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摘 要:“STEM”教育强调将分散着的科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科内容自然组合、有机结合,形成相辅相成、缺一不可的整体,从而帮助学生更全面、深入、灵活地认知世界,突出综合分析和解决问题的能力以及创造性思维的培养。五年级上册第四单元第一课《我们的小缆车》是科学教材中为数不多的可与工程、技术、数学想结合的课例,结合此理念,本人对该课例的教学进行了探索。
关键词:STEM教育;有效融合;尝试
在很长一段时间里,学校教育的主要功能是传播知识,“科学”课也被称之为“自然”课、“常识”课。随着科技的飞速发展,尤其是互联网、智能手机等工具的普及化,使学生获得知识变得非常容易。人们逐渐认识到学校的功能正在慢慢改变,教育的重点要把从知识传递转到创新能力的培养上来,多学科交叉和合作越来越重要。
为此,在我国小学阶段培养学生科学素养方面,可借鉴STEM教育的理念提出切实可行的教学策略:正如STEM教育所提的倡那样,学生在科学知识、科学思维、科学能力、科学精神等方面的发展依赖于实践探究、学科融合、思维训练、情感渗透等多维度、立体化、开放式的学习体验。
笔者在《我们的小缆车》课堂教学中,试着结合以上四个方面进行了探索。
一、培养学生“搜集实证给出结论”的意识
STEM是一种教育理念,有别于传统的单学科、重书本知识的教育方式。STEM是一种重实践的超学科教育概念。本课就是让学生经历这样的一个过程,发现“垫圈越多,运动越快”的现象,并得出“重力越大,速度越快”的结论。
为此,我在上课前,精心准备了实验器材。上课前,起码得准备小车和铁垫圈,可是学具袋里只有小车,没有铁垫圈,怎么办?我请人帮忙,找齐了100个铁垫圈,却发现实验并非想象中那么简单,如果操作不当,很容易使小车飞出实验桌。经过多次改进,我在实验桌的边上加了挡板,实验终于可以开展了。然而紧跟其后的是教学过程如何设计、课堂如何开展又是摆在面前的一个难题。“我们不能将科学教材当作圣经一样去教学,应提倡‘用教材教”’而不是‘教教材’ ”这句话我时刻记在心中,但教学时我们又必须理解编者这样设计的意图,如果连编者的意图都没有理解,而随意去更改教材,去追求创新,那也是不适当的。经过初步的思索,我把本课时安排了三个实验:一是安装小缆车;二是研究用几个垫圈刚好可以拉动小车;三是研究小车运动速度与拉力大小关系的实验。可是,这样的设计在试教时就被否定了,因为本课中要考虑的细节实在太多,再加上三次活动,时间根本来不及,最后,我将三个实验并成了两个实验,这样大大提高了课堂效率。
只有让学生经历实际的实验操作过程,得出的结论才是经得起推敲的。
二、培养学生“利用工具进行操作”的动手能力
STEM非常重视学生动手能力的培养,因为我们的生活需要设计,需要改造自然,来满足人类需求。本课中,让学生分组进行“组装小缆车、做阻挡板、做钩子、拧螺栓”等操作,正是一个技术活,老师应该留有充分的时间让学生操作,体验工具的使用,学会基本的设计和操作。
在课堂教学中,我们总是在不经意中给学生太多的限制:让学生介绍实验方案及注意点,总是担心学生不会答而把实验要求讲得尽量详细清楚,没有留给学生充分的思考和交流时间;让学生汇报,总是尽揽对结论有效的信息等等。其实,在科学课堂教学中,教师的语言应该简洁科学,如果简洁性不强,对问题的重复叙述较多,实际上就是占用了学生的探究时间,因此,只有 “无言”或“少言”才能换得学生自主实验后的“多言”,从而使学生主体性得以充分发挥。学生才能真正成为课堂的主人,才能用自己的思维、想法指导行动。
另外,在动手操作方面,我们总是喜欢将所有的学具都准备好,学生只要操作即可,这其实是一个误区。因此,我在课前专门腾出了一个时间,让学生自由组装小缆车,所有实验中用到的缆车都是自己组装的,学生在这个过程中,学会了如何使用螺丝刀、如何做阻挡版、如何做钩子、如何使用老虎钳等等,大大提高了学生的动手操作能力。
三、培养学生“用实验数据验证推测得出结论”的能力
为了培养学生的数据意识,我在课堂上是这样教学的:
1.教师直接出示一辆小缆车,提问学生“你用什么方法,让它动起来?”
