罗志荣
广州市荔湾区环市西路小学
【摘要】
STEM教育理念提出以整合的教学方式使学生理解科学知识、掌握探究技能，并迁移应用于实践，解决实际问题，对科学教学理念的发展产生积极的意义。近年来，我区科学教学教研融合STEM教育理念进行“科学实验课改进+科技活动引领”的深入研究，构建了“课堂探究学习+课外实践活动”的科学教学模式。本文就教学模式的构成、实施、评价等方面进行论述，以探讨“4+X”教学研究中科学课程教学模式的成效。
【关键词】 STEM教育 小学科学 教学整合 教学模式
小学科学课程是一门基础性的实践、综合课程，以培养小学生科学素养为宗旨，积极倡导让学生亲身经历以探究为主的学习活动，培养他们的好奇心和探究欲，发展他们对科学本质的理解，使他们学会探究解决问题的策略，为他们终身的学习和生活打好基础。
基于我国课程设置的实际情况，以及小学科学教学实际和地域性差异等因素，怎样的科学教学理念更适用于各地的实际发展水平和社会需要呢？上世纪九十年代以来，各种前沿教学思想或理念一直在更新着教师们的教学观，如做中学、动手做、STSE( Science,Technology,Society and Environment，科学、技术、社会和环境）、IBSE（Inquiry-Based Science Education，探究式科学教育）、基于核心概念的科学学习等。在提高了科学教师的教学理论修养的同时，也不可避免地让一些教师产生了或多或少的困惑：我们的科学教学，到底应该选择哪个方向？
STEM（Science,Technology,Engineering and Mathematics，科学、技术、工程和数学）无疑是当前科学教育界最热门的一个词。在许多学校，STEM工作坊、STEM校本课程开发与实施等活动正如火如荼地开展，一如当年“科学探究”引入我国小学科学教学界时的热闹。正在修订中的科学课程标准也在课程内容中增加了技术与工程的内容，与物质科学、生命科学和地球与宇宙科学并列成为一个专门的学习领域，并融入了STEM教育理念。
STEM教育理念提出以整合的教学方式使学生理解科学知识、掌握探究技能，并迁移应用于实践，解决实际问题。这对于以往更关注于引导学生体验或经历科学探究过程的科学教学观念，将会形成不小的冲击，并必将对科学教学理念的发展产生积极的意义。
经过多年来对STEM教育理念的融合实践，科学教师的教学观和学生的学习观已经发生了较大的变化。小学科学课程标准倡导的探究性学习正逐步成为师生教与学的主流形式，学生对在实验室开展的科学探究活动越来越娴熟的同时，对身边自然界的观察和认识也越来越受到关注。
近年来，我区科学科的教学教研在STEM教育理念和多元智能理论支持下进行“科学实验课改进+科技活动引领”的深入研究。依托课堂，拓展课外，整合资源，力求全体学生科学思维、技能普遍提升，部分特长学生科学潜能、特长的发掘和发展。打破传统课堂教学，做中学、学中思，螺旋上升，构建了致力培养学生科学素养的新模式。如今，在小学科学教学中教学环节、教学手段、教学资源、教学策略、评价方式都呈现多元发展，整合扩展的新样态。
一、理论依据
1.多元智能理论
20世纪80年代哈佛大学认知心理学家加德纳所提出的多元智能理论，定义智能是人在特定情景中解决问题并有所创造的能力。他认为每个人都不同程度地拥有相对独立的九个范畴的主要智能：语言智能、逻辑一数理智能、空间智能、运动智能、音乐智能、人际交往智能、内省智能、自然观察智能与存在智能，而且每种智力有其独特的认知发展过程和符号系统。
