郭 姣 張雅嫻

(呼倫貝爾學院 內(nèi)蒙古 海拉爾 021008)

2017版《義務教育小學科學課程標準》中明確指出：小學科學課程是一門綜合性課程，強調(diào)科學課程與數(shù)學、語文等課程相互滲透，促進學生的全面發(fā)展；突出學習環(huán)境的創(chuàng)建，為學生提供更多自主選擇的學習空間和充分的探究式學習機會，強調(diào)做中學、學中思[1]。而STEM教育強調(diào)打破學科界限，融合相關(guān)的跨學科知識，以問題解決的形式，將其運用到真實的情境中，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力，促進高階思維的發(fā)展。鑒于此，本研究欲將STEM教育融于我國小學科學課程中，以期改善小學科學課程現(xiàn)狀，提升學生科學素養(yǎng)。

一、選題的確定

目前傳統(tǒng)的小學《科學》教學模式并不能滿足學生創(chuàng)造力與科學素養(yǎng)培養(yǎng)的訴求，并且在課程設(shè)置上缺少跨學科融的理念，教方法不夠多樣，教學過程過于結(jié)構(gòu)化，導致無法達到小學《科學》課程教學目標。而STEM教育則提供一種跨學科融合的理念，有助于提升學生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力與創(chuàng)新應用能力[2]。

在設(shè)計案例時，最關(guān)鍵、最基礎(chǔ)的一步是選題。在選題的過程中，既要體現(xiàn)民族特色，更要符合小學科學課程的教學規(guī)律，使教學設(shè)計發(fā)揮最大功效。因此本研究將STEM教育融入小學科學課程，并且結(jié)合地區(qū)特色，圍繞“牛奶大變身”來進行設(shè)計。

(一)選題依據(jù)

STEM教育是科學、技術(shù)、工程、數(shù)學的英文首字母縮寫，是集科學、技術(shù)、工程、數(shù)學于一體的綜合教育。從內(nèi)在含義上來看，STEM 教育強調(diào)科學、技術(shù)、工程和數(shù)學課程以跨學科的課堂形式整體呈現(xiàn)，并用于解決現(xiàn)實中存在的實際問題[3]。

由教育部印發(fā)《義務教育小學科學課程標準》中明確指出倡導開展跨學科學習方式，并鼓勵科學教師將STEM運用于自己的教學實踐。小學科學作為一門以探究、實踐為主的課程，以培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)為核心，以發(fā)展學生的創(chuàng)造力、問題解決能力與設(shè)計思維為目標。將STEM教育融入小學科學課程，不僅能夠增強學生對科學課的學習興趣，提高元認知技能、批判思維和創(chuàng)造思維[4]，而且有利于創(chuàng)新型科技人才培養(yǎng)。

本研究通過將 STEM 教育理念融入小學科學案例設(shè)計，著重培養(yǎng)小學生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)有獨立意識去發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的習慣，從而逐漸培養(yǎng)小學生的科學素養(yǎng)，為我國當前小學科學課程設(shè)計提供借鑒和指導。

(二)選題特色

本研究在設(shè)計小學科學課程案例的時候不僅要結(jié)合STEM教學模式，還與地區(qū)特色相結(jié)合。豐富的自然資源和文化資源，為開展STEM教育提供了豐富的課程資源。

蒙古族奶制品制作工藝集中反映了蒙古族在生產(chǎn)生活方式、風俗習慣等方面的情形，展現(xiàn)了蒙古族人民熱愛草原，以及對美好生活的追求。通過在生活中體驗、觀察牛奶如何變身為不同奶制品的過程，讓學生感受民族食品加工工藝的特殊性，體會其中所蘊含的人與自然和諧相處的生態(tài)智慧。

本研究以“牛奶大變身”為主線，既可以追溯牛奶的來源即奶牛，將胎生和卵生動物的區(qū)別、動物后代與親代的異同、滅絕生物與當今生物的異同融入教學，又可以通過學生親自動手將牛奶制作為酸奶、奶皮子、奶豆腐的過程融入教學，將微生物與生活的關(guān)系、物質(zhì)狀態(tài)的改變、物體的三態(tài)納入到項目研究中。

(三)選題開展

STEM教育模式不僅強調(diào)把科學、技術(shù)、工程和數(shù)學知識進行融合，還特別強調(diào)將原本分散的各種學科通過重組成為一個全新的整體，可以幫助學習者擺脫只有一種學科知識系統(tǒng)的拘束，激勵學習者運用跨學科來處理真實情境中的問題。本研究將STEM教育模式與教學過程進行如下結(jié)合：

1.采用項目式教學

STEM教育強調(diào)采用實驗探究和工程設(shè)計為主的項目式教學模式。案例以真實的項目為驅(qū)動，需要學生借助多種可用資源來開展探究活動，在學習過程中進行跨領(lǐng)域的知識整合和思維整合，從而解決一系列問題鏈。在完成所有項目制作的過程中，培養(yǎng)了學生的語言表達、溝通協(xié)作、自主思考、科學實驗、寫作和繪畫等能力。

