STEM教育理念下的小学科学教学

张硕司

目前，国家越来越重视STEM教育，以培养未来型人才。STEM教育就是让学生面对真实情境中的问题，通过团队合作将科学（S）、技术（T）、工程（E）和数学（M）有机统一，运用跨学科的知识与方法来解决复杂问题，培养学生的自主性、主动性和创造力。推进STEM教育是全面提升小学科学基础教育质量的重要抓手，符合小学科学教育发展的方向。

《设计制作小赛车》的教学内容来自教科版小学科学五年级上册第四单元《运动和力》，共8个学时，内容分成四部分：了解重力、弹力、反冲力，用这些力作动力使小车动起来；学习测量力的大小；研究摩擦力；用所学知识设计制作一个小车。这样设置的目的是让学生在学习和探究理解相关知识与“力”的概念之后，再运用所学知识动手制作一部小赛车。

在小学科学课堂上，按部就班的科学探究，并不能达到最好的教学效果：一是不能最大化激发学生的学习兴趣，二是学习目标不够明确，三是缺乏学生自我展示空间。而STEM教育恰好可以解决这些问题，它是基于项目的学习，将学生置于真实情境下，同时具有明确目标，要求学生解决若干问题，通过完整的制作过程促进知识的吸收与应用。因此，笔者运用STEM教育理念与方法，将教学内容进行整合，重新设计了一个STEM项目进行教学。在课程中，学生通过阅读和探究式学习来了解赛车的特点及设计小赛车要解决的问题，通过科学实验探究，加深对教材科学概念的理解，按照工程设计和技术制作过程，完成小赛车设计任务，制作小赛车并进行测试、评估，最后根据测试结果改善设计。教学目标分解为以下四个部分：科学方法与科学知识（使用科学实验探究的方法学习科学概念，用弹簧测力计测量力的大小，拉力、弹力、反冲力、摩擦力的特点与应用，滑动与滚动）、技术制作与技术知识（小赛车制作材料的选择，小赛车制作工具的选择，小赛车制作过程）、工程设计与工程知识（小赛车设计方法，小赛车测试方法）、数学描述与数学知识（长度测量与表示，时速的认识与描述，对比描述）。

一、课题引入活动

本环节通过“我爱思考”和“我爱阅读”来引入课题。在“我爱思考”中，让学生探讨两个问题“你了解到的赛车是什么样子的”“你希望拥有一部怎样的赛车”，以此引入课题、激发兴趣，多维度地了解学生的知识储备。然后出示赛车图片、文字资料，让学生通过阅读自主获取知识，了解赛车的基本信息。接着用对比及实例的数据描述，给予学生认知冲击，令其更加具体形象地理解赛车的“快”，如比较赛车与普通汽车的速度。这体现了数学描述与数学知识目标，并帮助学生更加了解赛车的特点以及在设计中需解决的问题，为后面的小赛车设计做好铺垫。

二、科学探究活动

首先，向学生提问：“赛车设计师们是怎样思考和设计的呢？假如你是一名设计师，现在要设计一部属于自己的赛车，你要考虑哪些方面？”通过提出思考性问题，引导学生进行头脑风暴，站在赛车设计师的角度发现问题、提出问题，从而明确课题要解决的问题。在此，要让学生意识到赛车求速度、平稳、安全的问题，然后让学生讨论“如何才可以让赛车兼顾速度、平稳和安全呢？要怎样设计来解决这些问题”。

学生在思考如何解决问题时，就会引出本单元的科学概念和实验，于是在討论后让学生进行科学实验探究。科学小实验包括：研究拉力大小对小车运动的影响、驱动小车的方式、运动与摩擦力的关系、测量滑动和滚动摩擦力的大小等。实验从解决实际问题入手，目标明确，能让学生更加有兴趣和激情去学习，体现了科学方法与科学知识目标。

三、设计并制作小赛车活动

首先，学生以小组合作的形式，各自发挥团队创意，讨论小赛车的设计方案，填写“小赛车设计方案”表格，选择合适的材料设计作品，并画出小赛车的设计图。然后，选择恰当的工具，根据该团队设计方案将小赛车制作出来，利用简单的材料将自己的想法变为现实。接着，测试制作好的小赛车，观察其运动。最后，提出修改方案，改善小赛车。这一环节体现了技术制作与技术知识目标、工程设计与工程知识目标。

四、展示与评价活动

让学生小组分享自己的小赛车，介绍其赛车的设计特点，以此锻炼学生的口头表达能力和总结能力。小组先进行自我评估，再让其他同学评价，提出建议与意见，教师最后进行总结。在这个过程中，学生可以互相学习，也有助于拓展思维，进一步完善设计。最后举办赛车会，评选出最佳小赛车，如最佳行驶，最快速度等。

注：本文系华南师范大学附属小学2017年度校本研究项目“在小学科学教学中运用STEM课程理念与方法的研究”（课题编号：2017ZK011）的研究成果。

责任编辑 黄博彦