多元智能理论认为学生的差异性是一种宝贵的资源。强调应该根据每个学生的智能优势和智能弱势选择最适合学生个体的方法，关注学生差异，善待学生的差异，用赏识和发现的目光去看待学生，正确引导和挖掘他们，运用多样化的教学模式，促使学生全面发展方面去考虑问题，促进学生潜能的开发，扩展了学生学习评估的基础。
教师的备课、上课更多地从关注学生，采用多种方式和手段呈现用“多元智能”来教学的策略，实现为“多元智能而教”的目的，改进教学的形式和环节，努力培养学生的多种智能。
在教学形式上重视小组合作学习和讨论，以利于人际智能的培养。在教学环节上重视最后的反思环节，培养学生的内省智能。课堂教学丰富多彩，课堂互动形式多样，使学生的主体地位更加明显。给每个学生最适合的发展道路，让每个学生都能成才，最终促进每个学生都成为自己的优秀。
2.STEM教育理念
目前，国际科学教育研究人员提出科学教育应帮助学生理解和掌握科学领域最核心的概念，世界主要国家的科学课程标准也多以主要概念为主线选择科学课程内容。
科学教育的重要目标是培养具有科学素养、适应社会发展的未来公民，使其具备一定的创新能力和实践能力。为达到这一目标，国际科学教育界日益关注科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)教育(即STEM教育)的交叉融合，提出以整合的教学方式使学生掌握知识和技能，并能进行灵活迁移应用，解决现实问题。
STEM教育的融合，让小学科学教学更关注探究教学中的概念学习导向，科学概念的条理化知识和逻辑化思维的功能和探究活动对概念建构的积极作用，以及学生科学概念的形成过程及特点对于学生科学素养提升的促进作用。而《小学科学新课程标准》 2017版就以围绕主要概念构建了课程新的内容体系，增强科学课程的整体性和适宜性和课程内容的有效衔接。必将对科学教学理念的发展产生积极的意义。
二、模式的定位
小学科学课是一门立足于探究，以活动为主体的课程。教学的主要活动就是指导学生观察、实验，引导学生合作交流、评价反思，指引学生迁移运用，重在能力、习惯、技能的培养。其特征就是学科内学习范畴的纵向整合与拓展，以及多学科的横向整合。
多学科范畴的整合，多知识领域的综合，让小学科学的涵盖范畴非常之大，异常之广。加之工程技术的即将介入，令到科学课堂难以容纳和承受如此之庞大的内容体系。因此，课外科技教育活动适时介入以及与其他学科（综合实践、信息、语文、数学）的教学联动、整合，能有效地解决课堂容量过饱和的问题。
学科整合互补，分享教学资源，分担教学内容，帮助学生迁移运用，巩固提高技能，正是科学教学的新样态。
融合STEM教育理念的科学素养教学模式，以主要概念为主线整合科学课程内容，以PBL学习（问题式学习和项目式学习）为课程组织方式，以合作探究为主要学习方法，将知识点和技能点的学习转变为实践能力的训练和提升。强调学生的自主构建，体现了对新概念的形成过程，突出自主学习的主体地位，培养创新能力。教学理念的变更，必将导致教学侧重点的改变。STEM教育中强调的实践力在单纯的课堂教学中难以实现，更无法转化，这就需要课外的活动来进行必要的补充和丰富。所以，新理念下的科学教学模式空间拓宽为“课堂探究学习+课外实践活动”。更对教学资源进行必要的“学校+家庭+社会”的整合延伸， “教师+教练+家长”的教学力量重组。
三、模式体系建构
有鉴于科学教学理念的发展，我们根据区内学生和教师的实际情况，进行了一系列的教学实验和革新，构建了基于促进学生科学素养发展的教学模式（见图1）。模式以促进学生科学素养发展为目标，设置课内、课外两个层面的教学活动，课堂教学与课外实践结合，学科纵向综合。以课堂教学为依托，课外实践活动为拓展补充，使科学课程更加完整和丰满，更能体现课程的教育目标，即培养具有科学素养、适应社会发展的合格公民，使其在具备一定的科学知识、科学方法的前提下，能够具备创新能力和实践能力，以适应21世纪的要求。
