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STEM视野下的初中科学课堂的开发

范文

裴佳茜

摘要： STEM教育源自于美国，指在教学中要通过科学、技术、工程和数学四个学科来提升学生的综合素养与能力。在STEM视野下开展初中科学课堂的教育可以有效解决传统教学中学生实践能力差、缺少合作意识和合作精神的问题，培养他们分析问题和解决问题的能力，适应当下快速发展的社会对人才素养的需求。基于此，本文将具体对STEM视野下的初中科学课堂的开发进行思考，希望能够以此提升初中科学课堂的教学质量。

关键词： STEM;综合素养;教学策略

中图分类号： G633.98 ? ? ? ? ? ?文献标识码： A ?文章编号： 1992-7711（2019）22-080-2

初中科学是一门以提升学生科学素养为主要目标的学科，本门课程综合性较强，涉及到的范围广，内容多，学生学习起来并非十分容易。STEM教育源自于美国，是科学、技术、工程和数学的缩写，其重点是要在教学中通过这四个学科之间的融合来提高学生的综合素养与能力。2016年，我国教育部出台的《教育信息化“十三五”规划》中明确提出了要对STEM教育等教育模式进行探究，不断提升学生的探究意识和创新能力。目前的初中课堂教学中，STEM教育并没有得到应有的重视，为此，对STEM视野下初中科学课堂的研究十分重要。

一、STEM教育概述

1.科学素养

科学素养是指对科学知识理解和运用能力，包括对大自然的理解和对大自然的影响的相应决策能力。因此，培养学生的科学素养将会涉及到技术科学、地球与环境科学、生命与卫生科学等多个领域。

2.技术素养

技术素养是指通过学习使学生对科学技术的了解、认识、评价等能力。良好的技术素养不仅仅要了解技术的发展过程，掌握技术操作方式，还要明白技术将会对我们今后的生活、国家的发展乃至是世界带来怎样的影响。由此，技术素养的提升将会满足人们未来对世界的变革要求。

3.工程素養

简单来说，工程素养就是在对技术的理解和应用的过程中，实施开发与动手操作的能力。在科学课堂的教学中，工程课程会以项目作为载体，通过多种学科知识的融合，将课本知识中的难点和重点内容与学生的生活实际相结合，有效激发学生的学习兴趣和积极性，让他们更好的理解知识，学会用知识去解决问题。所以，我们也可以将工程看做是建立在数学原理和科学系统之上的实践操作过程。

4.数学素养

数学素养是指学生在分析、解决问题的过程中使用数学方法、数学思维去进行思考、判断和分析的能力，即学生发现、解决、表达问题等多角度下应用的数学能力。

从这四种素养的概念我们可以发现，生活中大多数的事情都需要通过多种学科的结合来解决。STEM教育要求学生能够利用这四方面的素养，不断发现问题、探索问题和解决问题，并非只是将这四种素养进行简单的排列组合。

二、STEM视野下的初中科学课堂教学策略

1.结合实际工程设计教学

在STEM视野下所开展的教学要注重各学科之间的整合，重点提升学生的综合性科学素养。采用工程设计案例来进行的教学可以更好的发挥出课程整合的作用，利用实际的案例来帮助学生掌握具体的工程设计的操作方法，形成以问题出发为主线的课堂教学，满足STEM教学要求。在初中科学课堂教学中，教师可以根据所学内容，将知识点融入到具体的工程项目案例中去，通过核心问题的解决来引导学生解决工程的设计问题，从而让学生掌握知识的原理。

例如，在光的反射这一部分学习中，教师可以通过这样一个工程设计案例来展开教学：有这样一个小镇，他们位于峡谷中，常年都没有阳光的照射。后来，当地的人们依靠三面巨镜让小镇首次沐浴到了冬季的阳光……

这个案例提供了一个真实的情境，学生需要主动对问题进行思考，结合数学、技术等多个学科的知识来了解案例中所涉及到的科学知识（光的反射定律）。之后，教师可以让学生去分析光的反射的特点，思考小镇人民究竟是如何安装这三面巨镜的，在安装过程中又应该注意到哪些问题等等，以此根据实际问题不断改进设计方式。

