蘇晶

*基金項目：泰州教育學會2022年度重點立項課題“基于STEM理念下的農(nóng)村小學科學教學實踐研究”（TZ2022049）。

[摘 要]基于STEM理念的科學跨界教學是對科學、技術、工程、數(shù)學等學科知識、技能、思想、方法的一種有效整合。在STEM理念關照下，教師要讓跨界教學主題有準度，要讓跨界教學過程有梯度，要讓跨界教學交流有深度，要讓跨界教學評價有維度。STEM理念下的小學科學跨界教學，以“做”為特征、以“思”為核心、以“融合”“共生”等為目的。STEM理念下的小學科學跨界教學，不僅能提升學生的科學學習力，而且能發(fā)展學生的綜合素養(yǎng)。STEM不僅是一種教學方式，也是一種研究方式，還是一種育人理念。

[關鍵詞]小學科學；STEM理念；跨界教學

STEM理念下的小學科學跨界教學，是以科學課為時空載體、以科學學科課程內(nèi)容為媒介、融合其他相關學科課程資源、素材以及學生生活世界中的課程資源和素材的一種綜合性、實踐性教學形態(tài)。所謂的STEM，就是指科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學 （Mathematics） 等的學科知識的概括性稱謂?；赟TEM思想，在科學學科教學中，教師要進行跨學科整合、跨界整合。要將科學、技術、工程和數(shù)學學科的相關要素、元素等引入其STEM理念下的小學科學跨界教學，是以學生外在的“做”為特征、以學生內(nèi)在的“思”為核心、以“融合”“共生”等為目的的一種教學方式。[1]作為教師，要樹立一種課程開發(fā)意識，將科學課程、學生科技活動以及學生其他學科知識學習、日常生活等的相關知識整合起來。STEM理念下的小學科學跨界教學，不僅能提升學生的科學學習力，而且能發(fā)展學生的綜合素養(yǎng)。

一、跨界教學的主題“有準度”

科學學科課程的跨界主題，既可以應用教材中的相關主題，同時也可以對教材中的相關主題進行重組、改造，還可以自主研發(fā)、設計相關的主題。很多教師在實施科學跨界教學時，往往主題模糊、主題不清，從而導致學生的跨界學習比較混亂?；赟TEM理念視角，教師的跨界教學主題應當“有準度”。換言之，在實施科學跨界教學時，主題應當鮮明、突出，應當讓學生的科學實踐活動有方向性、有針對性、有實效性。STEM主題應當有助于將相關的學科課程資源、素材等統(tǒng)合到一起，從而能讓相關學科以及學生生活中的課程資源、素材發(fā)揮統(tǒng)整、協(xié)同育人作用。

跨界教學的“主題”，就是學生展開科學跨界學習的“橋梁”“樞紐”。有了鮮明的STEM主題，教師的科學跨界教學就能將相關的學習內(nèi)容串接起來，從而能建構(gòu)一個立體性的學習網(wǎng)絡、系統(tǒng)、模式。同時，主題要有助于激發(fā)學生的科學猜想，引發(fā)學生的科學思考、探究的積極性。如教學蘇科版小學科學教材六年級上冊“電”這一部分內(nèi)容之后，筆者設計研發(fā)了“點亮紅綠燈”的跨界學習活動。這一活動具有一種綜合性，它需要學生能自主應用科學的、工程學的、數(shù)學的等相關學科的課程知識。同時需要學生能主動喚醒、激活自我的生活中的關于“電”的相關知識。從科學上來分析，需要學生構(gòu)建一個通路；從技術上來分析，要求學生能設計一個開關，一盞燈，紅綠燈，紅黃綠燈的亮、滅；從工程上來分析，要求學生能建構(gòu)一個電路圖，比利用電路圖來進行分析；從數(shù)學上來分析，則要求學生能將是無話的電路圖抽象、解釋、建構(gòu)成一個簡約化的電路圖模型。在這個過程中，教師要融入電路串聯(lián)、并聯(lián)等相關知識?；谶@樣的STEM理念，筆者在教學中從跨界教學的主題出發(fā)，將問題聚焦于“如何實現(xiàn)光色訊號的更換”。為此，筆者設計、研發(fā)了三個層次性、階梯性的任務、活動，引導學生展開積極的科學思維、探究。[任務一]點亮小燈泡。在這個活動中，引導學生認識短路、斷路、通路，讓學生認識電流的方向，認識導體和絕緣體等。[任務二]設計紅綠燈。在這個過程中，引導學生認識開關、優(yōu)化開關，并進而用一個開關控制兩盞燈。[任務三]設計紅黃綠等。在這個過程中，進一步引導學生優(yōu)化開關。