生回答:拉、推……
2.老师这里有几个铁垫圈(手里多拿几个垫圈),你能用这个,让小车动起来吗?可以用几个?
生猜测:1个、2个……
3.师演示实验(为了节约时间),学生观察。
4.请你们思考一下是什么力量使小缆车运动起来的呢?
生回答:垫圈的重力。
5.介绍重力,出示概念:物体这种向下的力,我们把它叫做重力。我们的小缆车是垫圈所受到的重力通过绳的牵引转化为拉力,才使我们的小车运动起来的。
6.引导学生阅读资料库“重力和万有引力”。重力这一科学概念的理解和掌握是教学目标之一,教师让学生在充分体验的基础上逐步建立重力这个科学概念。另外,教师还以开放的教学,引领学生对重力这一科学概念的学习进行拓展阅读。)
7.推测,刚才的实验我们用拉力已经让小车运动起来了,那怎样做才能让小车运动的更快呢?请同学们猜测一下:拉力大小与小车的运动快慢有什么关系? 生猜测:拉力大,速度快;拉力小,速度慢。
8.制定研究计划,为了保证实验顺利进行,在实验前制定实验计划。(小组合作)
9.將实验数据记录到表格中
10. 请结合数据,来得出你的结论。
让学生在实验之前进行研究计划的制定,是为了后面更好的进行实验,有序高效地完成实验。让学生知道做任何事情如果提前做好计划合理分配时间,就会事半功倍。而让数据来说话,得出结论需要配合精密的计算能力,表格的数据要符合逻辑证明,应有数据支持,这更是STEM教学的重要理念之一。 四、带领学生经历一个完整的“探究式学习过程”
如今,辅导机构遍地开花,如果去绝大部分机器人培训机构问他们的课程对孩子有什么作用,标准的回答是动手能力、逻辑思维能力、创新能力等,你再问,是如何培训这些能力,到底有没有效果?基本上得到的反馈就是茫然了。如果去绝大部分的科学实验类的机构问同样的问题,他们会说启蒙孩子对科学的兴趣。事实上,孩子对科学的兴趣是天生的,他们对孩子保持兴趣是有些作用,但是也仅仅如此。他们之所以强调兴趣的重要性,其实本质上是因为他们自己没有更深入的思考,更谈不上教学体系。
真正的STEM教育,是遵循科学探究的流程或工程实践的流程的,这是一个项目化的课程设,教学方式以项目为周期,带着孩子去探究或实践,在这个过程中让孩子自己建构知识和技能,达到培养内内在的综合能力的的目标。
这个过程中,孩子要能自己描述问题,找出解决这个问题的限制条件;接着通过各种渠道收集资料,找出前人的方法;在已获得的资料的基础上,根据自己拥有的知识提出所有能想到的解决方法;在这些方法中筛选出最好的一个,建立模型;利用材料,创造出实物,实现自己的想法;测试作品;为作品作出评估,并进一步完善设计。
本课是单元的起始课,是为了最后一课《设计制作小赛车》铺垫的。本单元从介绍适合人类使用的不同动力(弹力、风力等)的缆车开始,引导研究测量力的大小,分析滚动和滑动摩擦的区别,从课内不断拓展到课外……贯彻了“大国复兴需要伟大工程”的理念。只有让学生经历这样一个完整的探究过程,孩子们自己建构知识和技能,才能使学生得以从一个更全面的视角来理解科学、技术、宇宙、自然现象、生命形式、现代文明的价值和意义,从而激发多元、灵活而深刻的思考。
参考文献
[1] (美)羅伯特·M·卡普拉罗,(美)玛丽·玛格丽特·卡普拉罗,(美)詹姆斯·R·摩根,《基于项目的STEM学习:一种整合科学、技术、工程和数学的学习方式》,上海,科技教育出版社,2016年01月。
[2] 北京市第五中学分校,《STEAM课程项目手册》,北京:电子工业出版社,2017年8月。
[3] 张悦颖,沈祖芸,《小学STEM教育实践路径与方法——上海市世界外国语小学的探索 》,上海,科技教育出版社,2017年11月。
