STEM理念下的小学科学跨界教学

*基金项目：泰州教育学会2022年度重点立项课题“基于STEM理念下的农村小学科学教学实践研究”（TZ2022049）。

[摘 要]基于STEM理念的科学跨界教学是对科学、技术、工程、数学等学科知识、技能、思想、方法的一种有效整合。在STEM理念关照下，教师要让跨界教学主题有准度，要让跨界教学过程有梯度，要让跨界教学交流有深度，要让跨界教学评价有维度。STEM理念下的小学科学跨界教学，以“做”为特征、以“思”为核心、以“融合”“共生”等为目的。STEM理念下的小学科学跨界教学，不仅能提升学生的科学学习力，而且能发展学生的综合素养。STEM不仅是一种教学方式，也是一种研究方式，还是一种育人理念。

[关键词]小学科学；STEM理念；跨界教学

STEM理念下的小学科学跨界教学，是以科学课为时空载体、以科学学科课程内容为媒介、融合其他相关学科课程资源、素材以及学生生活世界中的课程资源和素材的一种综合性、实践性教学形态。所谓的STEM，就是指科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学 （Mathematics） 等的学科知识的概括性称谓。基于STEM思想，在科学学科教学中，教师要进行跨学科整合、跨界整合。要将科学、技术、工程和数学学科的相关要素、元素等引入其STEM理念下的小学科学跨界教学，是以学生外在的“做”为特征、以学生内在的“思”为核心、以“融合”“共生”等为目的的一种教学方式。[1]作为教师，要树立一种课程开发意识，将科学课程、学生科技活动以及学生其他学科知识学习、日常生活等的相关知识整合起来。STEM理念下的小学科学跨界教学，不仅能提升学生的科学学习力，而且能发展学生的综合素养。

一、跨界教学的主题“有准度”

科学学科课程的跨界主题，既可以应用教材中的相关主题，同时也可以对教材中的相关主题进行重组、改造，还可以自主研发、设计相关的主题。很多教师在实施科学跨界教学时，往往主题模糊、主题不清，从而导致学生的跨界学习比较混乱。基于STEM理念视角，教师的跨界教学主题应当“有准度”。换言之，在实施科学跨界教学时，主题应当鲜明、突出，应当让学生的科学实践活动有方向性、有针对性、有实效性。STEM主题应当有助于将相关的学科课程资源、素材等统合到一起，从而能让相关学科以及学生生活中的课程资源、素材发挥统整、协同育人作用。

跨界教学的“主题”，就是学生展开科学跨界学习的“桥梁”“枢纽”。有了鲜明的STEM主题，教师的科学跨界教学就能将相关的学习内容串接起来，从而能建构一个立体性的学习网络、系统、模式。同时，主题要有助于激发学生的科学猜想，引发学生的科学思考、探究的积极性。如教学苏科版小学科学教材六年级上册“电”这一部分内容之后，笔者设计研发了“点亮红绿灯”的跨界学习活动。这一活动具有一种综合性，它需要学生能自主应用科学的、工程学的、数学的等相关学科的课程知识。同时需要学生能主动唤醒、激活自我的生活中的关于“电”的相关知识。从科学上来分析，需要学生构建一个通路；从技术上来分析，要求学生能设计一个开关，一盏灯，红绿灯，红黄绿灯的亮、灭；从工程上来分析，要求学生能建构一个电路图，比利用电路图来进行分析；从数学上来分析，则要求学生能将是无话的电路图抽象、解释、建构成一个简约化的电路图模型。在这个过程中，教师要融入电路串联、并联等相关知识。基于这样的STEM理念，笔者在教学中从跨界教学的主题出发，将问题聚焦于“如何实现光色讯号的更换”。为此，笔者设计、研发了三个层次性、阶梯性的任务、活动，引导学生展开积极的科学思维、探究。[任务一]点亮小灯泡。在这个活动中，引导学生认识短路、断路、通路，让学生认识电流的方向，认识导体和绝缘体等。[任务二]设计红绿灯。在这个过程中，引导学生认识开关、优化开关，并进而用一个开关控制两盏灯。[任务三]设计红黄绿等。在这个过程中，进一步引导学生优化开关。

跨界教学的主题应当是着眼于现实生活中的问题。只有着眼于现实中的问题，才能让学生感受、体验到主题的科学性、生活性意义和价值。基于STEM理念，教师引导学生聚焦主题，对相关生活现象、事件、问题等展开深度分析，并进行优化、展示、评价。[2]实践证明，当科学跨界教学课题有准度时，学生的科学学习就能从他主转向自主、从被动转向主动、从肤浅走向深刻。在“点亮红绿灯”教学中，从点亮一个灯泡到点亮红绿灯、再到点亮红黄绿等，学生的科学学习逐步进阶、科学认知逐步提升、科学思维逐步丰富、深刻。在一次次的探究实践中，学生能积极主动地发现问题、分析问题和解决问题。

二、跨界教学的过程“有梯度”

