STEAM 理念在小学科学“物质领域”的运用探讨

福建省厦门市集美区曾营小学 孙伟义

教师在开展小学科学教学时，有机地引入STEAM教育理念，能够有效锻炼学生的科学逻辑，引导学生深入了解小学科学学科的主要知识内容，培养学生用科学的眼光看待实际问题，有效培育学生的科学实践素养。因而，对于STEAM 教育理念在小学科学“物质领域”的运用路径产生了以下见解。

一、STEAM 教育理念与小学科学“物质领域”的融合意义

（一）优化小学科学教学体系

基于现阶段的STEAM 教育理念，“教”应该指向教学目标，“学”需落实在学习活动的组织中，“评”则关注过程性评价及终结性评价。STEAM 理念与小学科学课程的有机融合有助于教学评价一致性的实现，促进高效课堂的构架；制定目标更加清晰明确；课堂评价多元，引领学生深入探究；教学活动灵活性更强，课堂教学质量得到充分保证。

（二）培养学生科学学习力

教师以学生思维发展区为根、学科核心素养为基，能够有效地突破小学科学课的教学难点。通过多种感官并用，极大地提高学生的学习兴趣和探索欲望。基于STEAM 教学背景，教师在实践教学期间，起到教学启发的作用，多留一点空间给学生，保证对于一部分内容能够给学生时间自学，培养提升学生的自主学习能力，能够保证小学科学教学目标的有效实现。

（三）推动小学科学的深入改革

由于科学课中观察、实验、思考的活动比较多，教师要教给学生合作学习的正确开展方法，让学生在一定的规则下，尽量发挥自己的想象力、创造力。在整堂课中，学生占据主导地位，教师则作为一个引导者，先将学习内容引出，引发学生思考与小组讨论，然后给学生答疑解惑。教师将STEAM 教育理念与课程教学模式的有机结合，助推了现阶段小学科学教学改革的进一步发展。

二、STEAM 教育理念在小学科学“物质领域”的运用路径

（一）开展多元实践，激发学生科学探究热情

随着STEAM 教育理念在小学科学教学领域的深入落实，教师可以通过积极开展多元化的科学实践探究活动，深化对于STEAM 理念的主观认识，进而促进STEAM 理念与小学科学的融合，在多元化的课程实践中激发学生的科学探究热情。

如教师执教“点亮小灯泡”时，为了联系生活，激发学生的学习兴趣，从信宜著名景点的灯光切入，通过“看图猜地名”的游戏引入课堂。灯在生活中随处可见，但学生很少仔细观察过灯泡。于是，教师把大灯泡带到课堂上，引导学生看一看、摸一摸、画一画，从而形象生动地认识灯泡的构造。接着，教师拿出本次操作的实验材料，包括电池、导线、灯泡，让一位学生上台示范操作点亮小灯泡的连接方法，并阐述为何能点亮灯泡，从而总结出成功点亮小灯泡需要完整的电路。看到别人成功点亮小灯泡后，其他学生也跃跃欲试，于是教师及时抓住学生的兴奋点，马上带领学生探究更多点亮小灯泡的连接方法。学生都沉浸在动手实验的快乐中，享受探究学习的幸福。通过实验，学生发现了四种点亮小灯泡的方法并积极上台汇报，与大家分享自己的成功经历。最后，通过实验发现：断路和短路时，灯泡是不亮的；当通路时，灯泡就会亮起来。同时，学生也知道短路时存在的危险，明白了在生活中要安全用电。在课堂上，教师与学生成功点亮了一个小灯泡，激发了学生的科学兴趣，但学生还想继续点亮更多的灯泡，于是教师引导学生进行课后探究，让他们继续保持这份科学探究的热情。

又如教师执教“让小车运动起来”时，在课一开始，针对计时器的使用和平均值的处理对学生进行了精细辅导，为学生解决处理数据时可能会碰到的困难。接着通过怎样使静止的小车运动起来，将每一组数据汇总，学生明白了一定的拉力才能让小车开始运动。随后教师抛出问题：“运动的快慢与什么有关？”由此引导学生进行拉力大小与运动快慢的研究。通过直观的方法将每一组内不同垫圈数量测得的数据进行低速、中速、高速的对比，找出每一组都存在的普遍规律，既有本组的比较，又有组间的比较，学生建构了“拉力越大小车运动越快”的概念。

