陳俊強 詹志娟 孫娜
對比20年前傳統(tǒng)的科學課堂和如今STEM理念下的科學課堂,我們不難發(fā)現(xiàn),STEM極大地影響了科學課的實施過程。其主要體現(xiàn)在:現(xiàn)在的教師更像伙伴,成為不了伙伴就當不好教師;探究過程由教師對問題的強勢主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)閷栴}的盡可能開放、發(fā)散;更加注重對學生前概念進行探查;現(xiàn)在很多問題是沒有標準答案的,而以前的很多問題是只有唯一答案的;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信工具的使用也無不深刻改變著課堂教學的實踐過程。
創(chuàng)新是STEM的核心,解決生活實際問題是STEM發(fā)展的動力。STEM之所以具有跨學科的特點,源于它必須通過基于創(chuàng)新的學科整合的方式來解決生活問題。這種思維模式對于小學科學教學產(chǎn)生了很大的影響,主要體現(xiàn)在現(xiàn)在的科學課更加開放、學生基于科學概念的學習更加自主、學生自主建構(gòu)知識的能力及與他人合作的能力得到增強、學生創(chuàng)造性思維的產(chǎn)生受到鼓舞。
思維能動性決定了STEM能否順利推進
STEM教育不僅是一種教育模式,也是一種教育思想,它所帶來的影響將是深刻的。隨著電子書包、智慧校園項目的推進,依據(jù)現(xiàn)實問題進行探究成為一種可能。當教室內(nèi)的知識與教室外的生活建立起聯(lián)系的時候,學生對于科學探究更有興趣,也更有方向,思維能力得到增強。
科學教師上好STEM課的關(guān)鍵在于能不能把握好“學生思維能動性”。對于越低年級的學生而言,我們所選擇的探究點位要更為準確,難易要適度。簡而言之,就是要讓學生能真正“探究”起來。
廈門市思明區(qū)第二實驗小學李巧婷老師在參加2018年全國創(chuàng)新課堂研討會時,談到執(zhí)教STEM課“制作小船”時,有如下的困惑。
教材如何使用?“制作小船”一課不僅包含著許多科學概念,還跨越了多個學科領(lǐng)域,就連對學習對象的界定也是1至3年級學生。選擇哪個切入點進行教學,如何使用教材,是擺在教師面前的難題。
教學過程如何組織?組織教學也是一大挑戰(zhàn),年輕教師感到有點茫然。她試教時沒對材料進行限定就讓學生動手制作一艘小船,想通過比賽,看看誰做的小船美觀度好、承載量多。學生們用KT板、竹筷、塑料瓶、易拉罐或硬卡紙等材料來制作,小船的樣式雖然多,但是因為材料五花八門導(dǎo)致沒有可比性,課堂顯得凌亂,不知道怎么繼續(xù)下去。
經(jīng)過調(diào)整之后,李老師這樣設(shè)計教學流程:第一步,布置任務(wù)。小組合作用A4紙制作一艘小船,看哪個組的小船能承載更多的硬幣。第二步,制作小船。學生可以用電子書包查閱資料,學習各種折紙船的方法,也可以根據(jù)自己本來就知道的折法來折。基于網(wǎng)絡(luò)資源、生活經(jīng)驗和小組協(xié)作,各組很快就折好了自己的小船,且樣式各異。第三步,進行比賽。把船放到水里,然后加硬幣,看誰的船能放更多的硬幣。在比賽過程中,大家可以對自己小組的船進行改造。各個研究小組很快發(fā)現(xiàn)了新的問題,并形成了解決問題的方案:為了防止紙船進水,幾乎各組都用透明膠對船體進行“塑封”;小船的形狀也是有講究的,如果底部不穩(wěn)的話很容易翻船,更別提裝硬幣了……第四步,匯報交流。什么樣的船才能在水中承載更多的硬幣呢?同樣用A4紙制作的小船,有的只能承載十幾枚硬幣,有的卻能承載一百多枚硬幣。差距這么大,問題出現(xiàn)在哪呢?原來影響小船承載量的因素跟小船的形狀、小船的底面積、硬幣如何堆放等因素都有關(guān)系。
四個環(huán)節(jié)構(gòu)成了一堂頗為精彩的STEM專題活動課。讓學生得到了以下幾個方面的鍛煉:自主上網(wǎng)查閱資料;自己動手折紙船;小組討論改進紙船,形成方案,參加比賽;獲得重要的實踐體驗。
通過這個活動我們發(fā)現(xiàn),STEM課堂具有其獨特的魅力。從科學的角度看,所做的船都能浮在水面上是基于對浮沉的認知,浮或沉是科學課的一個核心概念,對核心概念的體驗是融入活動中的。從數(shù)學的角度看,同一張A4紙怎樣才能求得制成船之后的最大底面積呢?這是不是一個求極限的數(shù)學問題呢?繼續(xù)深入研究將不得不采用數(shù)學計算的方法。從藝術(shù)的角度看,做出來的船漂亮不漂亮,是不是和藝術(shù)有關(guān)系?因此在STEM中加“A”,是不是很有必要?從工程和技術(shù)的角度看,誰的造船技術(shù)好,誰更懂折紙,誰的船更牢固,這直接與技術(shù)和工程水平有關(guān)系。
學生在課堂中所呈現(xiàn)出來的熱情感染了現(xiàn)場所有的老師,他們都自然而然地加入學生的“比賽”當中。STEM教育魅力非凡,其關(guān)鍵在于學生的思維能動性一定要真正被調(diào)動起來。
STEM課堂可用大數(shù)據(jù)觀察法進行評價
我們?nèi)绾螌TEM課堂進行評價,將決定STEM教育的發(fā)展方向。借助大數(shù)據(jù)觀察的評課方法,我們可以對STEM課堂進行量化分析,通過分析教師上課的教學行為,從而得到改進STEM教學的建議。
