小学STEM教学初探

溧阳市新昌小学  王云峰

一、STEM相关理论

（一）为什么要贯彻STEM教育？（为什么教）

1.中国教育背景

保持卓越，领导世界——这是发达国家全力发展STEM教育的终极宗旨。在以美、德等为代表的发达国家中，STEM教育均位居国家行动的战略高度，承担着打造本国在全球范围内核心竞争力的重大任务。“成功者将是那些发明世界的人，而不是那些适应世界的人！”“为未知而教，为未来而学！”

 2.中国STEM教育现状

凝心聚力，砥砺奋进——当前中国的STEM教育，并没有完全模仿国外的做法，而是结合国家与社会需要，汇聚社会各界的力量，不断探索STEM教育的实践路径，在中国人口红利消失和经济发展进入新常态的双重背景下，调整结构、转型升级、提质增效刻不容缓。STEM教育的突破性发展，将不仅回应中国经济社会转型对人才培养的崭新诉求，更将是中国立稳世界强国之列、实现大国梦想的教育方案。

3.中国STEM2029计划

乘云而上，中国气派——面对狂飙突进的科技创新浪潮，中国岂可做待时机，而应创造时机，探索一条有中国特色的STEM教育发展道路，为推动我国STEM教育的健康持续发展，加强教育改革与国家创新驱动发展战略的结合，充分发挥国家教育智库的前瞻智慧与广泛影响，中国教育科学研究院原携手各方有志者和有识者，共创STEM教育的中国气派，共建发展新格局，用教育创新构筑国家和民族的美好未来！

所以很大程度上，STEM教育的推行，是在整个国家层面上，对于未来的考虑。

（二）何为STEM教育？（教什么）

1.关于stem教育的构成和发展史：

STEM(科学、技术、工程和数学)教育理念的提出已有30余年时间，其最初的目的是提升大学本科生的STEM整合性能力，为科技行业输送综合性人才。

20世纪末，STEM教育将关注重点转移至中小学。由于STEM教育倡导问题解决驱动的跨学科整合学习，其很快被中小学接纳，成为许多国家基础教育改革政策的主导，同时也逐渐成为研究热点。

21世纪初，艺术(Art)在发展学生创造性和批判性思维、技能方面的作用也受到重视，STEM+Art发展了STEM教育理念，形成了“以数学为基础，通过工程和艺术理解科学和技术”的跨学科的、整合的STEAM教育。

STEM教育的内涵还在不断发展完善，在强调合作交流的21世纪，读写能力(Reading and Writing ability)被赋予了新的内涵，具有创新素质的STEM人才还应该学会如何与人交流、沟通和合作，能够清晰地表达自己的观点，撰写规范的行业报告等等，这就是21世纪的读写能力。融合读写能力的STEAM教育形成了STREAM教育，本质上是对STEAM教育活动中合作问题解决的重视。

2015年，奥马巴签署《STEM教育法(2015)》，将计算机科学也纳入STEM教育，进一步拓展了STEM教育的内涵，这也标志着STEM教育在美国的全面发展。

2017年2月印发的《义务教育小学科学课程标准》的主要变化与特点之四：加强解决实际问题能力的教学。

2、关于STEM教育法：STEM教育还试图彻底改变以老师为中心的典型性课堂模式，鼓励发展一种问题解决式、探索发现式学习的课程模式，这个模式要求学生积极参与，以寻求解问题的解决方法。STEM教学有别于传统教学过程，其倡导的教学过程是探究性教学、基于项目的教学、基于设计的教学、基于证据的教学过程，是学生综合利用STEM知识解决现实问题的过程，是教师教的活动和学生学的活动协同发展过程。 

（三）学校STEM教育是怎样进行的？（怎样教）

1.总的要求：

STEM教学法，是将科学、技术、工程和数学的学科界限打通，让它们相辅相成，共同完成整体教学。科学、工程和数学学科因技术而圆满，同时技术学科也学以致用，为解决问题提供了一种创新思路。

2.具体说来：  
在日常学习中，STEM要贯彻于方方面面，点点滴滴：

①孩子的日常像一个科学家：记录观察、进行实验或者进行自己的研究。学习通常是基于项目的，可能乍看起来不成系统，不分学科。而且学习通常是通过  动手来实现的，而不是通过背诵记忆； 

②日常学习和未来的职业联系在一起：为了帮助孩子们了解某个STEM相关职位都需要用到什么知识，学校会联系当地的科技企业、医院、科研机构组织孩子们去实习；

③与其他科目的互动与结合：科学、技术、工程和数学会渗透到孩子学习的每个学科，比如孩子们会学到科学史、环境史；

④教学全程运用技术手段：实验进程、提交实验结果、进行测试、老师的教学，都通过计算机实现……每个孩子人手一台电脑；

⑤不像传统教室一样安静：孩子们分成小组，随时进行讨论。

二、小学STEM教学尝试

作为一名小学科学教师，笔者也在自己的小学科学教学中进行了STEM教育的尝试，实际教学中我深深感到STEM教育在课程选择、材料准备、教学方式等方面较以往的传统科学教学有很大的改变，对于提升孩子的科学素养发挥了关键作用。

