践行STEM教育理念面临的挑战

王文启

〔摘    要〕  STEM教育是跨学科的整合，融科学、技术、工程、数学于一体。《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出：小学科学致力于培养学生的核心素养及科学探究能力。将STEM教育理念融入小学科学教学，有助于促进学生科学素养的全面发展。本文通过小学科学教育中STEM教育理念的实践研究，尝试分析小学科学教学应用STEM教育理念的现状、价值所在和未来挑战，并有针对性地提出了小学科学教学中STEM教育理念的应用策略。

〔关键词〕  小学科学；STEM教育理念；践行

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  02    070-072

STEM教育以学生为中心、以工程设计为主导、以任务驱动的方式实施教育，教学过程中注重创设教学情境解决实际问题，非常有利于学生科学素养的培养和解决实际问题能力的提高。如果将STEM教育和小学科学教学有机结合起来，加强小学科学教学中STEM教育理念的应用，将有助于培养学生的科学探索精神，提高学生分析问题、解决问题的能力。

一、STEM教育与小学科学教学的现状

（一）STEM教育概述

STEM教育，是融科学、技术、工程、数学四门学科知识于一体，强调多学科知识整合应用的一种教学方式。其中，“科学”指科学素养，即应用科学知识认识世界发展规律的能力；“技术”指技术素养，即应用各种操作技术解决实际生活问题的能力；“工程”指工程素养，即工程技术开发和设计的能力；“数学”指数学素养，即解决数学问题过程中的思维能力。

STEM教育的主要特点体现在以下几个方面：一是开放性。STEM教育弱化了相关知识内容记忆部分，强化了运用相关知识解决实际问题的能力，有助于引导学生实现从知识向能力的转化。二是综合性。STEM教育融科学、技术、工程、数学于一体，实现了相关学科知识的整合，将原本分散的知识按照课程逻辑重新架构，形成了一个有机整体。三是实践性。STEM教育理念旨在提高学生解决实际问题的能力，而不单单是学会具体的知识，所以，非常强调要让学生在实践活动中学习新知识，掌握新技能。四是丰富性。STEM教育实现了不同学科的交叉联系，丰富了教学的层次和深度，从而为不同能力和素质水平的学生提供了多元化的目标追求。

（二）小学科学教学的现状

小學科学课程主要是通过探究式学习，帮助学生端正科学态度、学习科学知识、掌握科学方法，并实现提高学生科学素养的目的。通过小学科学课程的教学，可以最大限度地为每一位学生提供公平的学习机会，满足不同背景学生学习科学的需要，并培养学生的科学探究精神及科学实践能力，促进学生核心素养的发展。

从目前来看，小学科学课程资源开发和利用程度还不到位，与西方发达国家相比，还存在比较大的差距。之所以会出现这种情况，关键原因在于教育模式和教育理念的落后。教师在枯燥的课堂上讲授抽象的科学知识，会在一定程度上削弱学生学习科学知识的积极性。因此，为了进一步促进小学科学课程资源的开发和利用，有必要引入先进的STEM教育理念，改革创新小学科学教学模式。把STEM教育理念应用到小学科学教学中，是小学科学课程教学改革创新的有益探索。

二、STEM教育理念在小学科学教学中的价值体现

STEM教育与小学科学课程都强调实践性，教学过程中强调动手实验、调查研究、小组合作学习等教学实践活动。这些特点为STEM教育理念在小学科学教学的应用提供了有利的条件，其价值主要体现在以下几方面。

（一）有助于激发学生对科学的学习兴趣

在小学阶段，学生相对年纪较小，刚开始对科学产生认知，学生学习科学的兴趣培养尤显重要。而如果小学科学教学大多采用教师讲、学生听的固有教学模式，容易使学生对科学课程产生枯燥、乏味的印象，不利于其学习兴趣的培养。STEM教育理念注重在教学过程中融入学生感兴趣的元素，利用科技、动画甚至游戏来激发学生学习的动力。将STEM教育理念有机融入小学科学教学，更有利于激发学生学习科学的兴趣，培养学生热爱科学的思想情感，使学生在解决问题时由被动地听教师讲，转变为产生自主探究的渴望与学习动力。

