摘?要：在發(fā)展中國(guó)學(xué)生核心素養(yǎng)為背景下的學(xué)科教學(xué)，要求六大核心素養(yǎng)之間相互聯(lián)系、互相補(bǔ)充、相互促進(jìn)，在不同情境中整體發(fā)揮作用，這就需要在學(xué)科教學(xué)中有更強(qiáng)的融合性。就科學(xué)學(xué)科而言，本來(lái)就是一門綜合學(xué)科，在學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)過(guò)程中，更應(yīng)該注重與其他學(xué)科之間的大融合，特別是與技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)之間融合來(lái)解決實(shí)際的問(wèn)題，切實(shí)提高學(xué)生的科學(xué)精神和實(shí)踐創(chuàng)新能力。美國(guó)教育中的STEM教學(xué)對(duì)當(dāng)下中國(guó)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有著一定的借鑒意義，特別是對(duì)科學(xué)的教學(xué)指導(dǎo)意義更為有效，但是在使用STEM教學(xué)的過(guò)程中，實(shí)際存在著很多的問(wèn)題，筆者從拓展課程設(shè)計(jì)的角度，以利用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題為切入點(diǎn)，采用建模的方式，結(jié)合學(xué)生所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)、技術(shù)和工程素養(yǎng)來(lái)進(jìn)行單元綜合學(xué)習(xí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和實(shí)踐創(chuàng)新能力有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：STEM;核心素養(yǎng);拓展課程

2016年9月，中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果發(fā)布，中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會(huì)參與三個(gè)方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新等六大素養(yǎng)，具體細(xì)化為國(guó)家認(rèn)同等18個(gè)基本要點(diǎn)。以培養(yǎng)學(xué)生素養(yǎng)為要點(diǎn)的教育，會(huì)更加重視學(xué)科的融合性，大綜合趨勢(shì)會(huì)更加明顯。

美國(guó)的STEM就是一門大綜合融合課程，是由科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門課程融合而成，其重點(diǎn)是加強(qiáng)對(duì)學(xué)生四個(gè)方面的教育：一是科學(xué)素養(yǎng)，即運(yùn)用科學(xué)知識(shí)（如物理、化學(xué)、生物科學(xué)和地球空間科學(xué)）理解自然界并參與影響自然界的過(guò)程;二是技術(shù)素養(yǎng)，也就是使用、管理、理解和評(píng)價(jià)技術(shù)的能力;三是工程素養(yǎng)，即對(duì)技術(shù)工程設(shè)計(jì)與開發(fā)過(guò)程的理解;四是數(shù)學(xué)素養(yǎng)，也就是學(xué)生發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、解釋和解決多種情境下的數(shù)學(xué)問(wèn)題的能力。

STEM教育能對(duì)跨領(lǐng)域跨學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行整合，體現(xiàn)了學(xué)科之間大綜合的教育觀念，與當(dāng)下中國(guó)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)思路不謀而合。目前在科學(xué)學(xué)科的教學(xué)過(guò)程中，已經(jīng)有很多的教師在自己的課程中引入STEM教學(xué)的理念，并開始探究適合中國(guó)學(xué)生的STEM教學(xué)形式。

一、 STEM理念下科學(xué)教學(xué)的問(wèn)題分析

（一）教師層面：課堂設(shè)計(jì)為了追求STEM的完整性，忽略了教育規(guī)律

當(dāng)下部分教師對(duì)STEM教育的理解就是在解決實(shí)際問(wèn)題的時(shí)候一定要用到數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、工程四個(gè)方面的知識(shí)，為了課堂上能夠湊齊四個(gè)要素，往往生搬硬套，沒(méi)有從學(xué)生認(rèn)知規(guī)律出發(fā)設(shè)計(jì)教學(xué)，導(dǎo)致課堂結(jié)構(gòu)松散，學(xué)生只是走馬觀花地體驗(yàn)了四門獨(dú)立的學(xué)科，但是為什么要這么做往往是稀里糊涂，一頭霧水。

