STEM理念下小学科技探究活动设计策略研究

STEM作为一种全新的课程理念，受到越来越多研究者的关注，《义务教育小学科学课程标准(2017年版)》也把STEM列为新课程标准的重要内容。科技教育作为学校教育的有机组成部分，担负着培养学生创新能力和动手实践能力的重任。作为一名小学科技教师，如何将STEM理念整合到科技探究活动中，提高探究活动的效率和效果，更好地培养学生的综合素养成为亟待解决的问题。为此，针对小学生的年龄特点和认知水平，以STEM教育理念为指导，开展了一系列探究活动，并在案例研究中不断反思和总结，提出了基于STEM的小学科技探究活动设计原则、方法和策略，使学生体验到科技探究的乐趣，发展和提升学生的创新意识、动手实践能力和解决问题能力等综合素养。 一、STEM核心理念 STEM四个字母分别代表科学(Science)，技术(Technology)，工程(Engineering)，数学(Mathematics)。STEM教育是科学、技术、工程、数学相结合的教育，体现了学科整合的思想，使学生在综合运用科学、技术、工程和数学等学科的知识和方法的基础上，完成综合性的探究活动，从而培养学生的创新精神与实践能力。 二、基于STEM的小学科技探究活动设计原则 STEM教育强调学生在有趣的、与学生学习或生活密切相关的动手实践活动中学习跨学科知识和方法。基于STEM理念的科技探究活动设计应遵循以下原则。 1.整体性 STEM课程强调多学科的交叉融合，但基于STEM的探究活动并不是将科学、技术、工程和数学教育进行简单罗列和叠加，而是要将四门学科内容组合形成有机整体，以整合的教学方式让学生掌握知识和技能。 2.趣味性 “知学者，不如好之者；好之者，不如乐知者。”兴趣是最好的老师，是学生学习的内在动力。兴趣越大，学习的动力越大，学习的状态越好，学习效果就越明显。特别是小学生在观察事物时，往往注意新鲜、感兴趣的东西，所以在设计STEM探究活动要注重活动的趣味性，激发学生的学习兴趣。 3.探究性 探究性是科学研究过程的本质特征。在设计STEM科技探究活动时，要创设一定的情境，让学生亲历科学探究的过程，综合运用所学知识完成探究任务，获得科学知识和探究方法，让学生像科学家一样探索和发现，在探究的过程中不断感悟和收获。 三、基于STEM的小学科技探究活动设计策略 一个好的STEM活动设计，不仅要有富有吸引力的内容，还要体现以学生为中心的教育理念以及科学、技术、工程、数学的相互融合，更应着重培养学生创新意识和能力、分析问题和综合解决问题的能力。基于STEM课程的科技探究活动设计流程如图1所示。 图1 基于STEM的科技探究活动设计流程 1.主题设计重兴趣 开启STEM探究之门 “好的开始就是成功的一半。”探究主题的选择至关重要。在选择主题时要结合学生的兴趣爱好、年龄特点和原有知识基础，最大限度地激发学生的学习兴趣，充分调动学生的积极性；同时要以问题为导向。爱因斯坦曾经说过：“一个问题的产生通常要比它的结论的得出更为重要。”在分析小学阶段各个学科教材和小学生特点的基础上，学校曾开展过“手工香皂的秘密”“永不凋谢的花”“星空棒棒糖”“香薰蜡烛”“叶脉书签”“纸雕光影灯”“智能家居”“胡萝卜高塔”“纸桥承重”等一系列主题探究活动，在充分激发学生学习STEM课程的兴趣的同时，也使学生在探究活动中不断发现问题，解决问题。 2.内容设计重灵活 让多学科知识有机融合 基于STEM课程的科技探究活动设计，不是将四个领域的学科知识面面俱到、简单地拼凑组合在一起，而是要围绕选择的主题并结合学生的认知特点进行适当取舍，使科学、技术、工程、数学这四门学科紧密相连，完美地融合在一起。在“手工香皂的秘密”探究活动中，围绕着“手工香皂的秘密”这一主题，对涉及的各个知识点进行取舍和整合，设计的教学内容如图2所示。 图2 “手工香皂的秘密”主题探究活动内容设计 3.任务设计重引导 让小组充分协作 STEM课程强调学生的设计能力、问题解决能力等综合能力的培养，所以在活动中教师转变角色，真正成为探究活动的“引导者”，设置任务时要给学生大胆思考和探索机会；同时由于STEM课程探究活动是基于项目，仅仅靠一个人的努力是不够的，要引导学生充分发挥团队的作用，在活动中相互交流与合作，取长补短，使每个人都能贡献自己的力量。在“智能家居”探究活动中，教师告诉学生“智能家居”这一主题后，根据“组内异质、组间同质”的原则组建4～5人一组的研究小组，然后引导小组成员动手搜集智能家居的特点、原理和设计制作方法等相关资料，并制订研究方案和计划，在培养学生搜集资料、整理资料能力的同时，学生团队合作的意识和能力也得到了锻炼和提高。 4.