这节课的主要线索是：情境——规律——原理——特点——应用——反思。通过这样一系列的课堂活动，学生必然会在不知不觉中掌握有关光的反射的知识内容，包括光在什么物体表面可以发生反射，入射角、反射角，以及光的反射定律等等。这种教学方式通过真实的案例设计进行课堂引入，一方面能够有效调动学生的学习积极性，另一方面还可以提升学生的探索精神，培养他们发现问题和解决问题的能力。STEM教育相对于传统教育来说，更加重视学生成果的展示，但这里的展示并非只是简单的成果展示，而是要展示分析问题和解决问题的思路和过程，即体现出学生的语言方面的组织运用能力、思维逻辑推理能力等综合素养。所以，STEM教育的教学重点就是要让学生寻找问题，探索未知世界，提升实际操作能力。通过工程设计进行科学课堂教学符合了STEM教育的要求，让知识在学生脑中不断强化，做到活学活用。

2.引导学生进行技术操作

科学课堂教学的重要目标是让学生将所学知识应用到生活中，而不是停留在空洞的理论当中，即让科学课堂技术化。所谓的技术，就是指通过工艺操作技能、工具设备或是材料来展开的社会实践活动。技术素养是科学素养中的重要组成部分，包括对技术的认知、操作技术的基本能力以及使用技术过程中的严谨思维等等。在科学课堂教学中，教师可以通过完成技术设计的过程和环节来促使学生形成基本的技术能力，提升他们的技术素养。

例如，在滑动变阻器的学习中，教师可以向学生来展示台灯，让学生来感受在亮度调节下灯光的变化，并提问：为什么调节开关可以改变台灯的亮度呢？同学们是否能够自己来制作出一个可以调节灯泡亮度的电路呢？根据目前我们所学知识可知，影响电阻大小的因素是导体的材料、长度和横截面积，那么制作可调节灯泡亮度电路的最简单方式是什么？

提出这一问题后，学生自然会想到利用改变导体的长度是最简单的改变电阻大小的方式，从而达到调节小灯泡亮度的目的。此时，教师便可以让学生进行实际动手操作，将电池、电流表、小灯泡、开关、导线和电阻丝组成串联电路（如下图所示），进行引导，模拟过程如下：

教师：这个设计中有什么样的问题？怎样进行改正？

学生：合金线太长，使用不方便，可以将他缠绕起来。

教师：现在我们有两种缠绕的材料可以选择，一个是陶瓷筒，一个是金属筒，应该选哪个？为什么？

学生：使用陶瓷筒，陶瓷筒是绝缘体，金属筒不是。

教师：缠绕过程中应该如何避免合金线相碰而出现的短路现象？

学生：可以在合金线上刷一层漆来避免短路问题，并在于划片接触的地方将表面的漆去除。

在这样一步步的引导之下，学生自然会完成了电路的设计，掌握了调节台灯开关的原理与方法。这种方式比纯粹的要学生记忆背诵影响因素来得高明，也得到了学生的认可，让他们利用已有的知识来解决问题，将知识转化为经验，更有利于提升学生的动手操作能力，实现科学课堂的教学要求。

3.采用项目学习教学模式

项目教学法是利用项目来让学生融入到情境之中的教学方式，相对于前两种教学方法来说，项目教学法的知识综合性较强，对学生的操作能力要求更高，在项目完成之后必须要进行展示来体现学习成果，进行学习评价。对于初中科学教学来说，由于学生的水平有限，教师需要把控好项目的难度，选择符合中学生特点和学习要求的项目内容。