（二）學(xué)生個(gè)人層面：以模仿教師的操作為主，缺少必要的學(xué)科思維養(yǎng)成過(guò)程

STEM課程對(duì)學(xué)生綜合能力的要求比較高，而學(xué)生欠缺的恰恰是綜合能力，特別是沒(méi)有經(jīng)過(guò)體系學(xué)習(xí)的中國(guó)學(xué)生，在新授課的過(guò)程中，既要掌握新知識(shí)，又要與其他學(xué)生進(jìn)行融合，還要應(yīng)用知識(shí)，最后的結(jié)果往往只能是模仿教師，進(jìn)行重復(fù)性的操作和識(shí)記，而沒(méi)有真正了解操作背后的隱含的學(xué)科原理、知識(shí)背景，只知其然而不知所以然。

（三）學(xué)生團(tuán)隊(duì)層面：合作能力、合作方式有待改進(jìn)

當(dāng)前的科學(xué)教學(xué)，有探究必定有小組，殊不知，學(xué)生一直缺乏科學(xué)的、有計(jì)劃的小組合作學(xué)習(xí)的培養(yǎng)，學(xué)生沒(méi)有足夠的小組合作能力，也沒(méi)有比較合適的小組合作方式。我們仔細(xì)去觀察學(xué)生學(xué)習(xí)小組的討論，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，合作過(guò)多次的小組，往往存在一個(gè)或者兩個(gè)的核心人數(shù)，其他同學(xué)往往是聽從核心人物的要求去完成一些任務(wù)，但是為什么需要這么做，好多學(xué)生根本就不清楚;臨時(shí)組建的小組，有時(shí)候連基本的相互交流也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，如何能進(jìn)行有效地合作？

綜合以上三點(diǎn)，結(jié)合目前教材的課程設(shè)置，如果能夠以小組合作的形式，在單元學(xué)習(xí)之后，以拓展課的形式進(jìn)行單元整合課程的設(shè)置，既有利于教師在更多的資源下能進(jìn)行有效地融合課程設(shè)計(jì)，也有利于學(xué)生在形成一定學(xué)科素養(yǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步了解科學(xué)原理和內(nèi)涵，更能夠使學(xué)生在平時(shí)合作學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更深入地合作。

二、 STEM理念下的科學(xué)拓展課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想

（一）真實(shí)情境化設(shè)計(jì)原則

情境學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)源于現(xiàn)實(shí)情境，情境學(xué)習(xí)理論將學(xué)習(xí)者視為情境的組成要素，因此教師不止要?jiǎng)?chuàng)設(shè)較為真實(shí)的情境，特別是學(xué)生曾經(jīng)經(jīng)歷過(guò)或者聽說(shuō)過(guò)的情境，更應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生成為真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)者，利用已有的學(xué)科知識(shí)來(lái)分析問(wèn)題、探索問(wèn)題、解決問(wèn)題。當(dāng)學(xué)生以情境創(chuàng)設(shè)者的身份參與學(xué)習(xí)的過(guò)程并最終解決問(wèn)題，將獲得成就感，學(xué)習(xí)的興趣將會(huì)獲得持久的提升。

（二）注重有效學(xué)習(xí)支架設(shè)計(jì)的原則

為促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的真正理解以及思維的發(fā)展，教師、同伴或者其他人提供的一切支持和幫助，我們都成為學(xué)習(xí)支架。問(wèn)題是學(xué)習(xí)過(guò)程中最常見的支架，有經(jīng)驗(yàn)的教師會(huì)在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中自然地、應(yīng)機(jī)地提供問(wèn)題支架。教師可以針對(duì)學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題可能會(huì)遇到的問(wèn)題，設(shè)置有效的轉(zhuǎn)換支架，搭建合理的思維橋梁，幫助學(xué)生轉(zhuǎn)換所獲得的信息，促進(jìn)知識(shí)的內(nèi)化和科學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的形成。

（三）注重課程融合性的原則

STEM教育不是四門學(xué)科的純粹相加，或者按照一定的秩序排放，而是通過(guò)實(shí)際的情境，在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，將四門學(xué)科有機(jī)地融合在一起，不僅要運(yùn)用四門學(xué)科涉及知識(shí)、技能和理念，還要通過(guò)實(shí)踐操作，鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，切實(shí)“改變高分低能”的現(xiàn)狀。

三、 教學(xué)實(shí)踐——以“曹沖稱象——浮力秤的制作”拓展課程為例進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐

浮力是初中科學(xué)繼《密度》《壓強(qiáng)》后學(xué)習(xí)的第三個(gè)帶計(jì)算的物理知識(shí)，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)難度較大，下面以“曹沖稱象——浮力秤的制作”拓展課程為例，建立STEM理念下拓展課程教學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)思路如下：