跨界教學的主題應當是著眼于現(xiàn)實生活中的問題。只有著眼于現(xiàn)實中的問題，才能讓學生感受、體驗到主題的科學性、生活性意義和價值?；赟TEM理念，教師引導學生聚焦主題，對相關生活現(xiàn)象、事件、問題等展開深度分析，并進行優(yōu)化、展示、評價。[2]實踐證明，當科學跨界教學課題有準度時，學生的科學學習就能從他主轉(zhuǎn)向自主、從被動轉(zhuǎn)向主動、從膚淺走向深刻。在“點亮紅綠燈”教學中，從點亮一個燈泡到點亮紅綠燈、再到點亮紅黃綠等，學生的科學學習逐步進階、科學認知逐步提升、科學思維逐步豐富、深刻。在一次次的探究實踐中，學生能積極主動地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。

二、跨界教學的過程“有梯度”

學生的科學跨界學習是有層次、有梯度的學習。是不斷進階、發(fā)展性的學習。基于STEM理念，設計、研發(fā)相關的跨界學習，要注重引導學生的認知、思維等循序漸進，引導學生科學認知心理逐步從抽象走向形象、具象。[3]在科學跨界教學中，教師要引導學生帶著問題去設計、帶著任務去思考、探究。要讓學生從簡單地模仿走向自主性的建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造，引導學生從關注學生科學探究的整體轉(zhuǎn)向關注學生科學探究的細節(jié)。換言之，基于STEM理念下的小學科學教學應當是循序漸進性地教學。

如教學蘇科版小學科學教材五年級下冊的“物體的沉浮”這一單元的相關內(nèi)容時，筆者就立足于STEM理念，引導學生合作、交流、批判、創(chuàng)新，設計研發(fā)了“玩‘潛水艇”的跨界學習活動，以做一個“浮沉子”作為活動項目。在活動中，筆者設計研發(fā)了這樣的幾個活動任務：[任務一]制作一個自由沉浮的“浮沉子”；[任務二]探究“沉浮自如”的秘密；[任務三]了解潛水艇沉浮的原因。這樣的一個任務群，是一個層次性、階梯性的任務群。借助于這樣的任務群，學生的科學探究能拾級而上。首先，學生借助于滴管、螺帽、空瓶、水槽、燒杯、水、抹布等，通過控制滴管里的水量，成功地制作成了一個“浮沉子”。在此基礎上，筆者引導學生“探究浮沉自如的秘密”，讓學生認識到擠壓瓶子能改變瓶子中的壓強，進而能讓瓶子中的水從“浮沉子”的下面的小孔中流進去或流出來，從而改變“浮沉子”的質(zhì)量，但“浮沉子”的體積沒有發(fā)生變化，進而能讓“浮沉子”沉下去或浮上來，達到改變“浮沉子”沉浮的狀態(tài)。在此基礎上，引導學生猜想“潛水艇”沉浮自如的秘密，并通過播放視頻，讓學生真正科學地了解“潛水艇”的沉浮秘密。有了這樣的一種認知，學生就借助于各種材料，自主設計、研發(fā)了各式各樣的“潛水艇”。在相互合作中，學生自制的“潛水艇”越來越“先進”。這種基于STEM理念下的跨界教學，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，讓學生帶著問題去設計、帶著“認知”去設計，從而讓學生的設計、制作不斷改進、不斷優(yōu)化、不斷進階。

跨界教學的過程是一個學生的認知逐步深化、實踐逐步改進、改良的過程。實施STEM科學教學，不是盲目的，而是要積極優(yōu)化學習過程。要把握學生科學跨界學習之點，梳理科學跨界學習之線、明確科學跨界學習之面、構(gòu)建科學跨界學習之體。作為教師，要跟進學生的科學制作，對學生科學學習過程中出現(xiàn)的相關的問題引導學生進行分析，對學生科學學習過程中遇到的障礙、困惑進行疏導。通過啟發(fā)、點撥，讓學生的科學STEM學習走向深刻、走向深度。[4]以STEM理念推動農(nóng)學生的科學跨界學習，不僅要著眼于深化學生科學跨界認知，同時也要著眼于培育學生的科學跨界思維、催生學生的科學跨界想象。