例如，为了让学生更好的掌握能量转化与守恒定律，了解太阳能的应用，教师可以设计“自制简易的太阳能汽车模型”的教学项目。首先，要准备小马达、导线、模型物理小车和太阳能电池板等材料，并为项目的开展创建情境：社会的快速发展，使我们对能源的需求越来越大，环境污染、能源枯竭等问题成为了世界性的难题。2010年，上海世博馆内出现了一种新能源汽车，该汽车利用了太阳能电池，达到了零污染、零排放。那么这种太阳能汽车究竟是什么样的呢？它又使用的是什么原理？同学们能否自己制作太阳能汽车模型呢？

提出问题情境之后，教师可以与学生来共同探讨该项目中所涉及到的知识内容，包括光合作用、能量守恒定律、电路知识等等，并确定这些知识在项目中的应用方式，以小组为单位，构建太阳能汽车模型，尝试组装搭建。完成之后，各小组要展示自己的最终成果，通过相互讨论来做到取长补短，弥补本小组项目完成过程中的不足之处。

在本案例中，学生不仅了解了太阳能汽车的工作原理：将太阳能转化电能，而且通过这一原理设计整合成一个完整的太阳能汽车模型，最后反思模型设计中的缺点，并进行完善。这一过程中，学生利用自己的所学知识不断去克服问题，解决问题，感受到科技与生活的紧密联系。这种STEM视野下的教学方式极大地提升了学生思维水平，动手实践能力，满足了培养学生核心素养的要求。

三、STEM視野下的科学课堂教学注意事项

1.要融入地方课程，体现生活化

STEM教育要求学生在学中做，在做中学，这就需要充分利用相关的教学资源，通过科学的实践过程来提升学生的STEM素养水平。因此，融入地方课程，结合学生实际对于STEM视野下的科学课堂教学有着十分重要的意义。

例如，我们可以根据学校所在地区环境来构建出具有当地特色的校本课程，并结合本地的教育资源，推出具有本地的专题课程。当然，这一目标的实现离不开学校与当地教育部门的支持。政府部门在进行教育改革时，应该充分体现出STEM教育理念，为学校的STEM教育提供充足的财力与物力支持，促进STEM教育的实践应用。

2.要拓展STEM教育机会，培养科学素养

首先，STEM视野下的科学教学中，我们要加强与学生家长之间的联系，让家长从自身做起，为学生提供更多的学习资源，例如与学生一起去观看关于科学技术的图书或是电影，一起制作工程工艺品等等。其次，在课下生活中，教师可以让学生根据自己的兴趣组成兴趣俱乐部，通过相互交流和相互沟通来了解更多的科学知识。第三，在实际教学中，为了提升教学质量，更好的进行STEM教育，可以充分借助多媒体设备来向学生展示一些微观或是难以现场演示的场景，以此增加学生参与STEM教育的机会。第四，可以通过与当地职业高中或者企业合作来为学生提供更多的实践操作机会，使他们的操作兴趣与创新精神得以激发，积极的投入到科学的学习中来。

总之，在STEM视野下开展初中科学课堂的教育可以有效提高教学质量，解决传统教学中学生实践能力差、缺少合作意识和合作精神的问题，同时还有利于提升学生的学习兴趣，培养他们分析问题和解决问题的能力，满足当代社会对人才素养的需求。但是，由于STEM教育目前在我国国内仍然处于发展阶段，应用并不是十分广泛，没有形成一个完整的理论研究体系，在科学课堂教学中更是缺少了实践探究，这就需要广大教育工作者继续进行探索，促进STEM教育在科学课堂中的开发与应用。

[参考文献]

[1] 费志明.STEM视野下的初中科学课堂的开发[J].教学月刊·中学版（教学参考），2018（06）：42-46.

[2]苏爱娣.STEM视域下的初中科学制作类拓展课程的开发[J].教学月刊·中学版（教学参考），2018（03）：3-6.

[3]李崎颖，金晓凌，丁旭梅，余波.STEM视角下的初中科学课程教学实践研究——以伪全息3D投影制作为例[J].中国教育信息化，2016（24）：35-39.

[4]李君玉.STEM教育在初中科学课程教学中的价值探索[J].天津市教科院学报，2015（04）：91-92.

（作者单位：浙江省杭州萧山回澜初级中学，浙江杭州 311200）

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