本節(jié)拓展課安排在浮力學(xué)習(xí)結(jié)束之后，以浮力秤的制作和使用作為課程的核心，但是教學(xué)設(shè)計(jì)并不是直接告訴學(xué)生我們今天要制作一個(gè)浮力秤，而是通過(guò)曹沖稱象的故事引入，具體教學(xué)過(guò)程如下：

課前小組任務(wù)分工：四人小組搭配和小組分工：1號(hào)同學(xué)負(fù)責(zé)管理器材和匯總討論結(jié)果，2號(hào)同學(xué)作為實(shí)驗(yàn)操作員（主要是浮力秤制作），3號(hào)作為副操作員（協(xié)助主操作員），4號(hào)同學(xué)作專門負(fù)責(zé)畫刻度線和記錄數(shù)據(jù)，完成得好的組，主操作員可以去其他組幫忙，給予小組加分。

任務(wù)一、根據(jù)故事情節(jié)，再現(xiàn)曹沖稱象的過(guò)程

任務(wù)推進(jìn)過(guò)程：

師：大家聽過(guò)曹沖稱象的故事嗎？誰(shuí)來(lái)給大家講一下？

生：一位學(xué)生講述曹沖稱象的故事，其他學(xué)生補(bǔ)充。

師：你能不能學(xué)著曹沖的樣子，利用大家桌子上的船模型和大象模型，找出和大象質(zhì)量一樣的沙子？

學(xué)生小組動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，教師到各個(gè)小組指導(dǎo)，尤其是指導(dǎo)如何讓船不傾斜漂浮，以及在船上貼標(biāo)簽紙方便畫線。

任務(wù)一競(jìng)賽環(huán)節(jié)：各組稱下自己小組的沙子質(zhì)量，教師公布大象模型的質(zhì)量，比一比哪個(gè)小組操作的水平最高。

小組討論：如何操作可以得到更接近大象質(zhì)量的沙子？

任務(wù)二、利用模型船來(lái)做浮力秤

師：恭喜大家都稱量出來(lái)的大象的質(zhì)量，如果曹操又得到了一頭長(zhǎng)頸鹿，大家會(huì)測(cè)量嗎？

生：用同樣的辦法測(cè)量。

師：如果是犀牛、獅子的質(zhì)量呢？

生：也可以一樣測(cè)量。

師：但是每測(cè)一種動(dòng)物，都要把石塊搬上搬下，太辛苦了，大家能不能改進(jìn)一下？

生：每加10千克石頭畫一條線，到時(shí)候根據(jù)畫線的刻度來(lái)估計(jì)動(dòng)物的質(zhì)量就可以了。

學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)：請(qǐng)大家利用鉤碼和船的模型，給船畫上刻度線，要求兩條刻度線之間的刻度差為1N，小組分工與剛才一樣。

任務(wù)二的實(shí)質(zhì)就是制作浮力秤，在制作的過(guò)程中，學(xué)生自然的將科學(xué)原理、數(shù)學(xué)計(jì)算、工程和技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起了，同時(shí)學(xué)生之間分工合作，團(tuán)結(jié)協(xié)作。

師：剛才我們?cè)诖袭嬌狭丝潭?，你感覺這個(gè)實(shí)際上是一個(gè)什么東西？

生：好像就是一個(gè)浮力秤。

師：這個(gè)浮力秤的刻度好像和我們上課講的不一樣，刻度不均勻，大家知道為什么嗎？

生：因?yàn)檫@個(gè)船底部不是柱體，越往上截面積越大，所以刻度之間越來(lái)越小。

任務(wù)三、練習(xí)使用浮力秤

師：下面我們請(qǐng)大家用這個(gè)浮力秤來(lái)稱下其他動(dòng)物的質(zhì)量（其他動(dòng)物在大家桌子上）。

學(xué)生開始利用浮力稱進(jìn)行稱量，并記錄數(shù)據(jù)，教師給出其他動(dòng)物模型的重力，并由小組討論稱量偏差產(chǎn)生的原因。最后，根據(jù)偏差的大小進(jìn)行小組的評(píng)比并布置課后作業(yè)——制作精確度更高的浮力秤。

