讓每一名兒童在科學課中經歷STEM教育實踐

【摘要】在小學科學課程教學中推進STEM實踐，應基于兒童視角設計STEM實踐項目;在STEM項目實踐中發展兒童思維，促進深度學習;以雙量表評價提升項目實踐效益。

【關鍵詞】小學科學;STEM教育;項目實踐;雙量表評價

【作者簡介】邵鋒星，浙江杭州經濟技術開發區景苑小學校長，特級教師（杭州310000）

《小學科學課程標準》提出，小學科學課程的學習方式是多樣的，倡導以探究式學習為主的多樣化學習方式，倡導跨學科學習方式，推進STEM教育和應用STEM教育理念進行教學實踐。

在STEM教育理念深入人心和STEM教育快速興起的今天，依然存在對STEM教育認識窄化、泛化以及實施過程中流于形式等問題。事實上，在STEM教育的發源地美國，STEM教育的推進也是先從科學、數學等學科開始，以學科課程標準為引導在各自獨立的學科中引入項目學習、設計型學習等STEM學習的特征，待教師和學生對STEM有更深理解后，再推行要求更高的整合的STEM教育：由此可見，探索在小學科學課程教學中推進STEM實踐，無論是對于推進STEM教育本身，還是對于促進小學科學課程的教學改革，都具有十分重要的現實意義。

基于兒童視角設計STEM實踐項目

2017年教育部頒布的《義務教育小學科學課程標準》中增加了“技術與工程領域”的學習內容，目的是使學生有機會綜合所學的各方面知識，體驗科學技術對個人生活和社會發展的影響，并通過技術與工程的實踐活動，讓學生體會到“做”的成功和樂趣，養成通過“動手做”解決問題的習慣。按照課程標準要求，教材中適當安排了“建高塔”“做一個熱水器”等技術與工程類項目，讓學生針對具體任務，利用文字和圖案，表達自己的創意與構想，并將自己的創意轉化為模型或實物。

對于“物質世界”“生命世界”以及“地球與宇宙”領域的學習內容，小學科學課程的教材一般以科學概念作為主線，決定教材的框架和結構，選擇確定教材內容。雖然科學概念與科學探究雙螺旋協同發展的思想模型能夠更加合理地搭建教材的整體框架并體現科學教育的深刻內涵，但在具體課程的設計和教學時，依然面臨許多實際困難。

以《沉和浮》單元為例，長期以來，關于這個單元的教學存在著“密度”路線、“質量”路線、“浮力”路線之爭。因為小學生不能同時理解兩個變量（重量和體積）同時變化會發生什么，所以“質量”路線不會收到好的效果;小學生還沒有建立物質的概念，因此“密度”路線也存在問題;由于小學生還沒有二力平衡的概念，因此用力的分析方法解釋物體在水中的下沉和上浮也不符合小學生的認知水平。

我們嘗試以“做一艘小船”STEM教育項目整合“沉和浮”單元主要教學內容，該項目的學習實踐活動設計如下（見表1）。

上述STEM項目實踐活動，基于兒童的視角，從學科知識角度分析兒童已經具備和尚未具備的概念基礎，確定概念發展的水平和方向，進而設計適合兒童發展的環環相扣的STEM項目活動，讓學生在現實挑戰中發現知識、學習知識、運用知識。

小學科學課程的學習內容中有著十分豐富的STEM教育項目資源，需要教師針對不同年齡階段兒童的學習需求來設計STEM項目。例如整合《聲音》單元學習內容設計“制作小樂器”STEM項目，結合《形狀與結構》單元學習內容設計“造一座橋”“飛船著陸器”等STEM項目。讓STEM教育項目有效結合在小學科學課程的教學中，使科學探究發展成為一種融合了社會、認知和行為多個維度的實踐活動。

在STEM項目實踐中發展思維和深度學習

STEM教育強調要融入生活，從學生身邊的現象出發，建立教育與生活之間的有機聯系。在STEM實踐活動中，整個學習過程是從真實生活中的挑戰出發的，以真實的問題情境激發兒童的學習動機。因此，需要在任務呈現部分進行適當的情境創設，提升問題的真實性，以激發孩子的挑戰熱情。