  (一)课程综合化，选择多样化 

     在小学科学教学中，我们将技术、工程、数学知识整合到小学科学教学中，实现课程综合化，同时给学生自由选择权，选取自己感兴趣的内容进行教学。  

  1.课程综合化  

     课程综合化是指在小学科学教学中，有机整合技术、工程、数学知识，并在教学中发展学生的数学、语言、技术等方面能力。以《搭支架》这一STEM方案为例，就整合了技术、工程、数学等方面知识，学生可以在轻松愉悦的学习中收获知识，发展能力。    

《搭支架》教学内容是让学生探究不同结构建筑材料的特点，围绕如何使结构更加稳固开展设计与技术的教学活动。这是一个科学和技术交织在一起的案例，结构的稳固性中既有科学原理，又蕴含着工程设计和操作技术。在活动中，学生首先探索三角形和正方形的特点，尝试加固正方体和立方体，了解结构的对称性和稳定性，理解三角形是一种稳定的结构，理解结构的稳固性与结构的形状、所用材料的材质、连接的方式等有关。最后通过设计和制作搭建建筑，运用三角形的稳定性，探索建筑物的稳固性。结构的稳固性是一条有效的线索，它连接着与稳固性和结构相关的科学原理和工程技术。在这一活动中，学生不仅学习了数学方面关于几何形状的有关知识，还学习了工程方面的关于结构材质、连接方式等知识，最重要的是，学生最终建立了自己的“城堡”，学习变得如此的快乐。  

  2.选择多样化  

     在STEM课程选择上，教师应该给予学生更多的选择权，同时教师也应该从生活中遴选最恰当的最适合儿童探究的活动主题。有的STEM项目还把教育内容游戏化，将基于探索和目标导向的学习嵌入游戏中。比如，《建桥梁》的活动中，学生就好像在游戏中完成学习任务。在游戏开始，学生可以拥有更多的自主选择权，他们可以选择自己的合作伙伴，可以选择合适的材料，甚至可以选择自己喜欢的桥的样式。正因为孩子拥有了那么多选择权，学生在探究中才更投入，活动效果才会更佳。   

 (二)材料选择生活化、专业化  

     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要考虑的问题。  

  1.材料选择生活化  

     选择生活化探究材料作为STEM活动材料，主要是因为这些材料取材方便，来源广泛，种类丰富，在弥补现有材料不足、丰富探究活动、把活动拓展到课外方面，能发挥积极作用。同时材料的收集可以让学生来参与完成。学生在收集材料的过程中，会提前进入相关思维活动，提高参与活动的积极性。

例如，在教学教科版小学科学五年级下册《神奇的机械》单元时，我设计了STEM活动，利用简单机械制作一个玩具。所需器材全部由学生完成。活动中，学生带来了丰富多样的材料：有家里拆旧下来的轴承，有自己玩的乐高玩具里的齿轮，还有自己用瓶盖制作的滑轮等等，学生利用这些材料设计出多种多样的玩具，对简单机械的性质作用有了更深入的了解。  

  2.材料选择专业化  

     STEM教育活动中往往会用到一些专业化的工具和材料，如目前广受关注的3D打印机、开源电路板等，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可视化程序设计工具、概念图工具、SPSS数据分析工具、网络沟通工具、三维建模工具等。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)教学方式学生中心化，评价多元化  

  1.教学方式学生中心化  

     STEM提供了学生动手做的学习体验，学生应用所学的数学和科学知识应对现实世界问题，创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。因此，STEM教育必须以学生为中心，注重学生的体验，让学生在参与、体验中不仅获得结果性知识，还习得蕴含在项目问题解决过程中的过程性知识。这种在参与、体验中习得知识的方式对学生今后的工作和生活的长远发展会产生深刻影响。  

     当然STEM教育重视学习者学习主体地位的同时，也不能忽视教师的指导作用。STEM教师既需要保持对各个教学环节的控制、管理、帮助和指导，又需要从课堂主角变为幕后导演，成为学生意义建构的帮助者、促进者。  

  2.评价方式多元化  

     STEM教育的评价过程应该改变以往单一的评价方式，强调多元评价主体、形成性评价、面向学习过程的评价。  

     为了在STEM教育活动过程中更好地达到教学目标，教师要注重评价方式的多元化，需要在教学过程中不断进行形成性评价。通过使用量表、行为观察和知识测验等形式了解学生阶段性的教学成果和存在问题，及时对STEM活动方案进行修改、完善。在活动关键阶段或者活动完成时，我们也可以采用总结性评价以检验学习效果是否达到预期的教学目标。STEM教学侧重于培养学习者解决实际问题的能力，比传统的纸笔测试更加灵活多样，并关注学习者的真实能力。  

     应该说，对于STEM教育我只是个“小学生”，所做的只是一般性的尝试，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、数学这四种彩线，交织在一起，融合在一起，才能织出绚丽的画卷。