教师请两组学生来做这个游戏，Ａ组学生模拟物质“微粒”，紧挨在一起站立。Ｂ组同学手拉手尽量紧地将Ａ组同学围在中间。

教师发号施令：“物体热起来了，请Ａ组同学走动起来，让‘微粒’加速运动起来。”

随着Ａ组学生的走动，Ｂ组学生不得不扩大围起来的圈子，给Ａ组学生提供运动的空间，这正模拟了“微粒”运动加速物质膨胀的原理。

教师再发号施令：“物体温度更高了，‘微粒’高速运动，请Ａ组同学尽情快乐舞动起来，跳吧，欢乐地跳起舞吧！”

Ａ组学生个个兴高采烈地扭动起来，在欢乐的氛围中，Ｂ组学生不得不拉直了双手给A组学生提供尽可能大的空间。学生在气氛欢乐的情境表演中非常直观地探究了“热胀冷缩”的原理。

（二）有助于提高学生解决实际问题的能力

STEM教育以任务驱动方式实施教育，注重引导学生自主发现问题后开展探索式研究性学习，在实践中探究解决问题的途径，并且在研究过程中利用多门学科知识，综合分析和解决实际问题，促进学生沟通、合作、组织、发散性思维能力、综合能力得到发展。因此，在小学科学教学中融入STEM教育理念，有助于培养学生的综合能力，提高学生综合应用知识技能解决实际问题的能力。

例如，教学《用纸造一座桥》，为提高学生学习动力，教师可以设计一次“纸桥”制作的比赛，比一比哪个小组造的“纸桥”承重力最好。学生需要分小组合作，应用学过的物理原理认真研讨“纸桥”造型上采用哪些形状能提高承重力。为达到一定的跨度要求，学生要应用数学知识，还要应用美术绘图技巧画出设计图。然后，再根据设计方案图纸，动手用纸张来制作构件，分工合作制作出拱形桥、双层瓦楞桥、纸管板桥等。所以，“纸桥”看似简单，而其中包含科技、工程技术以及数学甚至美术知识。在任务驱动下，学生串联了各学科知识，不仅造出了形态美观而且能够承载较大重量的“纸桥”，更锻炼了他们综合应用所学知识解决实际问题的能力。

（三）有助于培养学生的科学探究精神

无论是小学科学课程，还是STEM教育，其教学目的都是培养学生的科学探究精神。而STEM教育理念更加注重以项目式学习以及问题解决为导向的课堂学习方式，更加注重学生解决问题的方法。让学生在自主发现问题后，利用科学、技术、工程和数学等知识一步步地解决问题，并采用理性的方法来验证解决效果。从而不断提高学生的观察能力、动手能力，最终实现培养学生科学探究精神的目的。

例如，《摆的快慢》教学，教师可以引导学生大胆猜测，摆的快慢与哪些因素可能有关联？并根据自己掌握的知识经验大胆猜测这些因素如何影响摆的快慢，写下自己的猜测，小组合作实验验证自己的猜测，通过实验数据分析影响摆的快慢的因素并得出结论。物理学家牛顿说过：没有大胆的猜测就没有伟大的发现。猜测、实验验证的科学探究方法，有利于发展学生的思维，培养学生的科学探究精神。

三、小学科学教学践行STEM教育理念面临的挑战

STEM教育理念与小学科学教学的融合，能够有效地转变应试教育模式下“重知识、轻能力”的状况。但是，实现STEM教育理念与小学科学教学的融合也面临著诸多挑战，主要体现在以下几方面。

一是师资力量匮乏。应该看到，我国现有教师资源大多是在传统教育模式下培养出来的，甚至许多学校科学课都是其他学科教师兼任的。再加上STEM教育理念引入我国实施的时间比较短，有能力进行STEM教育实践的教师数量非常有限，师资力量相对匮乏。