参照广州市教育研究院小学科学科的“5E教学模式”和“本土化STEEN教育设想”，在课堂教学中以概念构建、学习为导向，设计了“假设质疑—合作探究—分析感悟 —评价反思—迁移运用”5大环节，让学生通过课堂系统、分层的学习，保证对科学认知的逻辑性、全面性和科学性。
传统观念认为，实践是一种手脑并用的操作活动。而在美国制定的NGSS（下一代科学标准）中使用“实践”代替“技能”，以强调参与科学研究不仅需要技能，而且需要有针对性的特定知识。“实践”能更好地解释和拓展“探究”在科学上的意义，说明实践所需要的认知、社会和自然实践的范围。在现时的教育大环境下，科学实践活动往往在课外空间中展开，表现为一系列的科学观察、调查、发明、竞技类活动。因此，我们在课外实践层面设定了“活动激趣”“阅读积累”“观察实验”“调查研究”“创造发明”“竞技竞赛”六大模块。在活动过程中，学生通过训练而掌握了一定的科学方法，巩固科学知识，并进一步综合运用，从而保持科学学习的兴趣，夯实科学素养基础，个性发展特长。
图1 科学素养教学模式
（一）课堂教学五大学习环节
课堂教学的基本操作由“假设质疑—合作探究—分析感悟 —评价反思—迁移运用”五个环节构成。（见图2）以概念构建、掌握和拓展为主线，问题为牵引，项目式学习为主体，整体调动学生科学学习的兴趣、知识、方法和精神四大要素，从而全面提升学生的综合科学素养。（见下表）各环节之间逻辑紧密，环环相扣，呈现螺旋上升趋势。
（*参考广州市教育研究院 马学军 《5E模式在科学课堂的应用》）
（二）课外实践六大活动模块
科学素养不仅包括对科学知识的了解，还包括对研究过程和方法的了解，必要的操作方法与技能也都是必需的。从教材、教师那里，学生已经能够获得较为完善、准确的内容，但如果学生能够亲自参与实践操作，将所学所得在科学技术活动中加以利用，他们就可以获得更为真切的感受。
科学实践活动就是为学生构建一个交流、体验、感悟和发展的平台，激发他们的科学精神。它需要调动学生本人的整体科学素养，让学生提取自己关于科学的一切认知，寻找或实践操作技术和方法，使学生的科学素养获得综合、系统的提升。
早在《小学科学新课程标准》 2017版颁布前，技术与工程内容在如火如荼的各类科技教育活动和学校科技社团活动中就已经得到一定程度的落实和展开。
所以，科学实践活动并不是一样新的教学手段或途径，也不是以往认为的“一种脱离教材内容和教学目标的非教学活动。”在STEM教育理念的倡导下，课外的科学活动（包括科技教育活动）是学生学习的必要途径和方式。一般以活动或项目形式出现，着重于对学生实践力进行训练，发掘学生的学习潜能，发挥他们的某一种专长，赋予他们个性化的智能模块充分发挥和展示，在提升学生科学素养方面的作用非常明显。
因此，在现有的教育教学大环境下，我们在课外实践层面设定了“活动激趣”“阅读积累”“观察实验”“调查研研究”“创造发明”“竞技竞赛”六大模块。
“活动激趣”中的活动是指学校和区内开展丰富多彩的校园科普活动。利用科技月、科技周和科学（科技）社团活动，带动广大学生参与到实践探究中去，激发学习兴趣，感受科学的趣味，体验科学的神奇。
“阅读积累”中的阅读是指科学阅读。科学阅读是学生科学素养形成的阅读行为。人类除条件反射外的一切行为都是以认知为基础的，尤以知识性认知为主。引导学生进行必要的，适量的科学阅读可拓宽学生科学知识面，积累一定的科学知识涵量，并掌握初步的科学方法，树立科学精神。
