探究视角下的小学STEM教学

◎ 赵 闪

2001年全国基础教育课程改革以来,“自主、合作、探究”成为我国中小学竞相学习的要点，以此为要义展开的各项活动也如火如荼，不绝于耳。但在操作中我们发现“探究”二字在实施的过程中常拘于形式，由于教科书知识本身未成为教师和学生批判、质疑、探究和应用的对象，教学的知识创造性质未得到充分体现，因此，当前课堂教学的形式变化大多为虚假自主、虚假对话、虚假探究。［1］基于此，我国学科教学走出“应试教育”和机械训练魔咒的基本出路是走向学科探究教学。［2］朱迪斯·瑞梅（Judith Ramaley）认为STEM是安排在情境之中的教育探究及学习，学生们解决真实世界的问题并且可以自己创造机会。［3］这与以“寻找问题的答案”为内核的“探究”相契合，基于该融合课程的诸多优点，如发展学生独立的判断和思考能力、应用知识的能力等，STEM课程在中小学犹如雨后春笋般出现。而笔者所在的小学则在2016年9月开始在三年级展开试点教学。

一、STEM课堂教学过程

在STEM教学中，科学和技术知识用来帮助学习者了解世界并满足自身需求，数学则帮助学习者更好地理解数据,并最终通过工程这种解决问题的方法来构建一个STEM课程。基于工程师解决一个问题所经历的步骤，笔者将“喂鸟器”这一主题内容的教学分为确定需求并研究问题、设计方案、建造原型、测试并改进原型以及说明方案，而充满生活性、对话性及问题性的探究教学则如影随形、贯穿其中。

（一）设置真实问题情景，确定需求并研究问题

杜威认为，学科探究教学应始终基于教师与学生的生活情境和真实需要，把学科知识向教师和学生经验的转化视为课程与教学的核心。［4］在日常的教学活动之中不难发现，脱离孩子生活经验的教学对教师而言往往是画地为牢，而真实的生活场景则能调动起他们敏感的神经与共鸣。如笔者近期讲授“微生物”这一主题内容时，为了让学生知道霉菌的生殖方式有别于一般植物，而引出了“孢子”的概念。这对于小学三年级的孩子而言太过抽象、陌生，唯一激发他们热情讨论的只是它的读音。

“如果你们家的被子衣服发霉了，千万不要在房间里抖哦！”笔者话音一落。

“为什么？”刚刚讨论得最陶醉的人猛然中断与他人的交谈。

“霉菌的孢子有很强的扩散能力，而且生命力非常地旺盛，一旦找到合适的落脚点，便会以更迅猛的速度繁殖下去哦。”

在讲完这句话后，所有的孩子的目光都被笔者吸引过来，并争相分享类似的生活体验，还有一些学生已经跃跃欲试并准备拿自己家发霉的物体做实验了。在其他主题的教学中不难发现，将教学内容植根于生活实际往往能够调动孩子的参与热情，脱离孩子经验的课程往往会陷入窘境。

基于此，在喂鸟器教学的导入环节，笔者以南美洲常见的蜂鸟作为引入点，通过视频资料让孩子了解在天气变冷的时候蜂鸟便会大规模地潜入南方觅食，当地居民也会用自己的善举帮蜂鸟度过难关。笔者以此为背景告诉学生在上海地区也有几百种常见的鸟儿，这些鸟不都是候鸟，在即将来临的冬季，对于上海这样的“钢铁丛林”而言，觅食的机会更少了。笔者呼吁学生用自己的实际行动去帮助学校周边的鸟儿度过寒冷的冬季。课堂中的对话如下：