学生的科学跨界学习是有层次、有梯度的学习。是不断进阶、发展性的学习。基于STEM理念，设计、研发相关的跨界学习，要注重引导学生的认知、思维等循序渐进，引导学生科学认知心理逐步从抽象走向形象、具象。[3]在科学跨界教学中，教师要引导学生带着问题去设计、带着任务去思考、探究。要让学生从简单地模仿走向自主性的建构、发现、创造，引导学生从关注学生科学探究的整体转向关注学生科学探究的细节。换言之，基于STEM理念下的小学科学教学应当是循序渐进性地教学。

如教学苏科版小学科学教材五年级下册的“物体的沉浮”这一单元的相关内容时，笔者就立足于STEM理念，引导学生合作、交流、批判、创新，设计研发了“玩‘潜水艇’”的跨界学习活动，以做一个“浮沉子”作为活动项目。在活动中，笔者设计研发了这样的几个活动任务：[任务一]制作一个自由沉浮的“浮沉子”；[任务二]探究“沉浮自如”的秘密；[任务三]了解潜水艇沉浮的原因。这样的一个任务群，是一个层次性、阶梯性的任务群。借助于这样的任务群，学生的科学探究能拾级而上。首先，学生借助于滴管、螺帽、空瓶、水槽、烧杯、水、抹布等，通过控制滴管里的水量，成功地制作成了一个“浮沉子”。在此基础上，笔者引导学生“探究浮沉自如的秘密”，让学生认识到挤压瓶子能改变瓶子中的压强，进而能让瓶子中的水从“浮沉子”的下面的小孔中流进去或流出来，从而改变“浮沉子”的质量，但“浮沉子”的体积没有发生变化，进而能让“浮沉子”沉下去或浮上来，达到改变“浮沉子”沉浮的状态。在此基础上，引导学生猜想“潜水艇”沉浮自如的秘密，并通过播放视频，让学生真正科学地了解“潜水艇”的沉浮秘密。有了这样的一种认知，学生就借助于各种材料，自主设计、研发了各式各样的“潜水艇”。在相互合作中，学生自制的“潜水艇”越来越“先进”。这种基于STEM理念下的跨界教学，充分发挥学生的主观能动性，让学生带着问题去设计、带着“认知”去设计，从而让学生的设计、制作不断改进、不断优化、不断进阶。

跨界教学的过程是一个学生的认知逐步深化、实践逐步改进、改良的过程。实施STEM科学教学，不是盲目的，而是要积极优化学习过程。要把握学生科学跨界学习之点，梳理科学跨界学习之线、明确科学跨界学习之面、构建科学跨界学习之体。作为教师，要跟进学生的科学制作，对学生科学学习过程中出现的相关的问题引导学生进行分析，对学生科学学习过程中遇到的障碍、困惑进行疏导。通过启发、点拨，让学生的科学STEM学习走向深刻、走向深度。[4]以STEM理念推动农学生的科学跨界学习，不仅要着眼于深化学生科学跨界认知，同时也要着眼于培育学生的科学跨界思维、催生学生的科学跨界想象。

三、跨界教学的交流“有深度”

跨界教学要引导学生互动、交流。基于STEM理念，教师在教学中要引导学生从事物、事情的“现象”沉思事物、事情的“本质”。[5]在STEM课程实践中，学生创造的作品、成品可能不是一个完美的作品、成品，但却一定是学生思考、探究的产物。在科学学习过程中，学生往往很容易看到各种现象，但却不容易发现现象背后的本质。基于此，教师在教学中要引导学生思考、交流现象背后的本质。为此，教师在教学中可以引导学生抓住关键问题、核心问题、核心任务等进行思考、探究。跨界学习中的互动、交流并围绕着核心问题、探究等展开的深度交流。通过交流能让学生的科学视界走向融合。

比如，教学苏科版小学科学教材六年级下册“电与磁”这一单元的相关内容之后，笔者就设计、研发了“电动机”等为主题的综合性活动。为了促进学生的跨界性综合实践活动，笔者首先与学生互动、交流“电产生磁”“磁生成电”的相关知识。在此基础上，笔者引导学生互动、交流“电动机”的部件构成，诸如“换向器”“定子”“转子”“电刷”“蹄形磁铁”“滑动变阻器”等。在此基础上，引导学生做“电动机”的最为重要的零件——“线圈”。在引发电动机转动的过程中，引导学生互动、交流：改变电动机的转速有哪些方法？改变电动机的转向有哪些方法？在这个过程中，引导学生积极猜想、验证，从而引发学生的不断地探索。如“移动滑动变阻器的滑片，改变通过线圈的电流大小，线圈转动的速度是否改变？怎样改变？”如“将蹄形磁体的两个磁极对调，改变线圈所在处的磁场方向，线圈的转动方向是否改变？”如“将线圈一端的漆皮全部刮掉，另一端的漆皮只刮掉半周，这样做的目的是什么？”等等。在对问题的深度互动、交流过程中，学生认识、掌握了“电动机”正常转动的相关原理。当学生在自己的猜想引导下，通过自己的动手实践操作，进而发现了“电动机”的相关转速、转向改变的“秘密”之后，喜悦之情溢于言表。

