚊子的可行性方法;教學(xué)《土壤與生命》后，組織學(xué)生明確主題，搜集資料，設(shè)計(jì)、制作、修飾、發(fā)布電子小報(bào)，既抒發(fā)了對(duì)土壤媽媽的感激之情，又綜合運(yùn)用了多學(xué)科知識(shí)、方法、能力。

當(dāng)然，語文教師可以把春天變成“最美的課程”，帶領(lǐng)學(xué)生在種花、賞花、吟詩(shī)、寫詩(shī)的基礎(chǔ)上，廣泛閱讀關(guān)于花卉的系列科普?qǐng)D書，認(rèn)識(shí)花的成長(zhǎng)周期、果實(shí)的構(gòu)造和種子的特點(diǎn)，通過圖文結(jié)合的觀察筆記，深度體驗(yàn)生命的狀態(tài)和意義，由衷感嘆“科學(xué)真美”;數(shù)學(xué)教師可以帶領(lǐng)學(xué)生研究高空墜物，將力學(xué)與數(shù)學(xué)計(jì)算完美結(jié)合;美術(shù)教師可以將繪畫與幻想結(jié)合起來，指導(dǎo)學(xué)生制作葫蘆畫、衍紙等，體現(xiàn)美學(xué)與創(chuàng)造學(xué)的有機(jī)結(jié)合。學(xué)生撰寫的研究論文《圩角河中藻類的調(diào)查》《捕捉空氣中的微生物》《蚊子的故事》《銀杏樹為什么不結(jié)果》等，分別獲得省、市一等獎(jiǎng)。我們還與種植養(yǎng)殖、天文觀測(cè)、科學(xué)體驗(yàn)、創(chuàng)新大賽等活動(dòng)結(jié)合起來，讓學(xué)生在實(shí)踐中應(yīng)用知識(shí)，獲取更多的“活”知識(shí)，為他們將來的發(fā)展進(jìn)一步創(chuàng)造條件。這種從單學(xué)科到多學(xué)科的轉(zhuǎn)變和突破，是知識(shí)活化的一種基本途徑，很好地體現(xiàn)了STEM理念的運(yùn)用和發(fā)展。

多學(xué)科到跨學(xué)科的轉(zhuǎn)變

STEM教育的學(xué)習(xí)過程圍繞解決真實(shí)情境中問題產(chǎn)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，也只有在親身經(jīng)歷問題解決中“真刀真槍搞科學(xué)”，真正體驗(yàn)“希望、失望、成功、失敗、決策、優(yōu)化”，不斷修正、完善認(rèn)知、觀點(diǎn)，形成經(jīng)驗(yàn)積累和理念提升。

“建橋梁”是STEM中的經(jīng)典項(xiàng)目。由于自然環(huán)境各異，所處的地理位置各異，橋梁的設(shè)計(jì)包括施工工藝、施工材料、施工流程都會(huì)不同。比如“港珠澳大橋”在實(shí)現(xiàn)“橋體最重、隧道最長(zhǎng)、跨度最大、技術(shù)最復(fù)雜、工程規(guī)模最龐大”等記錄的同時(shí)，也把創(chuàng)造性地解決真實(shí)問題表現(xiàn)得淋漓盡致。這正是激勵(lì)學(xué)生不斷探索、勇于創(chuàng)新的魅力所在。而打撈“南海1號(hào)”宋代沉船也是一個(gè)很好的案例，因?yàn)樗o水下考古工作者提出了前所未有的巨大挑戰(zhàn)。采取什么樣的施工方法、施工工藝、施工流程，才能保護(hù)好有可能被損壞且價(jià)值無法估量的“南海1號(hào)”沉船呢？考古工作者、科技工作者圍繞多個(gè)方案開展可行性論證，通過跨部門協(xié)同創(chuàng)新，歷經(jīng)了上百次的模擬實(shí)驗(yàn)之后，最終采用了“整體打撈”沉船出水，給世人生動(dòng)地展示了海上絲綢之路的風(fēng)采，也對(duì)我國(guó)古代造船工藝、航海技術(shù)研究以及木質(zhì)文物長(zhǎng)久保存提供了最典型標(biāo)本。從多學(xué)科到跨學(xué)科是一個(gè)龐大科學(xué)體系組成的新興學(xué)科。很顯然，唯有圍繞解決真實(shí)情境問題發(fā)生的實(shí)戰(zhàn)化項(xiàng)目學(xué)習(xí)，才能使學(xué)生運(yùn)用多門學(xué)科知識(shí)，在學(xué)習(xí)中與周圍世界和現(xiàn)實(shí)生活發(fā)生聯(lián)系，進(jìn)而提升發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，增強(qiáng)創(chuàng)新精神。

