【STEM教学+学科融合】小学科学 | 教材微改造:实施科学课与STEM教育融合的探索——以教科版五年级上册《运动和力》单元教学为例

【摘要】：STEM教育并不是科学、技术、工程和数学四个领域教育的简单叠加，而是在跨学科知识融合后，基于真实情境的问题，以解决任务的形式，提高学生综合运用知识、技能和方法解决综合性问题的能力。文中以《运动和力》单元教学为例，探讨如何对现行小学科学教材进行微改造，达到既完成常规教学任务又整合STEM教育的效果。

【关键词】：小学科学；STEM教育；跨学科融合

教育部2017年公布的《小学科学课程标准》中新增了技术与工程领域的教学内容，指出儿童的工程技术实践活动与科学探究活动具有同等重要的地位和作用，是小学科学教育中不可分割的两个方面。同年6月，中国教育科学研究院公布了《中国STEM教育白皮书》，指出“STEM教育的突破性发展，将不仅回应中国社会经济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。”由此可见，STEM教育是现今乃至未来教育发展的大趋势。

目前，小学课程中大多没有专门开设STEM课程，小学生的基本科学素养、数学素养在科学、数学课上得到了一定的培养，但技术与工程素养却没有得到足够的重视。为了提高国家未来的创新能力和竞争力，在小学阶段开展科学、数学、技术和工程等跨学科整合，STEM启蒙教育已迫在眉睫。

现行的小学科学教材并没有为STEM教育设置专题课，仅有些教学单元中有一两节活动制作课，如《做一艘小船》《制作水钟》《建高塔》等。这些课程多从指导学生应用科学原理创造作品出发，强调培养学生的动手能力，并没有引入跨学科运用知识和工程设计的思想。各年级的科学活动课也相对独立，学生往往存在一种学而无用的感觉。学生虽然在课堂上学到了一些科学知识，也动手做了一些小制作，但很难把所知所学迁移应用到解决实际生活问题中去。

STEM教育恰能解决这种学与用的矛盾，但由于小学科学教材并没有和STEM教育有机整合，STEM教学中强调的以项目式学习为主，以问题解决为导向的课堂组织形式在现行教材中很少体现出来，一线科学教师缺乏可供参考的教学模式和教学资源。

为了把STEM教学理念应用到实际教学中，不少科学教师尝试把现行教材中的活动制作课改成STEM课程。但碍于课时限制，活动时长通常只有一个课时，活动开展起来不免有仓促和意犹未尽的感觉。在这一个课时中，学生既要学习新知识，又要运用知识解决问题、完成工程设计与制作，甚至还需要进一步改良设计，这未免有些强人所难。在这么短时间内，学生的思考和制作往往只能基于自身已有的孤立、分割的科学知识去思考，学生之间的合作也是匆匆而过的。这不利于STEM教育所强调的跨学科知识融合和提升，技术与工程的设计思想也没有有效形成。

我们应当如何解决科学课课时不足，而STEM教育又必须舍得花时间才有收获的矛盾呢？笔者在教学实践的基础上，尝试对现行科学教材进行微改造，实施科学课与STEM教育融合的探索。

现行小学科学教材设置是以围绕一个科学主题开展的单元式教学，其教学内容和学习目标都是从培养学生的基本科学素养出发，课程设定的顺序大多为先学习科学原理，在单元的最后一课开展设计、制作活动。笔者尝试对整个教学单元实施微改造，结合每个单元的主题学习，设计科学课与STEM教育融合的微课程。首先对教学的活动顺序略作调整，把活动制作课提前到第一课时，告知学生通过这个单元的学习我们可以解决生活中的一个什么样的问题，然后以如何解决这个问题为主线开始单元学习，最后以应用跨学科知识完成作品创作实践结束单元教学。把项目式学习贯穿到整个单元的教与学，既使教师有充分时间开展STEM教育的尝试，又不会过于影响原科学课教学任务的达成，也让学生有充足时间进行资料搜集、跨学科学习、进行工程设计与制作、改进与反思，实现科学课与STEM教育的融合。

如笔者教科版五年级上册第四单元《运动和力》的单元教学设计，我们把原教材中这个单元的最后一课“设计小赛车”提前到第一课时，围绕“设计、制作重力方程式赛车”项目主题对这个单元各个课时的教学顺序作了相应调整。教学上注意鼓励和启发学生进行跨学科知识应用和工程设计与制作的思考。在没有增加课时的基础上，学生既完成了原教材的学习任务，又有充裕的时间进行工程设计和制作。表1为具体的课程实施安排。

所谓“闻道有先后，术业有专攻”，基于传统的教育培养，现阶段各专业学科老师不可能完全掌握STEM四个领域的知识和教学技能，如何兼顾发展，补足短板？开展跨学科教研不失为一个好方法，科学老师联合同年级组的数学、美术老师进行定期教研。如“设计、制作重力方程式赛车”这个STEM项目，首先由科学老师在跨学科集体备课中提出项目主题，数学老师指导学生学习如何用几何作图法在瓶盖上找到圆心；美术老师教会学生选择合适的粘合剂制作小车，如何使用剪刀、锥子等工具，如何美化小车等技能。每学期只要开展一至两次跨学科教研，配合一至两次的STEM教育，学生就能得到很好的思维启蒙和综合能力的培养。

虽然STEM教育的理念是以学生为中心，创造一切机会让学生动手操作实践。但这并不代表教师可以做甩手掌柜，只需要把任务告知学生，然后让学生自行研究。尤其在我国的传统教育模式、学习氛围和家庭背景下，需要我们对STEM教育进行本土化改造，加强教师对学生自主探索的帮扶和引导。而且小学阶段的学生，其科学素养、实验操作、技术技能均处于启蒙、起步阶段，要是没有教师的引导，活动只会走过场，学生体会不到设计的快乐，也享受不到成功的喜悦。

因此教师的引导与学生的自主学习、探索是同等重要的。学生在学习和作品设计过程中出现问题，教师要及时进行扶持引导，在课堂上以“小锦囊”或“温馨提示”的形式对学生的作品设计进行开放性的提示，及时给予学生技术上的指导和支持。鼓励学生以团队形式，在课内外根据教师的提示自主研究。这样既不失教师的引导又给予学生自由创作的空间。表2是在开展“设计、制作重力方程式赛车”项目时各课时开放性提示。