设计研发综合性、跨界性的STEM项目，关键是引导学生对相关的“重点问题”“难点问题”进行互动、研讨。只有让学生对相关的实践操作背后的原理有了深刻的理解之后，学生的科学素养才能真正形成。跨界学习的项目化活动，整合了电学、磁学、力学、工程学等相关知识，并将这些知识深度融合。基于STEM理念下的科学综合性、实践性、跨界性的活动，不仅能提升学生的科学素养，而且能发展学生的综合素养。

四、跨界教学的评价“有维度”

基于STEM理念的科学跨界教学评价，不是单一维度的，而是融合了过程性和结果性、自评与他评、认知与情意等在的多维度、全面性的评价。STEM理念下的评价，要充分发挥促进、发展等的功能，彰显其引导、点拨、启发等的价值。作为教师，要通过引导学生自我评价、他人评价，确定学生外在的显性行为目标；要通过评价，改进、优化学生的操作、实践，让学生将学习过程和结果进行积极的展示。对于学生来说，评价不是为了证明、甄别和选拔，而是为了促进、完善和改进。[6]跨界教学的多维度评价，能有效地促进师生、生生之间的良性互动，能对学生的科学学习进行监测和反馈。

比如，教学苏科版小学科学教材五年级上册“热传递”这一单元的相关内容之后，基于STEM理念的视角，笔者设计、研发了“做个保温杯”的跨界综合实践活动。在活动中，唤醒、激活学生的已有知识经验，包括热传导、热对流、热辐射等。在实践活动中，教师要激发学生的猜想，对学生的合理性推断给予积极的评价。如“阻隔热传导”，学生认为应当使用热的不良导体；如“阻隔热对流”，学生认为应当让保温杯分两层，两层之间应当真空，避免空气对流；如“阻止热辐射”，学生认为，应当在“内壁”涂上反光材料，等等。尽管有些猜想，学生在实践中很难实现，但对于学生的大胆猜想，教师要给予积极的肯定。作为教师，还要善于从不同的视角来启发学生，比如，在“减少热传导”方面，学生想到了用盖子将杯子盖起来，或者用毛巾将杯子裹起来，或者将杯子嵌入泡沫塑料中等。这样的一些简单化的操作，体现了学生对现实材料的科学考量。在实践活动中，笔者让学生以小组为单位，彼此展开小组内的合作，并进行小组间的对比。比如，引导学生做一做“保存冰块”的比赛；比如，引导学生做一做“保存相同温度的水温”的比赛，等等。在评价的过程中，教师不仅要将着眼点放置在“保温时长”上，而且要将“材料的经济实惠”等纳入其中等。多指标、多维度的评价，能促进每一位学生的科学实践，能优化每一位学生的科学实践。实践证明，学生群体的智慧是丰富的、多样化的，多维度的评价就是在学生的STEM科学实践活动中坚持“一把钥匙开一把锁”。通过多维度、多样态、多层次的评价，使教学切入每一位学生科学学习的“最近发展区”。基于STEM理念下的科学跨界教学活动，能让学生的“手脑协同”活动，能促进学生的科学素养全面发展、全阶发展、和谐发展，能促进学生科学综合素养的提升。

STEM理念下的科学跨界教学，是一门集科学、数学、工程、技术等在内的综合实践活动。教学汇总，要通过评价这一“杠杆”撬动学生的科学跨界学习。对于学生来说，评价能提升学生科学学习的效度、增进学生科学学习的信度。作为教师，要借助于评价，始终确立学生STEM科学学习的主体性地位，要让学生的科学跨界学习成为“科学—技术—共程—数学四位一体的格局，让学生的科学学习从单学科走向多学科、从多学科走向超学科。

基于STEM理念的科学教育不是简单地“S+T+E+M”，而是对科学、技术、工程、数学等的学科知识、技能、思想、方法等的一种有效整合。STEM理念下的科学教学，是一种整体性、综合性的教学，它让学生在“学以用”、在“用中学”[7]，从而构建了一种立体性、全方位整体性学习模式。STEM理念下的科学教学，是将科学、工程、技术、数学等相关知识融为一体，从而有助于培育学生的创新意识、实践能力。STEM不仅是一种教学方式，也是一种研究方式，还是一种育人理念。

参考文献：

[1]卢苇，倪友晟.全息技术在小学科学课程中的应用与创新探索[J].教育传播与技术，2019（01）.

[2]夏雪梅.项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践[M].北京：教育科学出版社，2018.

[3]胡佳怡.项目化学习中“教”与“学”的本质[J].基础教育参考，2019（02）.

[4]姬永倩，吴建平.基于活动理论的全息教室设计[J].中国教育信息化，2019（13）.

[5]万昆，李建生，李荣辉.全息技术及其教育应用前瞻——兼论未来学习环境的发展[J].现代远距离教育，2020（06）.

[6]董宏建，白敏.中国理工科STEM教育发展探究[J].现代教育技术，2016（07）.

[7]陈晓.基于STEM教育视角的小学科学课例分析[J].基础教育研究，2017（13）.

（责任编辑：朱福昌）