生1：到冬天了，我可以在学校里撒点它们爱吃的种子。

生2：这怎么行，阿姨打扫了怎么办？还有冬天的风那么大，吹走了怎么办？

师：你们考虑得很周到！那我们该怎么有效地帮助它们呢？

生3：我们可不可以做一个容器，把食物放到里面呢？最好还有一个供它们遮风挡雨的空间，这就更棒了！

生2：这种容器还应该有其他功能，比如避雷。

师：我们给这种容器起个名字吧！

因为在前期的视频中出现了“喂鸟器”这三个字。所以几个有心的小朋友异口同声地说出了这三个字。其他同学也都很兴奋，对于三年级的学生来说，在课堂中与教师“默契合作”是一件很有成就感的事情。因此全班同学都摩拳擦掌,跃跃欲试,准备制作能够发挥实际效应的喂鸟器。

（二）创建对话性生态课堂，设计方案

在学生设计方案的过程中笔者最常用到的教学方法是研讨法（colloquium）。在拉丁文中，“col”意思是共同，而“loqui”则是说话的意思。因为孩子们的生活经历不同，对事物的反应不同，因此研讨的结果是无法规定的，不能够期望所有的孩子都发现同一组事实，或看出同样的相似之处。但大家在一起把各自的思想谈出来，就会有丰富的内容，而用语言表达各种观察，又会引发进一步的思考。［5］

STEM课程强调为学生创设一种真实的环境，从另外一种意义上来说，这也是为学生创造一种具有挑战的学习环境，基于这样的真实氛围学生才能够从各个具体的方面来思考问题。STEM教学的内核是学生可以自主地开展论证，即独立提出问题并进一步思考问题解决的方案，学生非常乐于天马行空地想象，所以在课程的展开上笔者也设计了大量的留白。因此在课堂中研讨现场异常火爆，学生们就是在进行一场异常兴奋的“头脑风暴”，他们是作为一个小工程师或小科学家来思考问题和体验的。以下为现场对话：

生1：要解决喂鸟器漏水的问题我建议做一个半自动的小口，但是怎么做到半自动呢？

生2：啊！我知道了！矿泉水的瓶子口我观察过，是开成了一个十字形的！我实验过，倒下来不会漏水！

生3：我们的橡皮泥最多！我们可以把橡皮泥粘在上面，开个十字，颜色鲜艳，还可以吸引鸟儿！

生1：不行啊！橡皮泥不防水，而且鸟也可能误食！

生2：我们可以直接把矿泉水瓶子口截下来，移到喂鸟器上啊！这样就不用制作十字口啦。

这个对话过程中每一句话都是对前一个观点的修正，而且最后达成了共识。这些工程设计思路都是源于学生平时对生活的观察。尽管他们还不知道这些现象背后的科学道理，但是他们已经具有了前科学概念，而他们所拥有的前科学概念最终会在以后的实践之中引导他们进入到当前的科学概念上来。整个研讨过程中笔者不作示范且不提供建议，仅给每位学生提供情绪上的帮助，因此在每堂课结束之时并没有传统课堂中出现的最终的结论。但对于孩子们来说，这并不是终点，他们对没有结果的事情往往放心不下，在课后的时间里常常有制作的模型、问题解决的方案设计图出现，这种好奇的力量往往能给学生一种前进的动力。正如兰本达所说的那样，“我们说不上来他所做的事是怎么会对他具有重要性的，但从他的专心和热情，我们可以看出这对他是有意义的，他在感情上、智力上都融进去了，好像一个艺术家融入了自己的创作一样”。［5］

（三）解决生活性操作问题，建造原型

如果方案的设计对于孩子来说是思维的碰撞，那么制造环节对于孩子们来说无异于是碰撞后腾空而起的火焰。因为无论是在小学的自然或是劳技课堂中，学生从未如此完整、系统地展开一项探究，在经历了前期的头脑风暴后，孩子们急切地想将纸张上的图转化为实实在在的物。在实际的操作过程中，绝大多数三年级的学生能够根据以往的经验积极发挥丰富的想象力构建较为完整的喂鸟器原型。具体表现为：（1）材料选择上的深思熟虑。学生根据不同区域的功能不同而选择相适应材质的零件，如遮盖区域选取橡胶、厚木板、塑料等防水材料。而喂食区则偏向于具有纯天然、防水防潮特性的材料。（2）“客户”定位精准。因为笔者从授课开始一直在向学生渗透一种“产品意识”，即产品所针对的对象，产品定位应当明确。因此从课程伊始学生就针对不同“客户”的不同生理特征展开设计，这些特征包括身高、体长、喙宽、饮食习惯及环境偏好等。这些“门槛”往往能够起到筛选的作用。（3）功能设施齐全。2/3左右的学生会根据对鸟的了解及鸟的实际需求，设计并构建功能比较丰富的喂鸟器，功能区域可分为休息区、取食区、饮水区、活动区、站立区等。但因为生活经验的欠缺或常识的匮乏，一些问题也开始凸显，如技术手段单一、想法脱离实际等。