2.強調(diào)情境性

STEM課程是基于建構(gòu)主義理論的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，強調(diào)學習的主動建構(gòu)、情境性和與社會生活的互動聯(lián)系[5]。案例以學生熟知的“舌尖上的中國”節(jié)目中黃豆的不同奇妙的變身來引出蒙古族特色食物——牛奶的變身，以激發(fā)學生的學習興趣，可以讓學生主動積極的參與其中。

3.強調(diào)小組協(xié)作

STEM教育強調(diào)群體互幫互助、相互啟發(fā)，所以在案例設(shè)計中，讓學生以小組為單位進行探究，小組之間可以協(xié)作制作，在遇到困難的時候可以相互提出自己的觀點，可以利用頭腦風暴來解決問題，而且培養(yǎng)了學生的團結(jié)協(xié)作能力，懂得團隊的重要性。

4.強調(diào)跨領(lǐng)域融合

案例通過牛奶的變身不僅將科學、工程、技術(shù)和數(shù)學四個領(lǐng)域進行融合，而且將小學科學課程中物質(zhì)領(lǐng)域與生物領(lǐng)域中多個知識點進行融合，確保學生在真實、復雜的情境中探究解決問題。

5.注重產(chǎn)品的設(shè)計性

案例中通過觀察、記錄、嘗試制作的過程逐步引導學生制作不同奶制品，在此過程中讓學生體驗產(chǎn)品的設(shè)計過程。通過分解的任務、解決問題的支架，逐漸幫助學生提高設(shè)計、制作產(chǎn)品的能力。

二、前期分析

(一)總體教學目標

結(jié)合《小學科學課程標準》中對科學課程總目標的描述，以及在設(shè)計STEM教學案例時對目標中科學知識和地區(qū)特色的融合，本教學設(shè)計方案的目標以知識目標、探究目標、態(tài)度目標為引領(lǐng)展開設(shè)計。各個維度的目標具體如下：

1.知識目標

知識目標主要呈現(xiàn)本STEM教學案例中融入了小學科學課程標準中1-2年級所對應的教學內(nèi)容，如表1所示。

表1 知識目標

2.探究目標

根據(jù)課程標準對科學探究目標的描述，針對5-6年級的學生在這一學段應該達到的水平，將核心目標放在“學生自主完成探究任務”。整個探究過程體現(xiàn)在教學活動的各個環(huán)節(jié)。在本案例中各個探究環(huán)節(jié)學生應能達到的標準如表2所示。

表2 探究目標

3.態(tài)度目標

這里的態(tài)度目標既包括科學態(tài)度，也包括傳承和弘揚民族文化的目標。在本案例中體現(xiàn)在下面兩個方面。(見表3)

表3 態(tài)度目標

(二)學習者特征分析

本研究針對的學習者為小學1-2年級的學生，由于學生年齡小,無意注意占優(yōu)勢,注意力不穩(wěn)定,容易分心,不善于調(diào)節(jié)和控制自己的注意力，因此教師需要鼓勵和引導學生進行學習，用豐富多彩的教學內(nèi)容和生動靈活的教學方法來調(diào)動學生思維的積極性和對知識的求知欲。

(三)教學內(nèi)容分析

小學科學課程內(nèi)容包含物質(zhì)科學領(lǐng)域、生命科學領(lǐng)域、地球與宇宙科學領(lǐng)域、技術(shù)與工程領(lǐng)域這四個領(lǐng)域。本研究將小學科學課程單元結(jié)構(gòu)進行重構(gòu)，內(nèi)容主要選自生命科學領(lǐng)域中生命的延續(xù)、生物與環(huán)境的關(guān)系以及物質(zhì)科學領(lǐng)域中的物質(zhì)的狀態(tài)。以蒙古族特色食物——牛奶的變身將這些內(nèi)容進行跨領(lǐng)域融合，在學生熟悉且真實的情境中培養(yǎng)和提高科學素養(yǎng)。

三、教學過程設(shè)計

教學過程的設(shè)計充分依據(jù)了建構(gòu)主義學習理論、“做中學”理論、探究性學習、基于項目式的教學模式等。根據(jù)教學目標、教學內(nèi)容、學習者的基本特征，將本節(jié)課的教學活動設(shè)計如圖1。

圖1 教學活動流程

(一)創(chuàng)設(shè)情境

呼倫貝爾作為中國三大黃金奶源之一，盛產(chǎn)純天然牛奶。牛奶除了可以制作蒙古族日常的奶茶外，還可以變身為具有蒙古族特色的奶酪、奶皮子、奶豆腐、奶渣子、酸奶等等奶制品。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)主要目的是創(chuàng)設(shè)真實的生活情境，激發(fā)學生的學習興趣。建構(gòu)主義教學觀強調(diào)學習的主動性、社會性和情境性，不能無視學習者的已有知識經(jīng)驗，其中持文化歷史觀的建構(gòu)主義學者維果斯基特別強調(diào)，在人的發(fā)展過程中社會文化歷史的作用，因此在本環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)呼倫貝爾地區(qū)特色食物奶制品情境，是置于學生的已有經(jīng)驗和社會文化背景之下的。