以蘇教版小學科學五年級下冊第二單元第2課“搭支架”為例,這是一節(jié)福建省教學研究基地學校的研討課,是一個典型的STEM課例。我們借助“S-T圖”“有效性提問”“四何問題”分析方法,采集師生互動的頻率、有效性、問題方式、問題類型等方面的量化數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)的直觀呈現(xiàn)形成我們對STEM教育的認識,并對存在的問題進行改進。
(1)STEM課程“搭支架”的教學要求:指導(dǎo)學生通過自己動手實驗與研究,發(fā)現(xiàn)支架的結(jié)構(gòu)不同,其承重能力也不同;知道三角形結(jié)構(gòu)最不易變形;通過搭建穩(wěn)固的支架,培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)造性思維;培養(yǎng)學生的探究精神和團隊合作的能力。
(2)簡述“搭支架”的教學流程。本課與常規(guī)課堂不同的是:探究實踐操作的比重大;需應(yīng)用綜合的學科知識,提高學習效率;貼近生活,體現(xiàn)工程與技術(shù)思想。
(3)“搭支架”課的大數(shù)據(jù)分析。利用“S-T分析方法”[1]進行分析。S-T分析方法適用于對教學過程中師生活動進行分析,包括定量處理和定性評價。這種方法對教師(T)行為和學生(S)行為進行兩個維度的編碼分析,減少了模糊性,提高了客觀性和可靠性。再通過師生行為占有率直觀確定課堂的類型?!按钪Ъ堋币徽n的S-T曲線圖有多處轉(zhuǎn)折,說明了師生互動的頻繁,其中兩段較長的豎直線,說明學生行為占據(jù)主體地位,教師給學生安排充裕的自主學習活動時間,體現(xiàn)以學生為主體的課堂教學。
利用“有效性提問”進行分析。記號體系有效性提問分析法[2]是對課堂中教師提出的問題和采用的提問策略進行記錄與分析的一種聚焦式課堂觀察方法。從教師提問的問題類型、挑選學生回答的問題方式和學生回答問題的類型等方面進行課堂觀察。
圖1 教師提問問題類型
如圖1所示,教師的推理性提問和創(chuàng)造性提問所占的比例比較高,體現(xiàn)了重視培養(yǎng)學生推理性思維和開放性思維的教學目標。但數(shù)據(jù)中顯示批判性問題為零,這點沒有達到STEM教育對提高學生批判性思維的要求,需要執(zhí)教教師在今后的教學中加以改善。圖2的數(shù)據(jù)體現(xiàn)教師讓“未舉手的學生”回答問題較多,說明教師善于鼓勵學生參與到課堂互動中來,STEM課堂激勵學生方面優(yōu)勢明顯。
利用“四何問題”進行分析。記號體系四何問題分析法[3]是對課堂中教師所提問題按照“是何”“為何”“如何”和“若何”四種類型來劃分并作觀察記錄,然后進行分析的一種聚焦式課堂觀察方法。通過“四何問題”的分析可以反映出老師在師生互動中的知識結(jié)構(gòu)設(shè)計及問題組織。
圖3顯示了本課中“四何問題”所占比例?!笆呛巍眴栴}比例低于常模,“為何”問題的比率遠高于常模,這是符合STEM教育理念的,但缺少“若何”問題,說明課堂缺少知識遷移,其原因是多方面的,如教師經(jīng)驗問題、課堂時間不足等情況,這些方面都還有改進和提升的空間。
數(shù)據(jù)分析能幫助我們一目了然地了解STEM公開課的優(yōu)點和不足?;诖髷?shù)據(jù)分析,方便我們對課程提出改進建議。這樣的評價方式變“定性評價”為“定量評價”,變“經(jīng)驗評析”為“數(shù)據(jù)評析”,適合用來進行STEM教育評價研究。
實踐研究結(jié)論
STEM視域下的小學科學實證研究,為我們提供了一個研究STEM和小學科學教學的平臺。通過研究,我們可以得出如下結(jié)論。
第一,在小學科學教學過程中,對STEM教育進行研究是可行的,也是有一定基礎(chǔ)的。作為小學科學教師,要重視STEM教育的研究,用科學教育的正確理論指導(dǎo)STEM教育,同時汲取STEM教育中的先進理念,服務(wù)于科學教育的發(fā)展。
第二,在STEM教育背景下,教師重視科學課堂教學的創(chuàng)新,敢于引導(dǎo)學生,自主建構(gòu)科學概念,凸顯學生的思維能動作用。
第三,STEM教育的成功與否,不僅在于各個學科能否有機整合,更在于學科整合的過程中,學生思維能動性的提升。
第四,在STEM中是否加“A”,答案是肯定的?;谏顚嶋H的創(chuàng)造,總是會和藝術(shù)發(fā)生聯(lián)系。因此,STEM教育也可以稱為STEAM教育,更強化了教育多學科融合的特點。
第五,STEM教育要符合學生的認知特點。目前成人以及較高年級的STEM課程發(fā)展較為成熟,而對于低年級和較小年齡段的STEM課程則更需要科學教育工作者加以關(guān)注。
第六,STEM教育的創(chuàng)新是基于正確的科學認知理論的,不能為了融合而融合,其把握方法和評價標準也是需要我們下大力氣去研究的。本文所提及的大數(shù)據(jù)分析法,具有數(shù)據(jù)分析的直觀性和準確性的優(yōu)點,但數(shù)據(jù)分析法常常要和經(jīng)驗分析法結(jié)合進行,即定量分析與定性分析相結(jié)合,才能使評價各要素更趨完整。
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