（四）激发质疑性思维，测试并改进原型

在喂鸟器制造完成之后，学生需要对喂鸟器进行实际测试并发现问题，测试的成败取决于“消费者”的满意度。如放置在室外吸引鸟的数量以及食物减少的量都可以作为衡量喂鸟器性能的重要量化指标。学生使用新的方法及材料尝试的过程其实就是在探索，即寻找或发现问题的答案。每个学生都充盈着感情、思维进而融入、经历喂鸟器制作过程，笔者认为这就是发现意义的中心环节，在这样的过程中，学生可以发现事物之间的各种关联，并逐步建立解释这些关联的模型，进而逐步了解各种现象背后的根据。

（五）回归设计初衷，设计售卖说明方案

笔者从授课开始到最后结束一直在向学生渗透一种“产品意识”，即最终的作品是需要作为一个真实的产品进行售卖的。因此每位“工程师”都需要向产品的消费者说明他们最终的设计方案以及使用的方法。学生需要准确、清楚地以各种形式展现产品的细节。在展示的同时，不仅能加强学生的“产品意识”，更能促进学生以中肯的眼光来回顾、反思整个工程创作历程。

二、教学中遇到的问题

“综合性”“探究性”课程在培养“核心素养”的过程中也凸现出重要的地位。受到我国青睐的STEM课程在倡导学科之间整合的同时也倡导学生个性化及创造能力的发展，然而在以考评体系为主的基础教育大背景下，理想的STEM 教育所要求的知识和技能与现行实施的STEM 课程实际情况存在着明显差距。［6］在教学的推进过程中，笔者作为STEM教学的亲历者，发现有些问题还需进一步厘清。

（一）技术手段墨守成规

技术是作为人类满足自身需求而改变世界的方法,在构建模型的时候起着重要的支持作用。在喂鸟器制作过程中，对于学生们来说剪切、固定、密封、塑形等操作所涉及的技术大都停留在比较“原始”的阶段。如固定所使用到的工具（如胶带、胶水），而在塑形方面（如建造房子模型）由于手段单一往往出现各种各样的“四不像”。诸如此类的问题严重影响“产品化”进程。这一现象背后的原因不仅有学生寥寥无几的技术储备，更是由于学校配套技术手段的缺失。

（二）“高端”设计步履维艰

上文中提到，在设计环节学生利用前科学概念提出了许多优秀的工程设计思路，如利用大气压原理制作液体供应器，利用水压泵水等，笔者也颇感欣慰。但是设计后的实施环节却让能够付诸于实践的设计寥寥无几，大部分还是按部就班地打个洞、粘贴一下敷衍了事。笔者发现学生们善于融合现代科技产品的技术手段，但在产品“落地”环节却步履艰难。这从侧面反映出在当今高科技时代学生在享用、汲取科技成果的同时呈现出的“知其然而不知其所以然”的学习状态。笔者反思并随后真实了解到这一个问题的成因：材料获取途径有限；设计工序复杂无法完成；课业负担严重等。不管出自何种原因，都不失为憾事一桩。但同时也给学生上了隐性的一课——“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。

（三）合作互助差强人意

“共享”在传统社会中是指朋友之间、邻里之间互借东西，是一种形式的共享。而在STEM课堂中“共享”意味着学生相互分享信息、材料，在思维的激流碰撞中达到共识。“共享经济”在社会上进行得如火如荼，然而在课堂上却效果略差。如在课堂中按照预设角色、任务展开活动的小组屈指可数，多数小组都非完全意义上的学习共同体，可用“游离”这个词语来形容它们。下面笔者就三种典型的“不共享”人群类别作阐述。