二是课程支持不足。STEM教育注重解决实际问题，教学过程以任务驱动方式进行，现有相关支持STEM课程的教材比较少，相关试验环境比较有限，而鉴于国情不同，直接采用国外相关教材也并不完全合适。

三是教学手段单一、模式僵化。STEM教育理念强调以学生为中心，但受传统教学理念的影响和束缚，很多科学教师在教学过程中仍旧以教为主，更有甚者，临近考试时，要求学生死记硬背。教学手段单一、教学模式僵化，忽视学生自主探究能力的培养，因而产生教学效果差、学生丧失学习兴趣等问题。

以上问题的存在，在一定程度上影响和制约了小学科学教学中STEM教育理念应用的改革步伐。

四、小学科学教学践行STEM教育理念的方法

（一）加强对教师的培养

要在小学教育阶段有效开展STEM教育，关键在于要有充足的师资力量。从这个角度看，要实现小学科学教学中对STEM教育理念的应用，首先就需要加强对教师的培养力度。笔者认为，可以从以下几个方面着手。一是教育管理部门要制定STEM课程教师资格认证制度，确保相应的上岗教师的教学能力能够实现教学的基本要求；二是学校要针对STEM教育的要求制订相应的教师培养方案，让单科教师掌握STEM教育理念的综合知识体系，提升跨学科教学能力；三是教师要树立STEM教育理念，勇于冲破传统教育模式的束缚，不断推进课程教学创新，成为STEM教育理念的实践者。

（二）优化小学科学课程的教学目标

尽管小学科学课程与STEM教育的教学目的都是培养学生的科学探究精神，但相较而言，STEM教育理念强调知识和技能的应用。从这个角度看，还需要持续优化小学科学课程的教学目标。

为此，可以从以下几个方面着手。一是教学过程中要以任务项目为导向。在具体教学实践中，教师不应再以具体的知识讲授为教学重点，而应以具体的任务项目为中心，让学生在实践中学习知识。二是注重任务项目的实践性。STEM教育理念强调解决实际问题，因此，在具体教学实践中，相关任务项目的设计，要注重实践性，强调贴近生活实际，以便更好地激发学生的学习兴趣。三是建立科学的教学评价体系。STEM教育的重点是培养学生解决实际问题的能力，因此，传统的教学评价方式不再适用，这就需要建立科学的教学评价体系，对教师的教学效果进行科学评价。

（三）创新小学科学教学方式

STEM教育理念强调在教学过程中通过学生自主探究来解决实际问题，从这个角度看，要实现STEM教育理念与小学科学教学的有机结合，还应积极创新教学方式和手段。具体而言，可以从以下几个方面着手。一是增加可行的科学实验。通过增加科学实验，既可以让学生通过自己动手来加强对相关科学知识的理解和记忆，也可以培养学生的动手能力和探究精神。二是学科之间的相互融合。很多实际问题都涉及多门学科的相关知识，因此，在教学过程中，教师要有意识地将科学、技术、工程和数学等多门学科的相关知识融合在一起，从而更有利于学生理解。三是运用学生身边的资源进行教学。教师在教学过程中要拓宽思路，有意识地运用学生身边的教学资源，这样，既能激发学生的好奇心，也能调动学生的积极性和主动性，还有利于培养学生的观察能力。

科技是第一生产力，国家的发展与国家的科技水平密切相关。从这个角度出发，将STEM教育与小学科学教学有机结合起来，在小学科学教学中践行STEM教育理念，更有利于培养学生的科学探索精神，提高学生分析问题、解决问题的能力，培养实施科技强国战略的新生力量，这正是科学教育的使命所在。

参考文献

[1]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）：13-22.

[2]田晓妍.STEM教育与小学科学课程资源整合的必要性[J].学苑教育，2017（16）：90.