“观察实验”是指由教材内外的内容而延伸的项目式学习，以问题为导向，具体落实到某一研究点上而进行的合作探究活动基础起点。如课内延伸的《调查家乡水质》《垃圾的处理与利用》，利用课余拓展空间和深度进行。有利于学生科学知识和方法的巩固和综合运用。
“调查研究”“创造发明”植根于“观察实验”，是深层探究后的感悟和反思，并得以拓展和进一步的延伸、综合。如科学小调查、小论文，各类发明创造活动，环境地图、科学演讲等，对于学生综合能力运用提出了更高的要求。
“竞技竞赛”是科学、科技、体育范畴内的大综合。如四模一电教育竞赛活动，创意机器人竞赛，主要针对部分特长生，同时面向全体学生进行普及教育。关联到教学环节上，更倾向于迁移运用。
六大活动模块即可单独联系于某一教学环节，更能从整体上体现科学素养的综合培养和发展。
四、实施策略及评价
（一）教学策略
1.注重科学知识的整合，强调整体性教学
? 《科学》课程教学必须从学生的实际出发，激发他们的学习兴趣。学生对科学知识的学习始于他们在生活实践中对自然界的认识，而不是单纯对书本知识的记忆和接受。因此，必须关注学生原有认识对《科学》学习的影响，借助各种教育资源，引导学生认识原有经验的局限性，主动建构科学知识体系，学习科学方法，发展科学探究能力，培养科学态度、情感与价值观，了解科学、技术与社会的关系。
《科学》课程以自然界为研究对象，把物理、化学、生物和地理等有关的知识综合成一体，教学时切忌随意把课程肢解为分科来教授，必须强调整体性教学，这有利于学生从整体上认识自然，从整体上认识科学、技术与社会的关系，并有利于知识迁移。同时，也有利于教师的发展。
2.注重科学素养的培养，倡导探究性学习
《标准》及教材内容的呈现上都强调培养学生的科学探究能力，教材中师生活动多，这实际上就是注重科学素养的培养，加强探究性学习，教师必须给予充分的关注。
探究活动的设计应当符合学生的心理特点，注意从学生熟悉的事物出发，设计学生喜爱的活动，提倡用自制教具和低成本实验进行探究活动，将课内与课外、校内与校外的探究活动结合起来，鼓励学生参与力所能及的科学小课题研究。
教学中应重视实验，使学生通过实验来理解和掌握自然科学的概念、原理和规律。
3.安排教学计划与教学时间应有一定的灵活性
一些重要科学观念的形成，是一个复杂的过程，教师应给学生充分的时间观察、实验、分析、讨论，特别是科学探究，需要花费较多时间进行活动。如果学生对某次探究活动特别感兴趣，或者探究过程中学生又发现了新问题，需要进一步探究，则可以延长时间让学生进行充分的探究和讨论。教师应依据《标准》并根据教学过程中学生学习和发展的实际需要，合理处理教材，灵活掌握时间。
（二）活动策略
1.创造条件，激发学生勇于参与、经历科学实践活动的兴趣
学生学习科学，不仅仅是获取信息、接受知识，更重要的是能运用一定的科学方法去自行探究科学，探索大自然的奥秘，并让他们在经历科学探索的过程中，更好地掌握获取知识的方法和能力，来解决生活中的一些具体问题。
兴趣是学习最好的老师。只有激发起学生的实践兴趣，才能达成学习的目标。因此，我们要创设轻松活泼的环境，开展吸引学生的活动项目，设计生动有趣的活动内容，对学生进行激趣导学。
2.时间、空间延伸，拓宽学生实践创新途径。
? ??科学课堂教学的时间和空间是有限的，而小学生对自然科学的探索是无止境的。在学生已理解了一定的科学概念，掌握了一定的科学研究方法之后，教师要十分重视引导学生灵活地应用已有的知识与技能，去解决生活中遇到的一些实际问题，去进行一些新的或较深层次的探索，这是学生从学习知识到灵活应用知识的一个深化过程，一个知识有效迁移的过程，更是思维与能力的重要表现。由此，科学实践活动作为课堂教学的互补和延伸，拓宽了学生实践和创新的途径，也大大丰富了学生科学素质的形成和内容。
