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以STEM理念优化科学技术与工程内容的教学

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俞晓东

【摘?要】小学科学教材中技术与工程领域的部分内容能够为学生开展STEM学习提供较为典型的项目素材。教师可以从“项目的进化”“目标的升华”“思维的分化”“评价的优化”等方面探索基于小学科学教材中技术与工程内容的STEM教学策略，以STEM教学理念优化教材组织形式，更有效地落实课程目标，促进学生创新思维和实践能力的发展。

【关键词】小学科学;STEM;技术与工程;教学策略

《义务教育小学科学课程标准》在实施建议部分提出“倡导跨学科学习方式”，其对STEM教学给出了明确的解释，鼓励科学教师尝试运用于自己的教学实践。小学科学技术与工程领域的内容具有实践性、综合性等特点，在教学理念上与STEM教育的理念不谋而合。建构基于小学科学技术与工程内容的STEM教学策略，尝试小学科学课融合STEM教学，能够更有效地促进学生创新能力和实践能力的发展。这也是目前小学普及STEM教育的可行之路。

一、项目的进化——基于技术与工程领域，孕育STEM学习项目

小学科学教材的技术与工程领域包含很多制作、建造类活动，能够为STEM学习提供项目素材。如做一张叶画、做个指南针、做个太阳能热水器、设计制作小赛车等。但教材中的活动不是成熟的STEM项目，它们在常规科学课中往往以课堂探究活动的方式出现。其中，一个探究活动往往聚焦一个单一性问题，一个问题的研究结论往往指向一个科学概念。而STEM项目的学习主线是“暴露问题—分析问题—解决问题”，并且这个过程是循环往复的。学生在STEM学习中会产生多个问题，且这些问题的指向是多维、发散的。

比如，某教师在执教教科版《科学》四年级上册《声音的变化》一课时，试图弱化对“声音的变化与哪些因素有关”这一问题的探究，用STEM项目——“做一个小乐师”替换原先的科学课。然而最终，课堂上并没有出现教师期待的“小乐师”。原因在于学生在尝试制作小乐器的过程中会产生诸多问题：声音的高低怎么调节？声音的强弱如何变化？制作材料如何改进……这些问题中，涉及科学原理的，需要通过若干个探究过程来解决;涉及设计、制作方案的，需要通过计算与合作交流来完成;涉及评价的，需要制定规则来进行。可以说，无论是按教材来学习，还是将其转换成STEM项目，学生对声音高低、强弱的探究过程都是必不可少的。STEM项目包含科学探究活动，并且相较于科学探究活动，它的理念更清晰，过程更完整。因此，教材活动到STEM项目的进化需要从学习目标、学习方法、学习评价等多方面进行，绝不是简单延长探究时间，或者增加实验材料就能完成的。

二、目标的升华——从科学、技术、工程、数学等维度，定位学习目標

STEM教育的内涵可以理解为以数学为基础，通过工程，解读科学和技术。因此，从科学、技术、工程和数学四个维度，制定小学科学课技术与工程领域中STEM内容的学习目标，是将教材内容改造为STEM项目的重要步骤。

比如，在“设计制作一个保温杯”项目中，教师可以为学生制定学习目标，如表1。

表1?“设计制作一个保温杯”STEM学习目标

[科学认识不同材料的传热本领不同，热的不良导体能够减缓热量散失

认识固体、液体、气体的主要传热方式

补充学习更多的热学原理，并尝试将其运用到保温杯的设计制作中去技术寻找适合制作保温杯的材料，测试、比较材料的保温性能;尝试用多种方式处理材料，制作个性化的作品工程合理分工，有组织地分析项目实施的步骤和可能面临的困难;能及时、有效地交流意见

合理规划材料、设计图纸，并根据实际制作情况调整、改进设计图数学对材料测试数据进行比较、统计、分析

合计成本，有依据地为产品进行估值]

从科学、技术、工程、数学等维度制定STEM学习目标，能将科学概念、科学方法和科学情感有机融合，使其贯穿项目始终，为学生在知识、能力、思维等方面的发展指明方向。在“STEM+”的理念下，教师也可以动态地、循序渐进地加入艺术、人文等目标维度。比如，在“设计制作一个保温杯”这一项目中，科学、技术、工程和数学目标是核心目标，只有在这四个维度目标的指引下，才能建构起保温杯模型，而当模型升级为产品时，艺术、人文的要素就会凸显出来。

三、思维的分化——高度开放的项目实施路径，诱发思维的深入和创新

从技术与工程领域的STEM项目学习逻辑（如图1）来看，现实需求引发项目的启动;现实需求的差异促使项目成果朝多元化发展。这就决定了学生在STEM学习中重在思考，而非制作;完成的作品是思维发展和创新的成果，而非手工复制品。成果创新要求思维分化，而学习路径的高度开放才能为思维个性化发展创造最大可能性。学习路径的开放性主要体现在学习内容、学习时空、学习方法三个方面。

（一）开放学习内容，为思维分化打下基础

STEM学习倡导在“做中学，学中思”，有