关键词:STEM教育;有效融合;尝试
在很长一段时间里,学校教育的主要功能是传播知识,“科学”课也被称之为“自然”课、“常识”课。随着科技的飞速发展,尤其是互联网、智能手机等工具的普及化,使学生获得知识变得非常容易。人们逐渐认识到学校的功能正在慢慢改变,教育的重点要把从知识传递转到创新能力的培养上来,多学科交叉和合作越来越重要。
为此,在我国小学阶段培养学生科学素养方面,可借鉴STEM教育的理念提出切实可行的教学策略:正如STEM教育所提的倡那样,学生在科学知识、科学思维、科学能力、科学精神等方面的发展依赖于实践探究、学科融合、思维训练、情感渗透等多维度、立体化、开放式的学习体验。
笔者在《我们的小缆车》课堂教学中,试着结合以上四个方面进行了探索。
一、培养学生“搜集实证给出结论”的意识
STEM是一种教育理念,有别于传统的单学科、重书本知识的教育方式。STEM是一种重实践的超学科教育概念。本课就是让学生经历这样的一个过程,发现“垫圈越多,运动越快”的现象,并得出“重力越大,速度越快”的结论。
为此,我在上课前,精心准备了实验器材。上课前,起码得准备小车和铁垫圈,可是学具袋里只有小车,没有铁垫圈,怎么办?我请人帮忙,找齐了100个铁垫圈,却发现实验并非想象中那么简单,如果操作不当,很容易使小车飞出实验桌。经过多次改进,我在实验桌的边上加了挡板,实验终于可以开展了。然而紧跟其后的是教学过程如何设计、课堂如何开展又是摆在面前的一个难题。“我们不能将科学教材当作圣经一样去教学,应提倡‘用教材教”’而不是‘教教材’ ”这句话我时刻记在心中,但教学时我们又必须理解编者这样设计的意图,如果连编者的意图都没有理解,而随意去更改教材,去追求创新,那也是不适当的。经过初步的思索,我把本课时安排了三个实验:一是安装小缆车;二是研究用几个垫圈刚好可以拉动小车;三是研究小车运动速度与拉力大小关系的实验。可是,这样的设计在试教时就被否定了,因为本课中要考虑的细节实在太多,再加上三次活动,时间根本来不及,最后,我将三个实验并成了两个实验,这样大大提高了课堂效率。
只有让学生经历实际的实验操作过程,得出的结论才是经得起推敲的。
二、培养学生“利用工具进行操作”的动手能力
STEM非常重视学生动手能力的培养,因为我们的生活需要设计,需要改造自然,来满足人类需求。本课中,让学生分组进行“组装小缆车、做阻挡板、做钩子、拧螺栓”等操作,正是一个技术活,老师应该留有充分的时间让学生操作,体验工具的使用,学会基本的设计和操作。
在课堂教学中,我们总是在不经意中给学生太多的限制:让学生介绍实验方案及注意点,总是担心学生不会答而把实验要求讲得尽量详细清楚,没有留给学生充分的思考和交流时间;让学生汇报,总是尽揽对结论有效的信息等等。其实,在科学课堂教学中,教师的语言应该简洁科学,如果简洁性不强,对问题的重复叙述较多,实际上就是占用了学生的探究时间,因此,只有 “无言”或“少言”才能换得学生自主实验后的“多言”,从而使学生主体性得以充分发挥。学生才能真正成为课堂的主人,才能用自己的思维、想法指导行动。
另外,在动手操作方面,我们总是喜欢将所有的学具都准备好,学生只要操作即可,这其实是一个误区。因此,我在课前专门腾出了一个时间,让学生自由组装小缆车,所有实验中用到的缆车都是自己组装的,学生在这个过程中,学会了如何使用螺丝刀、如何做阻挡版、如何做钩子、如何使用老虎钳等等,大大提高了学生的动手操作能力。
三、培养学生“用实验数据验证推测得出结论”的能力
为了培养学生的数据意识,我在课堂上是这样教学的:
1.教师直接出示一辆小缆车,提问学生“你用什么方法,让它动起来?”