3.内容多样，点面结合；针对开展，多元发展
??科学实践活动形式多样，内容丰富，既有科学知识、技能的小综合，更有与其他知识领域的大综合；有面向全体学生的普及教育活动，也有针对特长学生的专项竞技项目。
科学教学必须要面向全体学生，更要关注学生的特长开发和个性发展。因此在科学实践活动中我们要注意做到活动的内容要丰富多样，面向全体学生普及教育，如利用科技节、科技周和社团活动展示，带动全体学生参与活动，体验科学，学习科学，养成一定的科学精神。同时，要利用各级各类的科学、科技竞赛培训部分特长生，使他们在活动中开发潜能，发展所长。
（三）综合评价
传统纸笔书面测试以科学知识基础评价为主，以鉴定与证明为主要功能，关注教育事物达到预期目标的程度，忽略动手动脑能力、情感态度和价值观的综合评价。
2013学年开始，根据《义务教育小学科学新课程标准(2011版)》的指导，我们开展了教学评价方法的研究，制定出以长短周期作业为主要评价手段，综合评定量表、教师观察和杰出表现记录为整体综合评价形式。强调对教育过程的参与，发挥评价的调控与改进功能，使教学活动在进行过程中不断得到反馈信息，对产生的问题与偏差可以及时干预与调整，实现教学过程的最优化。从而更有效地评价和促进学生全面的科学素养发展 。
1.评价方法
作业法：即教师提供一项作业任务，从学生完成该作业的质量判断其有关水平与能力。作业法从形式上可分为短周期与长周期两种。
短周期作业：指教师提供某一作业任务，学生当堂完成。教师通过现场观察其完成作业的速度、质量与效果，评价其某些方面的水平与能力。
长周期作业：指教师布置作业任务，学生从设计、实施到报告可以经历一段时间（从几天到几个月），其间教师参与全程指导，并根据学生对指导的依赖性和表现，对其有关方面作出评价。
2.评价内容
针对小学科学课程生命世界、物质世界、地球与宇宙三大学习范畴以及科学探究、情感态度与价值观、科学知识三个分目标的达成，我们选取3—6年级《科学》（人教版实验版）中部分单元的课内实验和课外实验作业，作为考查评价的内容。（见下表）
并在考查中不断摸索，不断分析、总结，力求开创出一种更符合《课标》理念的课程评价模式。
带*为短周期作业，课内实验内容
3.评价实施成效
（1）作业考查评价在教学全过程中实施，在评价范围上涵盖科学素养的多个方面，既考察了学生对科学概念与事实的理解，又评价了学生在情感态度与价值观、科学探究的方法与能力、科学的行为与习惯、合作意识等方面的变化与进步。
（2）实现了教师、学生的共同参与，在一定的程度上激发了学生学习的主动性和趣味性，体现了学生的学习主体地位，体现了科学课程的全面性、探究性、开放性和评价的综合性、发展性。
【参考资料】
[1] 《小学科学新课程标准》 2017版.
[2] 霍华德?加德纳 著，沈致隆译，《多元智能理论》，2002.
[3] 【美】罗宾.福格蒂 朱迪.斯托尔 著，郅庭瑾 主译：《多元智能与课堂整合》，教育科学出版社，2004.
[4] 【美】卡洛林.查普曼 著，郅庭瑾 主译：《课堂上开发多元智能》，教育科学出版社，2004.
[5] 徐向明,《小学科学能力培养》,[M]人民大学出版社，2010.
[6] 吴回春,《新课改背景下小学科学实验教学课程研究》,教育教学论坛,2013-02-13.
[7] 徐敬标,《小学科学教学技能》,[M]华东师范大学出版社,2010.
[8] 马一兵,《小学生科学实验设计与研究》,长春师范学院 2011-06-01.
[9] 王坦，《合作学习的理念与实施》，中国人事出版社，2002.
[10] 郅庭瑾：《教会学生思维》，教育科学出版社，2001.