再如教师执教“电磁铁”时，通过小挑战“用小车运输大头针”的方式，复习电磁铁的概念，再引入大型的电磁起重机，引导学生思考磁性强弱与什么因素有关。接下来，在教师的引导下，学生设计了完善的实验方案，注意到实验操作过程中一些细节，比如用过的大头针不能重复使用、电路不能长时间处于短路状态等。在数据汇总分析环节，教师运用了Excel 的图表功能，登记了每一组的数据成果，并直接以折线图的方式实时更新，非常精确高效，令人一目了然。最后，根据实验中出现的现象提问：“为什么每组的线圈数量相同而吸起的大头针数目却存在较大的差异？”让学生明白实验结果会受外界条件干扰，而多次实验可以更加接近真实。数据分析应从整理开始奠定基础，教师可以通过巧设问题、提供方法、小组指导引导学生自主巧妙地进行数据整理，然后在此基础上进行数据的分析。教师引导学生对数据进行观察，以巧妙的问题拓宽思路并且正视数据中存在的问题，培养学生分析问题、解决问题的能力。在这种实验教学中，教师要注重培养学生甄别数据和科学记录数据的能力，然后综合择取，从选择合适的数据、处理可疑的数据、汇总有效的数据出发，培养学生合理取舍数据处理能力。

培养学生数据处理能力是促使学生形成尊重科学态度的重要手段。教师要让学生重视数据意识从而培养科学素养，首先要尊重真实实验数据，其次要正视实验的异常数据，最后要帮助学生掌握数据分析的方法。不真实、不正确的数据并不可怕，要引导学生正确面对、认识和思考这些数据背后的含义和原因。数据的整理、分析是科学实验中的重中之重，数据分析环节也是师生、生生思维碰撞的环节，教师可以根据数据的特点以合适的形式（如作图、列表等）呈现每一组数据，引导学生观察数据的规律及规律背后的意义，引导学生从数据分析出发，关注实验中的每一个环节，进而提高学生分析实验数据的能力。教师在“电磁铁”一课中的数据处理，则是借助Excel 完成的，由学生来填写数据，马上自动生成散点，体现变化趋势，无论是从操作上还是效果上都是极好的。教师在“让小车动起来”的教学中，在黑板上贴上小组实验数据统计，让学生完成实验后自主填写，让学生突破空间的限制，能直观地感受数据，体现了现阶段的STEAM教育理念。

（二）关注教学重点，优化STEAM 理念教学路径

基于STEAM 教育理念，小学科学教师可以结合教学重点进行创新化的教学设计，开展专题实践教学，在这种专题实践教学模式下，探究STEAM 教育理念与小学科学课程的有机融合路径，优化小学科学的教学模式。

如教师在执教“力与运动”时，主题共分为三课时，前两课时是第三课时的知识基础。通过前两节课分别建构力和运动的基本概念，引导学生发现、探究问题，设计实验方案，证明力与运动之间的关系，初步完成实验报告的撰写。第三课时为重点部分，讨论实验设计存在的不足，发现问题，以创新实验为抓手，借助对比、分析、归纳等科学思维建构科学概念，培养科学探究能力，从而发展学生的创新思维。通过实际体验，初步感受生活中的推力和拉力，聚焦本节课的研究内容；通过游戏和活动引导学生观察力与力的区别，感知力的三要素，为后续创新思维培养打下知识基础；阅读测力计的使用说明，明确用法的同时训练学生的信息提取能力。

五年级的学生在学习中需要借助具体现象的支持。通过观察物体受力后的运动情况，引导他们提出探究问题，发展问题意识，为创新思维培养打下能力基础。能利用新方法解决问题，是具有良好创新思维的体现，以材料为脚手架训练学生的实验设计能力，会对他们创新思维的发展起到很大帮助。由于主题教学每课时之间关联性很强，引入单元记录单可以帮助学生对于主题中知识的层次结构有整体把握，达成主题的教学目标，初步建立“力可以改变物体运动状态”这一科学概念，为学生今后的学习打下基础。同时，通过发展学生的问题意识和不断训练设计实验能力，达成创新思维培养的目的。