產品設計是STEM實踐活動中的重要環節。學生圍繞項目主題進行積極討論，發散思維，從不同角度深入分析和探索，開始設計產品方案。以“造一座橋”為例，設計方案一般經過以下環節：（1）確定橋的結構。通過原型展示，孩子們已經對橋的相關信息有很多的了解，他們協商在河面上應該建造一座怎樣結構的橋更適宜。有的組決定造兩個橋墩或四個橋墩的梁橋，有的組決定造一座拱橋，有的組則要建造拉索橋。（2）選材，預算經費。項目活動要預算經費，不能超過預期費用，要選用環保、經濟的材料建造最好的產品。（3）人員分工。組內成員分工合作，共同解決問題，制作產品。（4）畫設計圖。設計圖要力求細致、精確，包括橋的寬度、長度，橋面的厚度，橋拱或斜杠的跨度，以及不同部位的材料要求等，都要有明確的要求，形成圖文結合的設計方案。設計方案的過程讓學生體會到現實生活解決問題需要考慮多方面因素，讓學生從不同的角度去理解問題以及運用多種學科知識設計方案，提出不同的解決方案，開拓學生的思維，提升創新意識。

學生對產品制作是最感興趣的。在制作階段，需要為學生提供豐富的資源與工具，供學生選擇和使用。小學生在制作過程中容易偏離設計方案，以及小組中強勢的學生常常包攬整個制作活動，教師要通過指導讓每一名學生都參與到制作活動中，按設計方案進行產品制作。制作并不是一件容易的事，學生會遇到一系列困難，學生在具體的操作過程中，不斷發現問題，不斷解決問題，最終將設計轉化為產品。

在產品測試過程中，學生發現產品的優點與不足，學會與他人交流分享自己的學習成果，學會傾聽他人的意見和建議，同時進一步加深對相關學科知識的理解與掌握。仍以“造j$橋”為例，在產品測試過程中，學生對橋的寬度、橋面的厚度、橋拱或斜杠的跨度與橋面承重力之間的關系進行了深入探究，收集了豐富的數據，并進行交流研討，對“不同的形狀與結構有不同的特點，改變形狀與結構可以改變承重力”的科學概念有了深刻的理解，學生在STEM項目實踐中的思維發展和深度學習得以實現。STEM項目的實踐過程并不是一蹴而就的，而是需要通過不斷循環迭代才能得以實現。學生的調查、設計、制作、測試等環節都是循環往復的迭代過程，需要通過多次的嘗試和修改。通過不斷循環迭代，不僅使方案和作品更加科學化、精細化，而且讓學生充分體會到STEM項目實踐過程的嚴謹性和創造性。

以雙量表評價提升項目實踐效益

為了有效提升STEM項目的實踐效益，教師—方面要幫助學生建構用于衡量產品達成度的評價量表，并引導學生在量表支持下開展項目實踐活動，從而促進學生學科內及學科問的知識建構;另—方面要利用學生實踐參與度的評價量表，衡量學生在項目實踐中的卷入狀況以及在團隊中的表現。

在STEM項目實踐過程中，需要把任務轉化為具有明確要求的達成標準，并通過不斷解決標準所指的若干難題，最終以完整的產品來評價自己對STEM項目所涉及的各個領域的知識掌握與應用情況。為了讓學生在設計與制作過程中發揮自主性與創造性，一般來說，可以引導學生思考產品在結構、功能、成本、工藝、創新等方面的達成隋況，于是便形成了產品達成度的評估指標——產品達成度量表（見表2）。

所謂實踐參與度量表，是指衡量學生個體及其團隊在參與STEM項目實踐時的參與深度和參與廣度的各項標準。比如，學生在方案設計、產品制作、展示等環節分別需要達到怎樣的要求，他們在項目實踐中的分工合作、個人貢獻應該具有何種表現等。

如前所述的產品達成度量表，更多的是針對產品本身的結果性評估，由于產品的個體獨特性，造成了不同項目中的產品達成度量表有較大差異，需要一項目一設計。而實踐參與度量表則是對學生參與STEM項目實踐各環節的過程性評估，考慮到項目實踐過程的共通性，實踐參與度量表的差異并不顯著，甚至在一定程度上可以通用。比如，可以為“做一艘小船”“橋”“建高塔”等案例設計如下的實踐參與度量表（見表3）。

分析“實踐參與度量表”可以發現，涉及方案設計、產品制作、修正完善、展示交流等要素，主要考查學生在項目實踐每個環節中的參與深度，以幫助學生深入體驗工程實踐過程。而涉及分工合作、個人貢獻等方面的要素，主要考量學生在項目實踐中的參與廣度，以幫助學生認識并提升在團隊中的社會價值。

總之，無論是小學科學課程的教學改革，還是STEM教育的實踐，我們的探索都屬于剛剛起步。需要廣大教師結合不同地域及自身的實際情況，深入開展相關研究和實踐，不斷促進學生科學素養、創新精神和實踐能力的提高。

責任編輯 施久銘