(二)明確任務

提出與本主題相關(guān)的問題：

1.奶牛媽媽隨時都可以產(chǎn)奶嗎？奶牛寶寶是怎么出生的？

2.牛奶是如何變身為我們?nèi)粘Ｖ械乃崮?、奶皮子、奶豆腐的?/p>

設(shè)計意圖：基于問題學習認為，好的問題都是來自現(xiàn)實生活中的問題，問題一般要與實際生活相關(guān)聯(lián)，讓學生覺得所要解決的問題就是自己身邊的現(xiàn)實問題，自己與這些問題有一定的關(guān)系。因此本環(huán)節(jié)在明確任務時，都是從學生的現(xiàn)實生活中提出的。

(三)自主探究

1.學生探究牛奶的來源

通過查閱資料、訪談家長、實地考察等方式探究奶牛媽媽是否隨時都可以產(chǎn)奶，并填寫表4。

表4 觀察記錄文檔

2.胎生和卵生的區(qū)別

教師呈現(xiàn)雞寶寶、鳥寶寶、牛寶寶、羊?qū)殞毜葎游锏某錾绞?，提出胎生、卵生的概念，學生通過觀察、討論等對比二者不同填寫表5。

表5 觀察記錄文檔

3.比較牛寶寶和牛媽媽的異同

教師呈現(xiàn)圖片，引導學生比較牛寶寶和牛媽媽的異同填寫表6。

表6 觀察記錄文檔

4.說一說猛犸與當今哪種動物相像，有哪些異同。

參觀扎拉諾爾猛犸公園，觀察猛犸象化石的形態(tài)，填寫表7。

表7 對比文檔

(四)動手制作

1.學生與家長一起動手制作。使用1斤牛奶，用最簡便的方法制作酸奶、奶皮子、奶豆腐任意一種或幾種，體驗傳統(tǒng)制作過程；2.記錄物體狀態(tài)的變化、物體重量的變化、需要的溫度、時間；3.小組討論牛奶重量變化的原因和制作奶制品的基本步驟，填寫表8。

表8 奶制品制作記錄表

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)以問題和任務的形式讓學生探究完成，通過相關(guān)表格的填寫引導探究。

第一，本環(huán)節(jié)的教學活動融合了本課的教學知識目標、探究目標和態(tài)度目標，包含明確的教學內(nèi)容，即小學科學課程標準中物質(zhì)科學領(lǐng)域內(nèi)容和生命科學領(lǐng)域內(nèi)容。

第二，該課題能夠?qū)⒖茖W、技術(shù)、工程、數(shù)學有機結(jié)合起來，如下表9所示。

表9 STEM 目標表

第三，學生獨立提出假設(shè)、設(shè)計驗證假設(shè)的方案，驗證假設(shè)的機會。學生能夠根據(jù)教師提供的表格在制作奶制品過程中發(fā)現(xiàn)牛奶的質(zhì)量有變化，從而根據(jù)實際情況提出牛奶質(zhì)量變化的原因的假設(shè)，獨立設(shè)計驗證假設(shè)的方案，并根據(jù)方案驗證假設(shè)，在此過程中學生的探究能力得到培養(yǎng)。

第四，學習結(jié)束時，有明確而具體的成果展示。

第五，在整個探究和協(xié)作的過程中，教師既給學生提供必要的引導，如讓學生記錄由牛奶制作成奶制品后質(zhì)量的改變，同時又給學生獨立探索的機會，讓學生自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。

第六，在整個過程中，既有個人獨立探索又有小組協(xié)作學習，既培養(yǎng)了獨立探索的能力，又促進了學習者相互交流、討論、協(xié)商，共同進行意義的建構(gòu)。

第七，教師給學生提供了顯性的行為建模和隱形的認知過程建模支持。包括教師給學生提出了每個探究活動應該完成的內(nèi)容，并提供相應表格，讓學生明確在每一個學習活動階段應該進行哪些活動以及如何完成這些活動；教師在整個過程中起著重要的引導作用。

第八，整個活動很好地采用支架式教學策略為學生搭建支架。通過分任務的形式使學生沿著教師搭建的“支架”逐步攀升，從而完成對復雜知識的意義建構(gòu)。

(五)展示交流

按照表10匯報。

表10 匯報主要內(nèi)容表

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)采用展示交流的方式，將學生自主探究和小組學習的結(jié)果加以呈現(xiàn)：一方面可以實現(xiàn)知識領(lǐng)域的目標，包括物質(zhì)狀態(tài)變化的原因，酸奶中益生菌與生活的關(guān)系等；另一方面通過交流，學生可以共享每個小組在提出假設(shè)、驗證假設(shè)過程中有益的做法，互相學習，從而提升學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題和創(chuàng)新的能力，對提升學生的科學能力和科學態(tài)度有非常積極的意義。