雷向媛
柳州市东环路小学 广西 柳州 545006
【摘要】知识经济时代教育目标之一，是培养具有STEM素养的人才，并称其为全球竞争力的关键。基于我校信息技术示范校和我区在全国内信息技术示范点的前提下和我们学校信息处团队课题研究指导带领下，我们的学校在STEM教育方面不断加大投入，鼓励学生主修科学、技术、工程和数学，培养其科技理工素养。
【关键词】科学；技术；工程；数学；STEM素养
2016年教育部出台的《教育信息化“十三五”规划”》中明确指出有效利用信息技术推进“众创空间”建设，探索STEM教育、创客教育等新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识，养成数字化学习习惯，具备重视信息安全、遵守信息社会伦理道德与法律法规的素养。我校基于STEM教育课题对STEM应用方法开展研究。
一、培养STEM素养现阶段的问题
现阶段的小学课设置程中只有科学课程和数学课程，这两门课程单一的只能培养STME素养中的两个方面。在科学、技术、工程、数学之间存在着一种相互支撑、相互补充、共同发展的关系。如果要了解它们，尤其是它们之间的关系，就不能独立其中任何一个部分，只有在交互中，在相互的碰撞中，才能实现深层次的学习、理解性学习，也才能真正培养儿童各个方面的技能和认识。可见，当教师在考虑如何将STEM教育引入中小学科学课堂时，必须将它们看作4种彩线，交织在一起，融合在一起，才能织出绚丽的画卷。
二、探究培养STEM素养的方法
如何让学生能够动脑、动手，促进学生健康、快乐地成长，培养学生的创新思维、实践能力和知识的积累呢？学生需要通过一个项目如何综合运用科学技术、工程、数学四方面知识，解决真实世界中的问题是它主要的特点。基于柳州市教育局电教站和鱼峰区教育局对我校的关注和我校对创客教育的大力投入，我们得到了清华大学卡魅工作室设备和课程支持。
但对于本校实际情况探究发现，卡魅课程应用CAD制图及物理学原理对于我校小学生来说过于复杂，于是经过思考结合我校信息技术课程原有的3D打印设计课程基础，开发了更易于小学阶段学习的STEM课程。
三、STEM素养培养过程
（一）探索阶段
在最初的探索阶段，我们应用清华大学卡魅工作室的设备和课程让学生在课堂中学习，由于小学课程繁多的原因，我校每周只有一节课开展学习。学生在学习知识和原理的过程下还要学习技术和制作就已经占去大量的时间，再加上卡魅课程中激光雕刻的作品是需要CAD软件来进行设计的，CAD是一个可以对立体图案进行平面设计的软件，其实卡魅工作室的激光雕刻机也只是对于一个平面进行输出，但我们往往要运用STEM素养设计制作出的作品是立体化的，然而我发现学生的平面思维到立体思维是很难进行过度的，这对于小学知识阶段的孩子难度其实十分大。那么如何将设备和知识结构有效的衔接在一起又让学生易于理解和操作呢？
基于我校信息技术特色课程3Done设计的学习，这是我校四年级段就开始让学生在信息技术课堂中学习的一个自主研发课程，相对于CAD来说三维的立体设计对学生的平面思维转化和训练有着很大的作用，于是我采用更为简单的3Done的设计练习方式来进行学生的前期训练。
（二）阶段性学习
在前期的培训中，我采用3Done设计练习的方式，让学生有效的掌握，空间的概念，以及数据的应用方法。
例如：设计一个30mmX40mmX50mm的立方体，和一个半径为45mm的圆形，在立方体的正上方。学生除了需要运用数学的立体周长知识在软件上创建一个30mmX40mmX50mm的立方体以外，还要运用数学圆周半径知识创建出一个半径为45mm的球体，并且利用空间建设思维将球形放置到立方体的正上方。再设计中学生及运用到了数学概念也运用到了立体空间思维，从而有效的从平面思维转化到立体思维，并锻炼了学生的数学应用能力和三维空间的感知能力，在这个阶段的培养中，我培养了学生的S和M的素养但这远远不够，还需要更多的综合提升。
