论文部分内容阅读
在科学教育的发展过程中，从斯宾塞提出的“科学知识最有价值”，到赫胥黎强调人文科学、自然科学、社会科学的同等地位，到杜威的经验主义，到“STS教育”、建构主义科学教育观、有中国特色的“科学精神与人文精神”相统一的绿色教育。科学教育理念在前人的基础上不断地演变与更新，以适应科技飞速发展的当今社会。20世纪80年代，美国意识到其国际竞争力在慢慢地下降，首次提出“科学、技术、工程、数学教育集成”的纲领性文件，简称为“STEM”教育。
一、STEM教育与科学课程的契合点——技术与工程
STEM是科学、技术、工程和数学四门课程的简称，但STEM并不是科学、技术、工程、数学教育的简单叠加，而是强调多学科的交叉融合。将这四门学科内容组合形成一个有机的整体，可以更好地培养学生的创新精神与实践能力。
科学课程标准已把“技术与工程”列入课程目标内容之一。技术与工程领域的学习可以使学生有机会综合所学的各方面知识;体验科学技术对个人生活和社会发展的影响;技术与工程的实践活动可以使学生体会到“做”的成功和乐趣，并养成“动手做”解决问题的习惯。
STEM教育理念下的技术与工程，离不开科学与数学的结合。因此，STEM教育与科学课程的契合点便是技术与工程，技术与工程不仅是科学教育的一个组成部分，也是小学科学教育的发展方向。
二、在科学教学中渗透STEM教育理念——“技术”
“技术”是人类为了满足自身的需求和愿望，遵循自然规律，在长期利用和改造自然的过程中，积累起来的知识、经验、技巧和手段，是人类利用自然改造自然的方法、技能和手段的总和，但也是需在实际中多多磨炼，才能找到自己技术的所在。可见STEM教育理念下的“技术”包括“方法、技能和手段”的学习，掌握与应用等相关联的活动方式、方法。
（一）自制科学材料
在STEM教育中常常需要大量的材料，如何恰当、科学地准备材料也是科学教师必须考虑的问题。小学科学仪器室中的大部分仪器与科学教材是不配套的，科学老师要上好一节科学课，与材料的选择是很有关系的。“巧妇难为无米之炊”，“米”就好比是科学课的材料，可见材料对于科学課的重要性。有时一堂出彩的科学课，在很大程度就与材料有关，材料的新颖性，材料的实效性，都会让科学课堂增色。
如五年级下册《让自行车链条转动起来》一课，学生可以利用机械实验盒中的材料自己设计链条传动装置，也可选用乐高玩具中的链条传动装置材料进行再设计。再如四年级上册《吸热和散热》一课，我利用100W的白炽灯泡、木板、开关、灯座、回形针、纸盒等材料自制了热辐射实验装置，此实验装置结构简单，适宜开展演示或分组实验，不受环境、天气因素影响，可在室内进行实验，实验效果明显。精心挑选制作的材料能唤起学生学习的积极性，学生学习兴趣浓厚，教学的效果也不错。
（二）选择专业化材料
STEM教育活动中，往往会用到一些专业化的工具和材料。如目前受到广泛关注的开源电路板、3D打印、机器人等;还需要一些用来支持或指引扩充思维过程的认知工具，如Scratch少儿编程软件、SPSS社会科学统计软件包、网络沟通工具、123 Design三维CAD建模软件等。这些专业工具材料以及软件的使用对于广大科学教师来说既是挑战，又是福音，它意味着科学教师既可以运用这些新技术工具，又要不断地学习使用新工具，掌握这些新的技术手段。
另外，为了适应人们对STEM教育的需要，许多教具生产厂家也推出了一系列的STEM课程材料包。教学时，教师也可以选择合适的材料包使用，这样可以节省出大量时间运用到教学环节的设计上，确保有好的教学成效。
（三）掌握必备的技能
