初中科学中 STEM理念的渗透策略

初中科学中 STEM理念的渗透策略

费志明 1 鲁玉珍 2

1海宁市教研室 浙江 嘉兴 314400 2海宁市许村初中 浙江 嘉兴 314400

【内容摘要】STEM理念已深入人心，在课堂上有效地渗透显得尤为重要。“立足现有教材，挖掘STEM各方素材”、“任务中心驱动，融合STEM综合素养”、“成果展示评价，开发STEM高阶思维”等有效措施。力图在科学课堂这个STEM教育的主阵地上培养学生综合素养，开发学生高阶思维。

【关键词】STEM教育；初中科学；任务中心；思维

STEM理念是通过创设学习情境，让孩子们像科学家一样的探究，像工程师一样的解决问题^[1]。STEM教育理念已经越来越多地被广大教师接受与实践，那么如何在初中科学教学中的有效渗透？从而提高学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，更包括与人合作创造性地解决问题的素养。

1 立足现有教材，挖掘STEM各方素材

《初中科学课程标准2011》指出初中科学课程本就是一门综合性课程，本课程力图超越学科界限，统筹设计，整体规划，强调各学科领域知识的相互渗透和联系整合。浙教版《科学》教材更是在学科整合的教材设计上做出了大量尝试，教材中的“活动”、“阅读”、“科学•技术•社会•环境”和“研究性课题”等都是现有的良好素材。我们可以以此为素材，展开一些拓展性的STEM小制作、小调查等。

在制作中一般会经历真实的情境需要（人文）→制作原理的分析（科学、数学）→材料的筛选（技术、工程）→制作方案评价与改进（技术、人文）等过程，顺其自然地融入各学科的要素。

例1“简易酸碱灭火器的制作”进行的设计：

引入：师播放火灾视频，提问我们生活中经常用什么工具灭火

生：灭火器

师：那你知道灭火器的制作原理是什么，又是怎么发展成我们现在这种样子的吗？

该素材直接取自于书本活动，被教师融入真实情境之中，使这个活动赋予了实际意义。

教师提供资料：含有碳酸根的物质（比如碳酸钙碳酸钠）与一些酸（比如稀盐酸、稀硫酸）反应容易产生二氧化碳。

生写出这几种物质反应的化学方程式

H₂SO₄+CaCO₃=H₂O+CO₂↑+CaSO₄ H₂SO₄+Na₂CO₃=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄

2HCl+Na₂CO₃=H₂O+CO₂↑+2NaCl 2HCl+CaCO₃=H₂O+CO₂↑+ CaCl₂

师：那么它们实际反应时又是怎么样的呢？我们来进行实验研究一下

学生分组实验（在试管中实验），记录现象

学生汇报略（主要汇报反应速率）

师：灭火器用哪一类的反应好呢？

生：第二三个反应，因为灭火就是需要产生二氧化碳的速度快才好

在这样的关于制作原理的分析中、在制作材料的筛选中融入了科学、技术的相关要素。

师：利用这样的原理我们就可以制作间简易酸碱灭火器，但是为了让它平时不反应，要用时马上反应，我们该如何制作反应装置呢？请画出你的装置图。

生生讨论后画装置图，上台交流，师生共同评价筛选。

生开始制作简易酸碱灭火器（提供器材：带导管的单孔橡皮塞、普通锥形瓶、饱和碳酸钠溶液）并对水槽演示

演示后教师提问：还有什么不足？

生：喷出的物质不多，不一定能灭火

师：很好，联系吹肥皂泡你觉得可以加入什么是它喷出的物质更多？

生：加入洗涤剂

师：很好，但是如果真得用于救火，你观察这个装置，从安全性角度说说它还有哪些不足？

生：锥形瓶是玻璃的，易碎

师：可以改成？　　　　　　　　　　生：金属的

师再给予资料：金属很容易与酸发生反应，你觉得又应该如何改进呢？

生：用不容易与酸反应但又能反应生成二氧化碳的物质

师：很好，真正化学泡沫灭火器中盛装有硫酸铝和碳酸氢钠溶液，分别放置在内筒和外筒，内筒内为Al₂(SO₄)₃，外筒内为NaHCO₃，两种溶液互不接触，不发生任何化学反应。(平时千万不能碰倒泡沫灭火器)当需要泡沫灭火器时，把灭火器倒立，两种溶液混合在一起，就会产生大量的二氧化碳气体。所以，正确的使用方法应该注意什么？

生1：不能将喷管对着他人　　　　　生2：倒过来之后最好晃一晃

在这样的反复地进行制作方案评价与改进过程中融入工程、数学的相关要素，更有人文关怀渗透其中，使STEM教育趋于STEAM教育。

而在浙教版初中科学教材中这样的科学制作素材还有很多，仅八上就有热气球，水净化装置、水果电池、简易验电器、自制晴雨计等，当我们把这些小制作赋予真实情境需要，不是像拿着说明书一样“按部就班”，而是真正研究其制作原理，并在交流讨论中不断改进制作方案，都可以是STEM教育的良好素材。