教师执教“运动和力”单元课时，课题分别为“让小车运动起来”“运动与摩擦力”。教师以“如何让皮划艇、马车、火车等产生动力”引出力与运动的关系，通过“让静止的小车运动起来”和“在规定时间搬运快递”任务驱动，引领学生学习的同时引发其积极思考，突破重力转化为拉力驱动小车的教学难点。教师课前巧借“拉书”游戏活跃课堂气氛，创设“穿越回古代搬运无法直接拉动的石头”问题情境，聚焦学生思维指向滚动摩擦力和滑动摩擦力研究。课堂内巧设疑问：“怎么知道力的大小？”“怎么知道刚好让物体运动起来的力？”“怎样才算物体刚好运动起来？”以层层递进的问题，引发学生一次又一次地思考。学生亲身实验，动手动脑，发现了运动方式与摩擦力大小的关系，感悟到技术的改进更方便人类的生活。教师巧妙利用微视频技术，准备丰富有实效的材料，引导学生充分体验探究过程，通过优化设计的小车轨道和数据展示，并优化实验数据汇总，结果清晰可见，提高了课堂实效，真正实现了生生互动、师生互动。

（三）结合科学实验，提升学生的科学逻辑思维

为了更好地探究STEAM 理念对于小学科学课堂的实践影响，教师可以设计实践性更强的实验课程，在实验中提升学生的主观能动性以及实践操作能力，有效深化学生的科学逻辑思维。

如教师执教“运动和摩擦力”时，通过创设情境、做小游戏激发学生探究兴趣，让学生感知摩擦力的存在，落实摩擦力这一科学概念目标。然后提问：“阻碍我们运动的摩擦力有多大？”由此使学生意识到摩擦力是可以测量的，让学生在活动中发现摩擦力的大小是不同的，引出对影响摩擦力大小因素的思考，并进行合理的猜测。教师引导学生根据实验数据对结果进行简要分析，落实科学概念。课程最后，教师设计了5 道简单的例题来检测本节课目标达成情况，检验目标落实效果。整节课紧紧围绕科学教学目标进行设计，关注概念目标、探究目标、态度目标及与技术环境目标的达成，重视与生活实际的联系。

又如教师执教“滑动和滚动”时，用插图呈现两组不同的照片，创设情境，提示学生思考滑动、滚动两种运动形式，落实科学概念目标。接着通过提问“人们为什么用滚动的方式移动重物？”引发学生的思考。为落实科学探究目标，教师同样地设计了对比实验探究，比较滑动摩擦力和滚动摩擦力，并设计了记录单用于记录实验数据，培养学生真实记录实验数据并得出结论的能力。在活动中，学生通过实验、数据分析，理解、掌握了滑动摩擦力和滚动摩擦力之间的关系，培养了科学探究能力。课程中，教师特别关注知识在生活中的应用，以及后进生的能力发展，能够放手给予他们时间进行思考和表达。课程最后，教师同样选择了5 道简单的例题对学生科学目标掌握情况进行检测。

大部分学生在实验后存在难以将实验现象和结论进行对应分析和总结的问题。借助图表直观体现实验结果引出结论确实是个好方法，但教师也应当让学生关注图表本身（如横纵坐标）所包含的信息，观察由于哪些因素发生改变导致了结果的不同。提升学生对图表数据的分析解读能力对于学生得出实验结论有很大的帮助。对于数据的基本感知，比如相同距离用时越短意味着速度越快，这些对于大人来说习以为常的事情对于中低段的学生来说还是存在一定的困难，教师要注意及时对这些细节进行辅导和把握。

主题教学对于学生科学概念的建构起到了比较大的帮助。借助体验活动和创新实验，学生表现出了对力与运动较高的学习兴趣，在量表上反映为在科学概念部分评分较高，学生对于科学概念的评分达到了平均分的水平，可见实验活动的设计与学生的学习效果之间有着密切的联系。

基于现阶段的STEAM 教育理念，小学科学教师应关注思维的培养，发挥学生的主观能动性，充分调动学生前概念和感性认识去建构概念，为创新思维培养打下知识基础。并且以此为脚手架针对思维培养进行重点设计，给予学生充分的时间和开放的空间思考现象、发现问题、设计实验，把课堂真正地还给学生。教师要真正关注学生思维的闪光点，通过有效的设计促使更多的学生参与课堂，发展创新思维。