綜上整個(gè)過(guò)程，我們從曹沖稱象的情境出發(fā)，通過(guò)再現(xiàn)稱象的過(guò)程，自然地過(guò)渡到稱量其他動(dòng)物，整個(gè)過(guò)程都沒(méi)有說(shuō)要做一個(gè)浮力秤，但是卻做出了浮力秤的原型，說(shuō)明了很多發(fā)現(xiàn)都源自生活。同時(shí)，在同學(xué)們制作的過(guò)程中，有效的融合了數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)和科學(xué)相關(guān)的知識(shí)，學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到提升，并在課后的作業(yè)——制作刻度均勻的浮力秤中得到更為全面的鍛煉。

四、 實(shí)踐反思——基于STEM理念下科學(xué)拓展課程設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

（一）學(xué)生的小組合作能力需要持續(xù)的培養(yǎng)

要在學(xué)習(xí)過(guò)程中建立長(zhǎng)效的學(xué)習(xí)小組，平時(shí)要進(jìn)行小組合作的相關(guān)培訓(xùn)，要讓每一位孩子知道在小組中自己該做什么，該怎么做;要建立小組評(píng)價(jià)機(jī)制和學(xué)生個(gè)人評(píng)價(jià)體系，以此促進(jìn)學(xué)生主觀能動(dòng)性的提高;要充分發(fā)揮小組核心人物的優(yōu)勢(shì)，促成生生互學(xué)氛圍的營(yíng)造，讓學(xué)生之間相互學(xué)、幫助學(xué)成為小組合作的常態(tài);只有這樣，才能建立真正意義上的學(xué)習(xí)小組。STEM課程應(yīng)該是建立在成熟學(xué)習(xí)小組的基礎(chǔ)上的。

（二）學(xué)科地整合要聚焦工程

教師要有效利用實(shí)際的情境，引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)探究、數(shù)學(xué)計(jì)算、技術(shù)知識(shí)與技能的應(yīng)用來(lái)完成工程項(xiàng)目，而不是簡(jiǎn)單地涵蓋了四門學(xué)科的內(nèi)容就算完成任務(wù)了，應(yīng)該是四門學(xué)科彼此交織，缺一不可。比如在浮力秤的制作過(guò)程中，缺少了數(shù)學(xué)計(jì)算就難以在刻度線上標(biāo)數(shù)值，缺少了科學(xué)原理也就不能理解為什么小石子的重力等于大象的重力，沒(méi)有一定的技術(shù)，也不能保證船水平漂浮，最終將船改裝成浮力秤其實(shí)就是一個(gè)工程。把學(xué)習(xí)作為一個(gè)實(shí)際的工程項(xiàng)目來(lái)完成，比較符合STEM教學(xué)的理念。

（三）課堂的模式要開放

STEM課程具有開放性，而拓展課程的設(shè)計(jì)以學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為目標(biāo)，擺脫了教材的諸多限制，具有更強(qiáng)的開放性，因此需要設(shè)計(jì)更為開放的課堂模式來(lái)適應(yīng)拓展課程的要求。開放的課堂需要學(xué)生有更強(qiáng)的自主性，教師要設(shè)置更為合理的實(shí)際情境來(lái)增強(qiáng)學(xué)生參與的積極性，開放的課堂需要學(xué)生有更多的自由學(xué)習(xí)時(shí)間，教師就應(yīng)該減少講課的時(shí)間，把時(shí)間留給孩子們自主學(xué)習(xí)和相互交流，教師要選擇適合于討論交流的實(shí)際情境，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是選擇學(xué)生熟悉的、有一定生活基礎(chǔ)的情境來(lái)組織教學(xué)。

五、 結(jié)語(yǔ)

以核心素養(yǎng)為培養(yǎng)背景的科學(xué)教學(xué)，必須從傳統(tǒng)的以知識(shí)為主要目標(biāo)的教學(xué)，轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾斡行囵B(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，需要對(duì)課程進(jìn)行整合。教師要從實(shí)際問(wèn)題的情境出發(fā)設(shè)計(jì)科學(xué)拓展課程，在課程設(shè)置中要注意聚焦工程，整合科學(xué)探究、數(shù)學(xué)思維、技術(shù)知識(shí)與技能的應(yīng)用技巧。教師要在課堂上要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，在長(zhǎng)期的小組合作探究中，在解決問(wèn)題的情境中，進(jìn)一步促成學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：張華剛，浙江省杭州市，浙江省杭州市余杭區(qū)徑山鎮(zhèn)中學(xué)。