过程设计重实践 让学生动起来 STEM课程强调活动的实践性，在探究活动中教师要大胆放手，让学生在动手实践中体验、学习，在实践中提高分析问题、解决问题和动手实践能力。在“光影纸雕灯”的探究活动中，教师只告诉学生“光影纸雕灯”这一主题，然后大胆放手让学生围绕这个主题自己动手搜集资料、分析制作方法，学生在动手体验纸雕灯的制作活动中不知不觉地认识和理解了圆的周长的计算方法，掌握了电路的基本组成和LED的原理，领悟了纸雕艺术和颜色搭配等科学、数学、传统文化、美术领域知识，学生的综合素质和动手实践能力得到了锻炼和提高。 5.评价设计重过程 让学生在反思中成长 STEM关注的不仅仅是科学知识和方法的传授，还包括创新意识、科学思维、科学精神和分析问题、解决问题等能力的培养。这就要求教师不仅仅关注学生的探究结论、作品等总结性评价，还要关注学生在自主探究、团队协作、交流与表达等探究过程中的行为和表现，要将过程性评价和总结性评价相结合。为了使学生反思和评价更加明确、具体，可以在探究活动开始前由师生共同制订好评价量表，在“手工香皂的秘密”主题探究活动中制订的评价量规见表1。 表1 “手工香皂的秘密”主题探究活动评价量规 四、结语 STEM作为一种全新的、跨学科的教育理念，为小学科技探究活动设计提出了新的思路和挑战，本文仅是对基于STEM的科技探究活动设计策略进行了初步的研究，还存在着研究不够深入、各个环节设计有待进一步优化等问题，今后将进一步开发相关案例，并在教育教学过程中不断反思和实践，形成案例集和校本教材，从而更好地激发学生学习科技的兴趣，开发学生学习科技的潜力，培养创新、动手实践、分析问题、解决问题、交流和表达等各方面能力，促进小学生的全面成长。 [1]吴俊杰，梁森山.STEM 教育对中国培养适应21 世纪的复合型创新型人才的启示[J].中小学信息技术教育，2013(3):43-47. [2]余胜泉，胡翔.STEM 教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015(4):13-15. [3]STEAM 教育这么火，原来是个“坑”[EB/OL].http://mt.sohu.com/20160802/n462211005.shtml. [4]肖瑗，叶兆宁.科学课程中设计STEM 活动的有效方法:从工程和技术的角度审视科学探究活动[J].中国科技教育，2014(9):16-19. STEM作为一种全新的课程理念，受到越来越多研究者的关注，《义务教育小学科学课程标准(2017年版)》也把STEM列为新课程标准的重要内容。科技教育作为学校教育的有机组成部分，担负着培养学生创新能力和动手实践能力的重任。作为一名小学科技教师，如何将STEM理念整合到科技探究活动中，提高探究活动的效率和效果，更好地培养学生的综合素养成为亟待解决的问题。为此，针对小学生的年龄特点和认知水平，以STEM教育理念为指导，开展了一系列探究活动，并在案例研究中不断反思和总结，提出了基于STEM的小学科技探究活动设计原则、方法和策略，使学生体验到科技探究的乐趣，发展和提升学生的创新意识、动手实践能力和解决问题能力等综合素养。一、STEM核心理念STEM四个字母分别代表科学(Science)，技术(Technology)，工程(Engineering)，数学(Mathematics)。STEM教育是科学、技术、工程、数学相结合的教育，体现了学科整合的思想，使学生在综合运用科学、技术、工程和数学等学科的知识和方法的基础上，完成综合性的探究活动，从而培养学生的创新精神与实践能力。二、基于STEM的小学科技探究活动设计原则STEM教育强调学生在有趣的、与学生学习或生活密切相关的动手实践活动中学习跨学科知识和方法。基于STEM理念的科技探究活动设计应遵循以下原则。1.整体性STEM课程强调多学科的交叉融合，但基于STEM的探究活动并不是将科学、技术、工程和数学教育进行简单罗列和叠加，而是要将四门学科内容组合形成有机整体，以整合的教学方式让学生掌握知识和技能。2.趣味性“知学者，不如好之者；好之者，不如乐知者。”兴趣是最好的老师，是学生学习的内在动力。兴趣越大，学习的动力越大，学习的状态越好，学习效果就越明显。特别是小学生在观察事物时，往往注意新鲜、感兴趣的东西，所以在设计STEM探究活动要注重活动的趣味性，激发学生的学习兴趣。3.探究性探究性是科学研究过程的本质特征。在设计STEM科技探究活动时，要创设一定的情境，让学生亲历科学探究的过程，综合运用所学知识完成探究任务，获得科学知识和探究方法，让学生像科学家一样探索和发现，在探究的过程中不断感悟和收获。三、基于STEM的小学科技探究活动设计策略一个好的STEM活动设计，不仅要有富有吸引力的内容，还要体现以学生为中心的教育理念以及科学、技术、工程、数学的相互融合，更应着重培养学生创新意识和能力、分析问题和综合解决问题的能力。