三、跨界教學的交流“有深度”

跨界教學要引導學生互動、交流。基于STEM理念，教師在教學中要引導學生從事物、事情的“現(xiàn)象”沉思事物、事情的“本質(zhì)”。[5]在STEM課程實踐中，學生創(chuàng)造的作品、成品可能不是一個完美的作品、成品，但卻一定是學生思考、探究的產(chǎn)物。在科學學習過程中，學生往往很容易看到各種現(xiàn)象，但卻不容易發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象背后的本質(zhì)?；诖?，教師在教學中要引導學生思考、交流現(xiàn)象背后的本質(zhì)。為此，教師在教學中可以引導學生抓住關鍵問題、核心問題、核心任務等進行思考、探究。跨界學習中的互動、交流并圍繞著核心問題、探究等展開的深度交流。通過交流能讓學生的科學視界走向融合。

比如，教學蘇科版小學科學教材六年級下冊“電與磁”這一單元的相關內(nèi)容之后，筆者就設計、研發(fā)了“電動機”等為主題的綜合性活動。為了促進學生的跨界性綜合實踐活動，筆者首先與學生互動、交流“電產(chǎn)生磁”“磁生成電”的相關知識。在此基礎上，筆者引導學生互動、交流“電動機”的部件構(gòu)成，諸如“換向器”“定子”“轉(zhuǎn)子”“電刷”“蹄形磁鐵”“滑動變阻器”等。在此基礎上，引導學生做“電動機”的最為重要的零件——“線圈”。在引發(fā)電動機轉(zhuǎn)動的過程中，引導學生互動、交流：改變電動機的轉(zhuǎn)速有哪些方法？改變電動機的轉(zhuǎn)向有哪些方法？在這個過程中，引導學生積極猜想、驗證，從而引發(fā)學生的不斷地探索。如“移動滑動變阻器的滑片，改變通過線圈的電流大小，線圈轉(zhuǎn)動的速度是否改變？怎樣改變？”如“將蹄形磁體的兩個磁極對調(diào)，改變線圈所在處的磁場方向，線圈的轉(zhuǎn)動方向是否改變？”如“將線圈一端的漆皮全部刮掉，另一端的漆皮只刮掉半周，這樣做的目的是什么？”等等。在對問題的深度互動、交流過程中，學生認識、掌握了“電動機”正常轉(zhuǎn)動的相關原理。當學生在自己的猜想引導下，通過自己的動手實踐操作，進而發(fā)現(xiàn)了“電動機”的相關轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向改變的“秘密”之后，喜悅之情溢于言表。

設計研發(fā)綜合性、跨界性的STEM項目，關鍵是引導學生對相關的“重點問題”“難點問題”進行互動、研討。只有讓學生對相關的實踐操作背后的原理有了深刻的理解之后，學生的科學素養(yǎng)才能真正形成?？缃鐚W習的項目化活動，整合了電學、磁學、力學、工程學等相關知識，并將這些知識深度融合?；赟TEM理念下的科學綜合性、實踐性、跨界性的活動，不僅能提升學生的科學素養(yǎng)，而且能發(fā)展學生的綜合素養(yǎng)。

四、跨界教學的評價“有維度”

基于STEM理念的科學跨界教學評價，不是單一維度的，而是融合了過程性和結(jié)果性、自評與他評、認知與情意等在的多維度、全面性的評價。STEM理念下的評價，要充分發(fā)揮促進、發(fā)展等的功能，彰顯其引導、點撥、啟發(fā)等的價值。作為教師，要通過引導學生自我評價、他人評價，確定學生外在的顯性行為目標；要通過評價，改進、優(yōu)化學生的操作、實踐，讓學生將學習過程和結(jié)果進行積極的展示。對于學生來說，評價不是為了證明、甄別和選拔，而是為了促進、完善和改進。[6]跨界教學的多維度評價，能有效地促進師生、生生之間的良性互動，能對學生的科學學習進行監(jiān)測和反饋。