1. “习得性无助”型个体

“习得性无助”是指个体因为重复的失败或惩罚而造成的无作为的一种现象。这类学生群体对任何事情都无所谓、不在乎，无论是对集体或是个人的利益都漫不经心、置之度外。在STEM课堂中，这种类型的学生数量较少，每班大概有三至五名。对于这类学生而言，以往的学习经历使他们不愿意再去面对或尝试新的任务，因为他们害怕失败，具有较低的自我效能感。这种失败可以是同伴的拒绝、教师的批评，也可能是作品带来的挫败感。

2. 一人主导型个体

主导型个体往往统领全局，管辖面面俱到，且不允许有任何人撼动其统领地位。这种学生出现的概率也较小。这是由于一人独裁型合作小组的形成需要多种事件、巧合共同出现，如组内其他5位同学都小心翼翼、言听计从，同时其中一位同学可以我行我素、一意孤行。

3. 自由意志缺乏型个体

自由意志在哲学上是指个体对自身有最高的管理权限，有权利去决定自身发展道路及方向。拥有自由意志的个体能够基于自身的思想、条件去改变、创造或突破。然而自由意志缺乏的人往往对自身抱有太多的不确定性。听之任之、任其所为是他们的“行为准则”，这样的个体往往是计划忠实的执行者。

以上三种人群性格迥异，处事方式鲜明，他们之间的自由随机组合往往会形成不同的小组合作方式，体验过由充分合作带来的高度自我效能感的成员往往具有高度的责任心与分享意识，他们也愿意且期待再次尝试这样的学习方式。而那些有过不良合作体验的个体则大多数表示无趣、无所事事。因此如何基于学生的个性特点来构建积极的合作共同体则是笔者下一步需要学习和研究的重要问题。

三、结语

一个学生曾天真地对笔者说：“为什么在上有些课时总是老师带着我们学习，我们自己的好点子没办法用到？”这句话使笔者想到蒙田说的一番话：“展开学究式教育的学校就是一座真正的少年拘留所,在他们没有堕落之前就惩罚他们堕落,才使他们真正地堕落了。不妨在他们上课时候去看看,您只听到孩子的求饶声和教师的怒吼声。对着这些幼小害怕的心灵,面孔铁青,手执鞭子赶着他们,这算什么样的启智求知的好方法,这种方式极不公正且有害。”［7］学生的话无疑在向笔者透露一个信息：不想被主导。教师表面上是在苦口婆心、循循善诱，实则是为了完成一节课的教学任务而行色匆匆、草率收兵。学生成为了被愚弄的听众，而教师则是自导自演，自我蒙蔽。但幸运的是在STEM课堂中学生可以任意想象，自主实践。STEM并非“让”学生学到什么，而是让学生在充足的时空中去亲身探究事物的意义。这一教学方式有别于学究式教学方式，给予学生在混沌的环境中一抹亮色、一片绿肺。

［1］ 张华. 反思对话教学的技术主义倾向［J］. 教育发展研究，2011（20）.

［2］ 张华.论学科探究教学［J］. 教育发展研究，2014（12）.

［3］ Carnevale, Anthony P, Smith. STEM: Science Technology Engineering Mathematics. State-Level Analysis［J］. Georgetown University Center on Education and the Workforce, 2011（10）：68 .

［4］ Dewey John. The Child and the Curriculum［M］.Chicago: University of Chicago Press，1902.

［5］ 兰本达. 小学科学教育中的“探究-研讨教学法”［M］.陈德彰，译. 北京：人民教育出版社，2005：127.

［6］ 董泽华.试论我国中小学实施STEM课程的困境及对策［J］. 全球教育展望，2016（12）.

［7］ 蒙田. 蒙田随笔全集（第一卷）［M］. 马振聘，译.上海：上海书店出版社，2011：150.