基于STEM课程的科技探究活动设计流程如图1所示。图1 基于STEM的科技探究活动设计流程1.主题设计重兴趣 开启STEM探究之门“好的开始就是成功的一半。”探究主题的选择至关重要。在选择主题时要结合学生的兴趣爱好、年龄特点和原有知识基础，最大限度地激发学生的学习兴趣，充分调动学生的积极性；同时要以问题为导向。爱因斯坦曾经说过：“一个问题的产生通常要比它的结论的得出更为重要。”在分析小学阶段各个学科教材和小学生特点的基础上，学校曾开展过“手工香皂的秘密”“永不凋谢的花”“星空棒棒糖”“香薰蜡烛”“叶脉书签”“纸雕光影灯”“智能家居”“胡萝卜高塔”“纸桥承重”等一系列主题探究活动，在充分激发学生学习STEM课程的兴趣的同时，也使学生在探究活动中不断发现问题，解决问题。2.内容设计重灵活 让多学科知识有机融合基于STEM课程的科技探究活动设计，不是将四个领域的学科知识面面俱到、简单地拼凑组合在一起，而是要围绕选择的主题并结合学生的认知特点进行适当取舍，使科学、技术、工程、数学这四门学科紧密相连，完美地融合在一起。在“手工香皂的秘密”探究活动中，围绕着“手工香皂的秘密”这一主题，对涉及的各个知识点进行取舍和整合，设计的教学内容如图2所示。图2 “手工香皂的秘密”主题探究活动内容设计3.任务设计重引导 让小组充分协作STEM课程强调学生的设计能力、问题解决能力等综合能力的培养，所以在活动中教师转变角色，真正成为探究活动的“引导者”，设置任务时要给学生大胆思考和探索机会；同时由于STEM课程探究活动是基于项目，仅仅靠一个人的努力是不够的，要引导学生充分发挥团队的作用，在活动中相互交流与合作，取长补短，使每个人都能贡献自己的力量。在“智能家居”探究活动中，教师告诉学生“智能家居”这一主题后，根据“组内异质、组间同质”的原则组建4～5人一组的研究小组，然后引导小组成员动手搜集智能家居的特点、原理和设计制作方法等相关资料，并制订研究方案和计划，在培养学生搜集资料、整理资料能力的同时，学生团队合作的意识和能力也得到了锻炼和提高。4.过程设计重实践 让学生动起来STEM课程强调活动的实践性，在探究活动中教师要大胆放手，让学生在动手实践中体验、学习，在实践中提高分析问题、解决问题和动手实践能力。在“光影纸雕灯”的探究活动中，教师只告诉学生“光影纸雕灯”这一主题，然后大胆放手让学生围绕这个主题自己动手搜集资料、分析制作方法，学生在动手体验纸雕灯的制作活动中不知不觉地认识和理解了圆的周长的计算方法，掌握了电路的基本组成和LED的原理，领悟了纸雕艺术和颜色搭配等科学、数学、传统文化、美术领域知识，学生的综合素质和动手实践能力得到了锻炼和提高。5.评价设计重过程 让学生在反思中成长STEM关注的不仅仅是科学知识和方法的传授，还包括创新意识、科学思维、科学精神和分析问题、解决问题等能力的培养。这就要求教师不仅仅关注学生的探究结论、作品等总结性评价，还要关注学生在自主探究、团队协作、交流与表达等探究过程中的行为和表现，要将过程性评价和总结性评价相结合。为了使学生反思和评价更加明确、具体，可以在探究活动开始前由师生共同制订好评价量表，在“手工香皂的秘密”主题探究活动中制订的评价量规见表1。表1 “手工香皂的秘密”主题探究活动评价量规四、结语STEM作为一种全新的、跨学科的教育理念，为小学科技探究活动设计提出了新的思路和挑战，本文仅是对基于STEM的科技探究活动设计策略进行了初步的研究，还存在着研究不够深入、各个环节设计有待进一步优化等问题，今后将进一步开发相关案例，并在教育教学过程中不断反思和实践，形成案例集和校本教材，从而更好地激发学生学习科技的兴趣，开发学生学习科技的潜力，培养创新、动手实践、分析问题、解决问题、交流和表达等各方面能力，促进小学生的全面成长。参考文献[1]吴俊杰，梁森山.STEM 教育对中国培养适应21 世纪的复合型创新型人才的启示[J].中小学信息技术教育，2013(3):43-47.[2]余胜泉，胡翔.STEM 教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015(4):13-15.[3]STEAM 教育这么火，原来是个“坑”[EB/OL].http://mt.sohu.com/20160802/n462211005.shtml.[4]肖瑗，叶兆宁.科学课程中设计STEM 活动的有效方法:从工程和技术的角度审视科学探究活动[J].中国科技教育，2014(9):16-19.

文章来源：《科技与创新》 网址: http://www.kjycxzzs.cn/qikandaodu/2020/0529/334.html