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浅谈如何运用STEM理念构建初中科学高效课堂

发表时间：2020/8/12 来源：《文化时代》2020年7期作者：张邦特

[导读] 在发展中国学生核心素养为背景下的学科教学，要求六大核心素养之间相互联系、互相补充、相互促进，在不同情境中整体发挥作用，这就需要在学科教学中有更强的融合性。就科学学科而言，本来就是一门综合学科，在学生核心素养的培养过程中，更应该注重与其他学科之间的大融合，特别是与技术、工程、数学之间融合来解决实际的问题，切实提高学生的科学精神和实践创新能力。美国教育中的STEM教学对当下中国学生核心素养的培养有着一

龙港市玉成实验学校
        摘要：在发展中国学生核心素养为背景下的学科教学，要求六大核心素养之间相互联系、互相补充、相互促进，在不同情境中整体发挥作用，这就需要在学科教学中有更强的融合性。就科学学科而言，本来就是一门综合学科，在学生核心素养的培养过程中，更应该注重与其他学科之间的大融合，特别是与技术、工程、数学之间融合来解决实际的问题，切实提高学生的科学精神和实践创新能力。美国教育中的STEM教学对当下中国学生核心素养的培养有着一定的借鉴意义，特别是对科学的教学指导意义更为有效，但是在使用STEM教学的过程中，实际存在着很多的问题，笔者从拓展课程设计的角度，以利用科学知识解决实际问题为切入点，采用建模的方式，结合学生所学的数学知识、技术和工程素养来进行单元综合学习，对培养学生的科学精神和实践创新能力有一定的帮助。
        关键词：STEM;核心素养;拓展课程
        2016年9月，中国学生发展核心素养研究成果发布，中国学生发展核心素养以培养“全面发展的人”为核心，分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新等六大素养，具体细化为国家认同等18个基本要点。以培养学生素养为要点的教育，会更加重视学科的融合性，大综合趋势会更加明显。
        美国的STEM就是一门大综合融合课程，是由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门课程融合而成，其重点是加强对学生四个方面的教育：一是科学素养，即运用科学知识（如物理、化学、生物科学和地球空间科学）理解自然界并参与影响自然界的过程;二是技术素养，也就是使用、管理、理解和评价技术的能力;三是工程素养，即对技术工程设计与开发过程的理解;四是数学素养，也就是学生发现、表达、解释和解决多种情境下的数学问题的能力。
        STEM教育能对跨领域跨学科的知识进行整合，体现了学科之间大综合的教育观念，与当下中国学生核心素养的培养思路不谋而合。目前在科学学科的教学过程中，已经有很多的教师在自己的课程中引入STEM教学的理念，并开始探究适合中国学生的STEM教学形式。
        一、 STEM理念下科学教学的问题分析
        （一）教师层面：课堂设计为了追求STEM的完整性，忽略了教育规律
        当下部分教师对STEM教育的理解就是在解决实际问题的时候一定要用到数学、科学、技术、工程四个方面的知识，为了课堂上能够凑齐四个要素，往往生搬硬套，没有从学生认知规律出发设计教学，导致课堂结构松散，学生只是走马观花地体验了四门独立的学科，但是为什么要这么做往往是稀里糊涂，一头雾水。
        （二）学生个人层面：以模仿教师的操作为主，缺少必要的學科思维养成过程
        STEM课程对学生综合能力的要求比较高，而学生欠缺的恰恰是综合能力，特别是没有经过体系学习的中国学生，在新授课的过程中，既要掌握新知识，又要与其他学生进行融合，还要应用知识，最后的结果往往只能是模仿教师，进行重复性的操作和识记，而没有真正了解操作背后的隐含的学科原理、知识背景，只知其然而不知所以然。
        （三）学生团队层面：合作能力、合作方式有待改进
        当前的科学教学，有探究必定有小组，殊不知，学生一直缺乏科学的、有计划的小组合作学习的培养，学生没有足够的小组合作能力，也没有比较合适的小组合作方式。