跨學(xué)科到超學(xué)科的轉(zhuǎn)變

所謂超學(xué)科，就是不受學(xué)科限制，各學(xué)科知識(shí)、方法、能力、工具都可以貫通運(yùn)用。STEM教育強(qiáng)調(diào)主題下的大概念以及大概念下的跨學(xué)科技能，如文學(xué)素養(yǎng)、思維能力、研究能力、合作能力、決策能力等。因此，STEM教育可以幫助我們實(shí)現(xiàn)從跨學(xué)科到超學(xué)科的轉(zhuǎn)變和突破。

例如，“造紙橋”這類課的教學(xué)重點(diǎn)是制造一座紙橋，學(xué)生根本沒有機(jī)會(huì)體驗(yàn)限定條件下的優(yōu)化（迭代）設(shè)計(jì)過程。為了實(shí)現(xiàn)從跨學(xué)科到超學(xué)科的轉(zhuǎn)變和突破，筆者借鑒工程框架思路改造教材，設(shè)計(jì)了連續(xù)課時(shí)的超學(xué)科課程。我們把“造紙橋”的工程設(shè)計(jì)，融合了對(duì)不同形狀結(jié)構(gòu)是如何影響承載力的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，確定的需求就是設(shè)計(jì)“可跨越50cm寬的‘山谷、能承受至少1500g重量”的紙橋。各組學(xué)生經(jīng)過頭腦風(fēng)暴之后，再聚焦承重力，逐一探究拉索、拱形、圓筒、風(fēng)力、地形、地貌等結(jié)構(gòu)對(duì)承重的影響。通過測(cè)試不同拱度紙拱的承重能力，優(yōu)化（迭代）設(shè)計(jì)作品;之后，確定了承重、材料、外觀、創(chuàng)意等評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)各小組的作品。學(xué)生通過科學(xué)探究、工程設(shè)計(jì)，從建立科學(xué)理解到優(yōu)化設(shè)計(jì)，都充分體現(xiàn)了科學(xué)與工程的雙向聯(lián)系。同樣，在制作糕點(diǎn)的基礎(chǔ)上，深入了解其科學(xué)原理，幫助“特需人群”設(shè)計(jì)一款糕點(diǎn)（給蛋白質(zhì)過敏的患者食用），引導(dǎo)學(xué)生從小小科學(xué)家向小小工程師的轉(zhuǎn)變，使之成為一個(gè)有價(jià)值的STEM項(xiàng)目，一個(gè)超學(xué)科的項(xiàng)目學(xué)習(xí)案例。類似的還有，把“立體種（養(yǎng)）植”“智能化菜園”“舞臺(tái)泡泡秀”等這些故事情境轉(zhuǎn)化在STEM教育中，真正做到學(xué)習(xí)過程靈活開放、方案設(shè)計(jì)豐富多樣。在這樣的教學(xué)中，學(xué)習(xí)脈絡(luò)的枝蔓向外生長(zhǎng)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)更豐富、可能性更大。

因此，我們要用STEM理念改造小學(xué)科學(xué)教學(xué)，設(shè)計(jì)“跨學(xué)科”的問題、“超學(xué)科”的問題、“跨學(xué)科”的項(xiàng)目、“超學(xué)科”的項(xiàng)目，最大限度地實(shí)施了人的教育，培養(yǎng)和造就大批適應(yīng)新時(shí)代需要的有STEM素養(yǎng)的人才。

【本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2016年度重點(diǎn)資助課題《基于STEM理念的小學(xué)科學(xué)課程及“創(chuàng)想夢(mèng)工廠”系列課外實(shí)踐活動(dòng)開發(fā)與研究》（課題編號(hào)：B-a/2016/02/08）研究成果之一】

（作者單位：江蘇省海門市海南小學(xué)）