在中期的培养训练中，我设计了运用3Done设计模拟的方法让学生参照平面图案，想象设计立体图案，锻炼学生从二维平面思维转化成三维空间思维的能力。例如：我将一张机器人设计完成的实物照片发送给学生，学生对机器人的头身手脚进行分析，将这些部位进行立体形状的拆分，头可以转化成球形，身体可以转化成圆梯形，手的各部分可以转化成椭球形，腿的部分也可以转化成椭球型，脚的部分可以转化成半圆形，通过这样的转化，学生将基本的形体大致制作出来之后，在对其位置进行调整，由于手和脚是相对称的，学生可以应用美术学习的知识镜像的方式对机器人身体的另一半进行复制，最后再对细节进行简单的修饰和调整，这样一个机器人的大致外形就设计好了，通过这样的设计学生能够从平面照片中观察出三维立体的空间，并且对立体空间进行创建合还原，能够有效的锻炼他们的三维空间能力的同时培养他们审美应用美学的能力，在这个阶段中我培养了STEM素养中的S、E、M三项能力，但这还缺乏一项能力T我应该怎么样培养呢，这也是个跨度非常大的问题，于是进阶的学习就要运用到卡魅工作室的设备了。
在后期要解决T的能力跨度是非常大的所以我分学期进行培养，上学期学习的是3Done，下学期将要进入卡魅CAD的学习，在学习CAD的同时学生对数据的掌握和绘图的能力都需要进行长时间的学习和应用才能够掌握，虽然有了立体思维的基础，不会应用数据和拆分立体平面还是有难度的，于是我先从简单的平面设计入手先画好正方形、圆形、三角形、直线、和弧形进行基础的练习后，让他们拆分三维立体模型对物体结合点进行设计。例如制作小灯箱的课程，学生们首先设计好灯箱的一个面，对一个面进行复制，复制出立方体的六个面，再在六个面中相应的位置设计出凹凸点。这个过程其实是非常容易混淆的，所以，我先雕刻出了模板，并让他们进行拆分组合的练习。从动手摸索中找到凹凸的规律，然后再将规律设计到自己的方形灯箱中。最后进行激光切割、组合。组合好灯箱就要将电路电源安装到灯内了，这时需要运用到物理的知识对电路和电源还有开关进行组合，对于小学生来说了解正负极的概念还是可以的,这是科学课上也学习过的知识，于是运用正负极的知识对电路进行了组装，最后运用热熔胶将电路固定到方形灯中，这样一个综合运用STEM素养的作品就设计制作完成。
在这个阶段的培养中我将STEM的所有素养对学生进行了综合的锻炼和培养，虽然过程是跨度很大但相对于难度来说，有了之前学习3Done设计的三维空间建构的铺垫，使之更显容易了许多，而并不是教师单一的知识灌输指导，让学生在思考训练、动手实践中一步一步的培养了他们的STEM素养。
四、结果
通过在学校举办动漫科技节将STEM的教学成果进行展示的数量和质量加上平时各科目学习成绩的对比，发现学习STEM课程的学生在综合实践能力上优秀于没有参加STEM课程学习的学生，他们参加动漫科技节的展示项目优于其他的学生，如：舞蹈、时装设计秀、科技技能竞赛的成绩，在其他科目的学习成绩方面也相对于优秀。这体现了STEM教学在小学教育中实践的一种效果。
除此之外培养STEM素养的方法还是很多的，我只是结合自身教学的条件来对小学生STEM素养进行了一个简化而持续的培养。我运用3Done进行二维到三维的思维转训练同时提升学生的数学和立体空间的概念，再用CAD卡魅课程对学生动手实践创新能力进行综合的提升，从简单到复杂阶梯式学习让学生的思想思维模式进行转化，是有效培养小学生STEM素养的一个过程，只有适应学生的年龄特征，才能更好对学生进行STEM的教学，让学生在学习的过程中知识不只是浮于表面化的状态，让知识在学习的过程中潜移默化的转化为学生处理问题和解决问题的智慧，这才是STEM教育的目标所在。