比如，教學蘇科版小學科學教材五年級上冊“熱傳遞”這一單元的相關內(nèi)容之后，基于STEM理念的視角，筆者設計、研發(fā)了“做個保溫杯”的跨界綜合實踐活動。在活動中，喚醒、激活學生的已有知識經(jīng)驗，包括熱傳導、熱對流、熱輻射等。在實踐活動中，教師要激發(fā)學生的猜想，對學生的合理性推斷給予積極的評價。如“阻隔熱傳導”，學生認為應當使用熱的不良導體；如“阻隔熱對流”，學生認為應當讓保溫杯分兩層，兩層之間應當真空，避免空氣對流；如“阻止熱輻射”，學生認為，應當在“內(nèi)壁”涂上反光材料，等等。盡管有些猜想，學生在實踐中很難實現(xiàn)，但對于學生的大膽猜想，教師要給予積極的肯定。作為教師，還要善于從不同的視角來啟發(fā)學生，比如，在“減少熱傳導”方面，學生想到了用蓋子將杯子蓋起來，或者用毛巾將杯子裹起來，或者將杯子嵌入泡沫塑料中等。這樣的一些簡單化的操作，體現(xiàn)了學生對現(xiàn)實材料的科學考量。在實踐活動中，筆者讓學生以小組為單位，彼此展開小組內(nèi)的合作，并進行小組間的對比。比如，引導學生做一做“保存冰塊”的比賽；比如，引導學生做一做“保存相同溫度的水溫”的比賽，等等。在評價的過程中，教師不僅要將著眼點放置在“保溫時長”上，而且要將“材料的經(jīng)濟實惠”等納入其中等。多指標、多維度的評價，能促進每一位學生的科學實踐，能優(yōu)化每一位學生的科學實踐。實踐證明，學生群體的智慧是豐富的、多樣化的，多維度的評價就是在學生的STEM科學實踐活動中堅持“一把鑰匙開一把鎖”。通過多維度、多樣態(tài)、多層次的評價，使教學切入每一位學生科學學習的“最近發(fā)展區(qū)”?；赟TEM理念下的科學跨界教學活動，能讓學生的“手腦協(xié)同”活動，能促進學生的科學素養(yǎng)全面發(fā)展、全階發(fā)展、和諧發(fā)展，能促進學生科學綜合素養(yǎng)的提升。

STEM理念下的科學跨界教學，是一門集科學、數(shù)學、工程、技術等在內(nèi)的綜合實踐活動。教學匯總，要通過評價這一“杠桿”撬動學生的科學跨界學習。對于學生來說，評價能提升學生科學學習的效度、增進學生科學學習的信度。作為教師，要借助于評價，始終確立學生STEM科學學習的主體性地位，要讓學生的科學跨界學習成為“科學—技術—共程—數(shù)學四位一體的格局，讓學生的科學學習從單學科走向多學科、從多學科走向超學科。

基于STEM理念的科學教育不是簡單地“S+T+E+M”，而是對科學、技術、工程、數(shù)學等的學科知識、技能、思想、方法等的一種有效整合。STEM理念下的科學教學，是一種整體性、綜合性的教學，它讓學生在“學以用”、在“用中學”[7]，從而構(gòu)建了一種立體性、全方位整體性學習模式。STEM理念下的科學教學，是將科學、工程、技術、數(shù)學等相關知識融為一體，從而有助于培育學生的創(chuàng)新意識、實踐能力。STEM不僅是一種教學方式，也是一種研究方式，還是一種育人理念。

參考文獻：

[1]盧葦，倪友晟.全息技術在小學科學課程中的應用與創(chuàng)新探索[J].教育傳播與技術，2019（01）.

[2]夏雪梅.項目化學習設計：學習素養(yǎng)視角下的國際與本土實踐[M].北京：教育科學出版社，2018.

[3]胡佳怡.項目化學習中“教”與“學”的本質(zhì)[J].基礎教育參考，2019（02）.

[4]姬永倩，吳建平.基于活動理論的全息教室設計[J].中國教育信息化，2019（13）.

[5]萬昆，李建生，李榮輝.全息技術及其教育應用前瞻——兼論未來學習環(huán)境的發(fā)展[J].現(xiàn)代遠距離教育，2020（06）.

[6]董宏建，白敏.中國理工科STEM教育發(fā)展探究[J].現(xiàn)代教育技術，2016（07）.

[7]陳曉.基于STEM教育視角的小學科學課例分析[J].基礎教育研究，2017（13）.

（責任編輯：朱福昌）