在STEM教育中，要让学生的合作探究有效，学生就必须具备一定的动手能力和使用材料的技能。如在四年级下册《小车的运动》一课中，在学生探究“小车的运动与拉力”和“小车运动与载重量”这两个问题时，我用了整整两节课的时间。主要问题有：⒈学生的计时技能需要一定的训练，作为一名平时不具备计时能力的学生，在老师简短讲解了秒表使用方法后，许多临时上任的计时员，不能很快进入状态，往往把时间记多了，甚至把秒表按错了;⒉学生计时的准确性不高，因为是手动计时，计时员与控制小车启动的学生往往不能同步，计时员的反应速度也各不相同，造成个别小组的数据偏差较大;⒊学生不会系结。对于《小车运动》这一课，我把实验室的一些材料进行了组合，材料有：两端带金属孔的木板、实验小车、羊毛线。探究时，需要学生将毛线的一端系在小车上，另一端穿过木板上的金属孔，再系上3个螺帽作为小车运动的起始拉力，而就在系结这个环节上，有个别组就用了差不多十几分钟，因为我要求学生系活结，这样才可以改变小车运动的拉力大小。也正是因为有了这个难度，学生开展这个探究实验就显得很困难。再如四年级上册《冷热与温度》一课，不仅要求学生掌握温度计、计时技能，还必须要学会分析数据的技能。若学生不具备这些技能，那么探究的有效性是无从谈起的。
三、在科学教学中渗透STEM教育理念——“工程”
“工程”是科学和数学的某种应用，通过这一应用，使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统和过程，以最短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类有用的东西，将自然科学的理论应用到具体工农业生产部门中形成的各学科的总称。
可见，STEM教育理念下的“工程”并不是简单地将科学与数学组合起来，而是要把学生学习到的零碎的知识与机械过程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。
在科学教学中渗透STEM教育理念——“工程”，就要引导学生探究一些“问题”项目，让他们用自己的智慧去设计解决方案，并付诸实施。
（一）“任务挑战”式问题项目
教师为学生提供一些简单的材料，如纸巾、木筷、吸管、水等，先让学生学着做一把空气枪，然后提出问题：怎样让空气枪射出的子弹更远？这个问题项目其实已经有答案，只不过学生暂时还不知道。在教师的引导下，学生可从空气枪的管径大小、推力、管道的密封性等问题方面有目的、有计划地进行探究。从效果上看，与我们曾经提倡的任务驱动教学法有异曲同工之妙。在“问题”任务的驱动下，学生会自主集中注意力进行探究。在探究的过程中，教师实时关注，在必要时给予适当的帮助。这样一来，“工程”的成功可能性就相对提高了，在成就感的激励下，更能激发学生对“高大上的工程”的学习和研究的兴趣，从而培养学生的科学素养。
（二）在动手操作中生成问题项目
如《搭支架》一课，学生通过搭建三角形、四边形、五边形支架后，会发现三角形的支架最稳定。接着自然会生成“不稳定的结构怎样才能变得稳定？”这一问题。学生对问题进行思考并实验，紧接着便是技术层面的事了。学生会根据已有的经验和一定的技术让不稳定的结构变得稳定。随后，教师对学生的技术加以评价，这种方式叫作“架梁”。接下来的“搭建高塔”便是一项工程兼技术的挑战赛。学生以小组为单位进行合作学习：利用已有知识（数学、科学、技术）——画出高塔设计图——讨论设计图的可行性——做出预算（需要的材料）——建造高塔工程——展示成果——评价（互评与自评）——改进设计方案——完善高塔的搭建工程。在整个的高塔的搭建过程中，学生对自己的设计方案和作品津津乐道，并对课程本身产生浓厚的兴趣，其综合技术与技能也得到提升与发展。