生回答:拉、推……
2.老师这里有几个铁垫圈(手里多拿几个垫圈),你能用这个,让小车动起来吗?可以用几个?
生猜测:1个、2个……
3.师演示实验(为了节约时间),学生观察。
4.请你们思考一下是什么力量使小缆车运动起来的呢?
生回答:垫圈的重力。
5.介绍重力,出示概念:物体这种向下的力,我们把它叫做重力。我们的小缆车是垫圈所受到的重力通过绳的牵引转化为拉力,才使我们的小车运动起来的。
6.引导学生阅读资料库“重力和万有引力”。重力这一科学概念的理解和掌握是教学目标之一,教师让学生在充分体验的基础上逐步建立重力这个科学概念。另外,教师还以开放的教学,引领学生对重力这一科学概念的学习进行拓展阅读。)
7.推测,刚才的实验我们用拉力已经让小车运动起来了,那怎样做才能让小车运动的更快呢?请同学们猜测一下:拉力大小与小车的运动快慢有什么关系? 生猜测:拉力大,速度快;拉力小,速度慢。
8.制定研究计划,为了保证实验顺利进行,在实验前制定实验计划。(小组合作)
9.將实验数据记录到表格中
10. 请结合数据,来得出你的结论。
让学生在实验之前进行研究计划的制定,是为了后面更好的进行实验,有序高效地完成实验。让学生知道做任何事情如果提前做好计划合理分配时间,就会事半功倍。而让数据来说话,得出结论需要配合精密的计算能力,表格的数据要符合逻辑证明,应有数据支持,这更是STEM教学的重要理念之一。 四、带领学生经历一个完整的“探究式学习过程”
如今,辅导机构遍地开花,如果去绝大部分机器人培训机构问他们的课程对孩子有什么作用,标准的回答是动手能力、逻辑思维能力、创新能力等,你再问,是如何培训这些能力,到底有没有效果?基本上得到的反馈就是茫然了。如果去绝大部分的科学实验类的机构问同样的问题,他们会说启蒙孩子对科学的兴趣。事实上,孩子对科学的兴趣是天生的,他们对孩子保持兴趣是有些作用,但是也仅仅如此。他们之所以强调兴趣的重要性,其实本质上是因为他们自己没有更深入的思考,更谈不上教学体系。
真正的STEM教育,是遵循科学探究的流程或工程实践的流程的,这是一个项目化的课程设,教学方式以项目为周期,带着孩子去探究或实践,在这个过程中让孩子自己建构知识和技能,达到培养内内在的综合能力的的目标。
这个过程中,孩子要能自己描述问题,找出解决这个问题的限制条件;接着通过各种渠道收集资料,找出前人的方法;在已获得的资料的基础上,根据自己拥有的知识提出所有能想到的解决方法;在这些方法中筛选出最好的一个,建立模型;利用材料,创造出实物,实现自己的想法;测试作品;为作品作出评估,并进一步完善设计。
本课是单元的起始课,是为了最后一课《设计制作小赛车》铺垫的。本单元从介绍适合人类使用的不同动力(弹力、风力等)的缆车开始,引导研究测量力的大小,分析滚动和滑动摩擦的区别,从课内不断拓展到课外……贯彻了“大国复兴需要伟大工程”的理念。只有让学生经历这样一个完整的探究过程,孩子们自己建构知识和技能,才能使学生得以从一个更全面的视角来理解科学、技术、宇宙、自然现象、生命形式、现代文明的价值和意义,从而激发多元、灵活而深刻的思考。
参考文献
[1] (美)羅伯特·M·卡普拉罗,(美)玛丽·玛格丽特·卡普拉罗,(美)詹姆斯·R·摩根,《基于项目的STEM学习:一种整合科学、技术、工程和数学的学习方式》,上海,科技教育出版社,2016年01月。
[2] 北京市第五中学分校,《STEAM课程项目手册》,北京:电子工业出版社,2017年8月。
[3] 张悦颖,沈祖芸,《小学STEM教育实践路径与方法——上海市世界外国语小学的探索 》,上海,科技教育出版社,2017年11月。