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我们仔细去观察学生学习小组的讨论，你就会发现，合作过多次的小组，往往存在一个或者两个的核心人数，其他同学往往是听从核心人物的要求去完成一些任务，但是为什么需要这么做，好多学生根本就不清楚;临时组建的小组，有时候连基本的相互交流也会出现一些问题，如何能进行有效地合作？
        综合以上三点，结合目前教材的课程设置，如果能够以小组合作的形式，在单元学习之后，以拓展课的形式进行单元整合课程的设置，既有利于教师在更多的资源下能进行有效地融合课程设计，也有利于学生在形成一定学科素养的基础上进一步了解科学原理和内涵，更能够使学生在平时合作学习的基础上进行更深入地合作。
        二、 STEM理念下的科学拓展课程设计的指导思想
        （一）真实情境化设计原则
        情境学习理论认为，学习者的学习动机源于现实情境，情境学习理论将学习者视为情境的组成要素，因此教师不止要创设较为真实的情境，特别是学生曾经经历过或者听说过的情境，更应该鼓励学生成为真实情境的创设者，利用已有的学科知识来分析问题、探索问题、解决问题。当学生以情境创设者的身份参与学习的过程并最终解决问题，将获得成就感，学习的兴趣将会获得持久的提升。
        （二）注重有效学习支架设计的原则
        为促进学习者对知识的真正理解以及思维的发展，教师、同伴或者其他人提供的一切支持和帮助，我们都成为学习支架。问题是学习过程中最常见的支架，有经验的教师会在学生的学习过程中自然地、应机地提供问题支架。教师可以针对学生在解决实际问题可能会遇到的问题，设置有效的转换支架，搭建合理的思维桥梁，帮助学生转换所获得的信息，促进知识的内化和科学学科素养的形成。
        三、实践反思——基于STEM理念下科学拓展课程设计的注意事项。
        （一）学生的小组合作能力需要持续的培养
        要在学习过程中建立长效的学习小组，平时要进行小组合作的相关培训，要让每一位孩子知道在小组中自己该做什么，该怎么做;要建立小组评价机制和学生个人评价体系，以此促进学生主观能动性的提高;要充分发挥小组核心人物的优势，促成生生互学氛围的营造，让学生之间相互学、帮助学成为小组合作的常态;只有这样，才能建立真正意义上的学习小组。STEM课程应该是建立在成熟学习小组的基础上的。
        （二）学科地整合要聚焦工程
        教师要有效利用实际的情境，引导学生利用科学探究、数学计算、技术知识与技能的应用来完成工程项目，而不是简单地涵盖了四门学科的内容就算完成任务了，应该是四门学科彼此交织，缺一不可。比如在浮力秤的制作过程中，缺少了数学计算就难以在刻度线上标数值，缺少了科学原理也就不能理解为什么小石子的重力等于大象的重力，没有一定的技术，也不能保证船水平漂浮，最终将船改装成浮力秤其实就是一个工程。把学习作为一个实际的工程项目来完成，比较符合STEM教学的理念。
        四、结语
        以核心素养为培养背景的科学教学，必须从传统的以知识为主要目标的教学，转变为如何有效培养学生的核心素养。培养学生的核心素养，需要对课程进行整合。教师要从实际问题的情境出发设计科学拓展课程，在课程设置中要注意聚焦工程，整合科学探究、数学思维、技术知识与技能的应用技巧。教师要在课堂上要充分发挥学生的主观能动性，在长期的小组合作探究中，在解决问题的情境中，进一步促成学生核心素养的发展。
        参考文献
        ［1］陈刚，巫雪琴.STEM教育在基础教育阶段的探索与实践［J］.中国信息技术教育，2019（20）：4-11.
        ［2］孙燕.STEM教学与科学课程融合的探索与反思［J］.教育科学论坛，2019（20）：33-34.
        ［3］崔圳超.面向初中生学习力培养的STEM课程开发与实践研究［D］.广州：广州大学，2019.