STEM教育在我国从理念走向实践势在必行，其中的难度也是可想而知的。将STEM教育思想合理地渗透进小学科学课程中，能够全面实现优势互补，更好地培养学生的科学思维与实践操作能力。要真正发挥STEM教育的长处，科学教师还应该多下功夫把科学、技术、工程、数学这四条彩线，交织在一起，融合在一起，才能织出更加绚丽的画卷。
【作者单位：丹阳市界牌中心小学 江苏】
一、STEM教育与科学课程的契合点——技术与工程
STEM是科学、技术、工程和数学四门课程的简称，但STEM并不是科学、技术、工程、数学教育的简单叠加，而是强调多学科的交叉融合。将这四门学科内容组合形成一个有机的整体，可以更好地培养学生的创新精神与实践能力。
科学课程标准已把“技术与工程”列入课程目标内容之一。技术与工程领域的学习可以使学生有机会综合所学的各方面知识;体验科学技术对个人生活和社会发展的影响;技术与工程的实践活动可以使学生体会到“做”的成功和乐趣，并养成“动手做”解决问题的习惯。
STEM教育理念下的技术与工程，离不开科学与数学的结合。因此，STEM教育与科学课程的契合点便是技术与工程，技术与工程不仅是科学教育的一个组成部分，也是小学科学教育的发展方向。
二、在科学教学中渗透STEM教育理念——“技术”
“技术”是人类为了满足自身的需求和愿望，遵循自然规律，在长期利用和改造自然的过程中，积累起来的知识、经验、技巧和手段，是人类利用自然改造自然的方法、技能和手段的总和，但也是需在实际中多多磨炼，才能找到自己技术的所在。可见STEM教育理念下的“技术”包括“方法、技能和手段”的学习，掌握与应用等相关联的活动方式、方法。
（一）自制科学材料
在STEM教育中常常需要大量的材料，如何恰当、科学地准备材料也是科学教师必须考虑的问题。小学科学仪器室中的大部分仪器与科学教材是不配套的，科学老师要上好一节科学课，与材料的选择是很有关系的。“巧妇难为无米之炊”，“米”就好比是科学课的材料，可见材料对于科学課的重要性。有时一堂出彩的科学课，在很大程度就与材料有关，材料的新颖性，材料的实效性，都会让科学课堂增色。
如五年级下册《让自行车链条转动起来》一课，学生可以利用机械实验盒中的材料自己设计链条传动装置，也可选用乐高玩具中的链条传动装置材料进行再设计。再如四年级上册《吸热和散热》一课，我利用100W的白炽灯泡、木板、开关、灯座、回形针、纸盒等材料自制了热辐射实验装置，此实验装置结构简单，适宜开展演示或分组实验，不受环境、天气因素影响，可在室内进行实验，实验效果明显。精心挑选制作的材料能唤起学生学习的积极性，学生学习兴趣浓厚，教学的效果也不错。
（二）选择专业化材料
STEM教育活动中，往往会用到一些专业化的工具和材料。如目前受到广泛关注的开源电路板、3D打印、机器人等;还需要一些用来支持或指引扩充思维过程的认知工具，如Scratch少儿编程软件、SPSS社会科学统计软件包、网络沟通工具、123 Design三维CAD建模软件等。这些专业工具材料以及软件的使用对于广大科学教师来说既是挑战，又是福音，它意味着科学教师既可以运用这些新技术工具，又要不断地学习使用新工具，掌握这些新的技术手段。
另外，为了适应人们对STEM教育的需要，许多教具生产厂家也推出了一系列的STEM课程材料包。教学时，教师也可以选择合适的材料包使用，这样可以节省出大量时间运用到教学环节的设计上，确保有好的教学成效。
（三）掌握必备的技能
