在小学科学课程中引入STEM教育思想

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  近年来,STEM教育已经成为美国教育发展的重要趋势,并且被美国联邦政府反复强调政府人才计划在创新教育中的地位,不断加大科学、技术、工程和数学的投入,培养学生科技理工素养。2017年2月,中国教育部发布了关于印发《义务教育小学科学课程标准》的通知,在《小学科学课程标准》的实施建议部分,第五点明确提及学科关联建议,其中言明对STEM的解释:科学(science)、技术(technology)、工程(engineering)与数学(mathematics),即STEM是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式,它将科学、技术、工程、数学有机地融为一体,有利于学生创新能力的培养。由此可见,STEM教育的重要性。
  转换观念,实施STEM教育
  STEM教育是一种项目化学习,它是以问题解决为导向的课程组成形式,有利于培养孩子的创新能力。一位STEM教育专家举过一个缝制沙包的案例,让我感受颇深。在我们传统的教学过程中,在缝制沙包前,老师通常会引导学生思考以下问题:如何裁剪?如何缝合?如何收针?怎样封口?教师在引导思考后,学生操作,基本万无一失,人人成功,但你有没有发现,学生们缝制的沙包都一样吗?何谈创新能力的培养呢?学生的思维仅仅停留在如何制作沙包上。而另一位老师则以问题式开场:沙包干嘛用?需要哪些材料?如何做?扔一扔?这种学习方式第一步就让学生探讨沙包的功能,并根据作用来选择合适的材料,为了让沙包丢的更远,在制作時就要融合力学原理、材料工艺等方面,制作完成后扔一扔,测一测投掷的最远距离……这是一个检测反馈的过程,如果发现问题,对我们的过程进行反思与调整。这才是一种以解决问题为导向的课程。同样的内容,用了不同的教学理念就会产生不同的收获。第一种做法,学生学会了做沙包,可是如果换成做房子、桌子等就是新内容了,就得从头学起。第二种教学方法,学生学习到了技术的思想,逻辑思维和理性思维,在遇到新问题时,就能举一反三,触类旁通了。
  在一次STEM教学研讨中,这次的内容是建造一个小木屋,任务要求:占地面积不小于6平方分米,屋面不漏雨。到了搭建屋面环节,老师引导学生思考如何搭建屋面,经过九牛二虎之力,引导学生得出一种相对合理的方法,但课堂气氛低沉。在搭建好后,出现了跟丢沙包一样的情况,学生铺设屋面的方法完全一样,其结果也是令人高兴的,都不漏雨。可是,思考整个过程,学生的创新能力培养在哪儿呢?我们是不是可以这样调整:搭屋面的目的是什么?用什么材料合适?怎样铺设不漏雨?试一试铺设,铺设好后自己用水检测一下,整个过程老师以问题式引导学生思考,让学生尝试,在讨论制作过程中发现问题、解决问题,这样更有利于学生创新能力的培养。如果指导学生按部就班地完成一件事情,显然学生创造力表现就会比较低。如果要培养学生更多的创造力,就要给学生更多的自由、做主的机会,给他更多的空间。
  任务驱动,实施STEM教育
  在美国的STEM教育课堂中,老师往往会将一个具象的项目任务融入到教学方法中,在这个过程中,穿插主题课程,鼓励学生自主学习,充分运用课本中的抽象知识,发挥想象力和创造力,解决真实世界的实际问题。在这个教学过程中,我们应该有明确的项目任务,根据项目任务设计相关的多个科学主题。
  在《建造一个小木屋》一堂课第一课时,老师就抛出任务:要建造一个小木屋,我们得先设计一个小木屋图纸,提出设计具体要求后,让学生设计,充分挖掘学生的潜概念,然后进行汇报,并发现问题,如缺少数据、没有画直线等,然后根据图纸的基本要求,进行一稿、二稿、三稿的修改,每次修改总有明确的任务。以这样的任务驱动,学生一次次接受新的挑战,兴趣越发浓厚。在上面的任务中, 学生们不但学会了设计小木屋,而且学会了设计小凳子、小桌子。整个教学过程,实际上就是一个培养个性化、创新思维能力的完整过程。根本上来说,创新是一个鼓励“从全新角度发现问题、分析问题,并通过亲手实践,不断犯错、不断修正、不断假设、不断验证,最终创造性地解决问题”的过程。
  开放与严谨,实施STEM教育
  STEM课程是开放的,小学科学教学又是严谨的,我们要落实小学生的科学核心素养,其中比较关键的是科学思维,科学思维两个重要的品质是严谨性与开放性。对于小学生而言,我们是将开放性放在优先位置,还是严谨性放在优先位置呢?我们是先保证学生不出错,让学生将所有事情想明白,然后开始做,还是通过简单的思考先做起来,老师引导你的思维打开,再打开,你能想到什么?你玩吧,你做吧,做完之后回头想想做得过程中是不是需要改良的。当然,最终的目标,我们是让开放性与严谨性得到最好的相容。处理好开放性与严谨性,能促进小学科学的STEM教育。根据小学生年龄特点,应该首先发展学生的开放性思维,然后在实施活动中,注意科学的严谨性。
  在小学科学课中,实施STEM教育,让学生体会到“动手”的成功和乐趣,养成通过“动手做”解决问题的习惯,锻炼学生的思维能力,保证他将来的可持续性发展。
  (作者单位:江苏省如皋市安定小学)
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