在STEM教育中，要让学生的合作探究有效，学生就必须具备一定的动手能力和使用材料的技能。如在四年级下册《小车的运动》一课中，在学生探究“小车的运动与拉力”和“小车运动与载重量”这两个问题时，我用了整整两节课的时间。主要问题有：⒈学生的计时技能需要一定的训练，作为一名平时不具备计时能力的学生，在老师简短讲解了秒表使用方法后，许多临时上任的计时员，不能很快进入状态，往往把时间记多了，甚至把秒表按错了;⒉学生计时的准确性不高，因为是手动计时，计时员与控制小车启动的学生往往不能同步，计时员的反应速度也各不相同，造成个别小组的数据偏差较大;⒊学生不会系结。对于《小车运动》这一课，我把实验室的一些材料进行了组合，材料有：两端带金属孔的木板、实验小车、羊毛线。探究时，需要学生将毛线的一端系在小车上，另一端穿过木板上的金属孔，再系上3个螺帽作为小车运动的起始拉力，而就在系结这个环节上，有个别组就用了差不多十几分钟，因为我要求学生系活结，这样才可以改变小车运动的拉力大小。也正是因为有了这个难度，学生开展这个探究实验就显得很困难。再如四年级上册《冷热与温度》一课，不仅要求学生掌握温度计、计时技能，还必须要学会分析数据的技能。若学生不具备这些技能，那么探究的有效性是无从谈起的。
三、在科学教学中渗透STEM教育理念——“工程”
“工程”是科学和数学的某种应用，通过这一应用，使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统和过程，以最短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类有用的东西，将自然科学的理论应用到具体工农业生产部门中形成的各学科的总称。
可见，STEM教育理念下的“工程”并不是简单地将科学与数学组合起来，而是要把学生学习到的零碎的知识与机械过程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。
在科学教学中渗透STEM教育理念——“工程”，就要引导学生探究一些“问题”项目，让他们用自己的智慧去设计解决方案，并付诸实施。
（一）“任务挑战”式问题项目
教师为学生提供一些简单的材料，如纸巾、木筷、吸管、水等，先让学生学着做一把空气枪，然后提出问题：怎样让空气枪射出的子弹更远？这个问题项目其实已经有答案，只不过学生暂时还不知道。在教师的引导下，学生可从空气枪的管径大小、推力、管道的密封性等问题方面有目的、有计划地进行探究。从效果上看，与我们曾经提倡的任务驱动教学法有异曲同工之妙。在“问题”任务的驱动下，学生会自主集中注意力进行探究。在探究的过程中，教师实时关注，在必要时给予适当的帮助。这样一来，“工程”的成功可能性就相对提高了，在成就感的激励下，更能激发学生对“高大上的工程”的学习和研究的兴趣，从而培养学生的科学素养。
（二）在动手操作中生成问题项目
如《搭支架》一课，学生通过搭建三角形、四边形、五边形支架后，会发现三角形的支架最稳定。接着自然会生成“不稳定的结构怎样才能变得稳定？”这一问题。学生对问题进行思考并实验，紧接着便是技术层面的事了。学生会根据已有的经验和一定的技术让不稳定的结构变得稳定。随后，教师对学生的技术加以评价，这种方式叫作“架梁”。接下来的“搭建高塔”便是一项工程兼技术的挑战赛。学生以小组为单位进行合作学习：利用已有知识（数学、科学、技术）——画出高塔设计图——讨论设计图的可行性——做出预算（需要的材料）——建造高塔工程——展示成果——评价（互评与自评）——改进设计方案——完善高塔的搭建工程。在整个的高塔的搭建过程中，学生对自己的设计方案和作品津津乐道，并对课程本身产生浓厚的兴趣，其综合技术与技能也得到提升与发展。
STEM教育在我国从理念走向实践势在必行，其中的难度也是可想而知的。将STEM教育思想合理地渗透进小学科学课程中，能够全面实现优势互补，更好地培养学生的科学思维与实践操作能力。要真正发挥STEM教育的长处，科学教师还应该多下功夫把科学、技术、工程、数学这四条彩线，交织在一起，融合在一起，才能织出更加绚丽的画卷。
【作者单位：丹阳市界牌中心小学 江苏】