2 任务中心驱动，融合STEM综合素养

任 务中心学习（PBL）是科学课堂项目化学习一种方式，也是STEM各方面素养得以有效融合的主要方式。我们把各学科知识的交集部分抽离出来，上升成为一个可操控的、有具体内涵的“多角齿轮模型”，中间的红色部分就是各学科的共同部分，这就是一节课的“中心任务”，边上的齿轮则代表完成这个中心任务的各个学科要素，以“中心任务”驱动，带动了各个学科的共同运转，从而协同合作完成了高效、有意义的跨学科学习。

以上面“简易酸碱灭火器的制作”为例，在情境的激发下，我们归纳出的“中心任务”就是理解灭火器的制作原理，在这样的“中心任务”驱动下，学生就要调动二氧化碳的制取与性质（科学），材料的性筛选及装置的合理安装（技术），各种材料的价格成本计算（工程、数学），材料的安全性能考量（人文关怀）等多学科的要素，以激活学生综合素养，培养学生多学科素养。

再以“电流与电荷——为加油站妇女设计一个简易验电器”为例

师播放视频（加油站妇女在加油时，因身带静电引起火灾）问：你看到了什么科学现象？

生1：看到了静电现象。

生2：看到了静电的危害。

师：有什么办法避免这场灾难？

生：如果这位妇女知道自己身上满是静电，就不会靠近油枪，就不会起火了。

师：嗯，如果我是这个妇女，最好有个验电器让我知道我身上有很多静电。今天我们请同学们帮助这个妇女解决这个困难。

德国教育家第斯多惠曾说“教育艺术的本质不在于传授本领，而在于激励，唤醒，鼓舞”，我们给予学生一个真实情境，以此指向一个核心任务，学生就会主动去调动各方面综合能力来解决实际问题，此“中心任务”需要调动的学科要素有：

3 STEM成果展示，体现学生思维过程

美国教育心理学家本杰明·布鲁姆的学生Anderson把认知目标分类体系中的识记、理解、运用认为是低阶水平，把分析、评价、创造认为是思维的高阶水平。STEM课堂做为以解决实际问题为核心的课堂恰恰是发展高阶思维的重要方式，具体来说，主要体现在以下几个方面：

3.1 成果展示是学生分析思维的显性展示

分析能力是人在思维中把客观对象的整体分解为若干部分进行研究、认识的技能和本领。STEM课堂往往以学生小组合作形式展开，他们在进行作品展示过程中一定要用合理的语言表达他们设计的意图，更要有多学科的知识解释制作的原因，这需要孩子有较强的分析能力及逻辑能力。比如“制作叶片结构模型”，他们需要有条理的介绍“用什么材料制作表皮，什么材料制作叶脉，什么材料制作叶肉”，还要介绍“为什么选择这样的材料制作”，在这样的过程中，科学中“结构与功能相适应”的思维被体现出来，而他们有条理的分解过程恰恰显性展示了他们对问题的分析能力。

3.2 成果评价是学生评价思维的立体呈现

评价能力是学生根据一定的标准进行价值判断的过程，方式可以是学生自我评价，学生评学生等。比如“制作叶片结构模型”，可以先让学生就“活动参与性、学习性、主动性”方面进行自我评价，然后让各组进行成果展示，其他学生从“制作原理是否科学，细胞大小比例是否得当，模型是否实用”等方面加以相互评价，在这个生自评、生互生的过程中，学生能够建立起辩证看待问题的习惯，更能激发学生思维的深刻性与批判性。

3.3 成果改进是学生创造思维的高度凝结

澳大利亚科学家贝弗里奇说独创常常在于发现两个或两人以上研究对象或设想之间的联系或相似之点。当学生把STEM课堂所得的成果再次进行改进时，他们会融入更多自己的理解和创意，这些正是孩子们创造力的高度凝结。右图是笔者在进行 教学时自己所做的一个验电器，孩子们就提出了很多改进建议：“比如把这个模型做小了适合人们带在身边，在包装上写上提示语，改成通电后直接报警的装置等等”，这些想法从不同角度进行了联想，有些已经完全把原有的想法推倒了，甚至有些“放肆”，但就像爱因斯坦所说“若无某种大胆放肆的猜想，一般是不可能有知识的进展的”，有了这些想法，才有了孩子们进一步学习、进一步创新的动力与源泉。

STEM课堂就是通过为学生创设一个真实情境，让学生在完成一系列“中心任务”过程中，调动各学科的知识与技能，培养学生综合素养；并让学生在展示、评价、改进自己的成果过程中，不断提高分析、评价和创新等思维品质。做为科学老师，更应在STEM教育的主阵地课堂上积极探索、勇于尝试，为真正培养学生思维品质而努力！

参考文献：

[1]仲娇娇.STEAM教学活动设计与应用研究[D].华东师范大学,2018：25-34

[2]李扬.STEM教育视野下的科学课程构建[D].浙江师范大学,2014：6-8

[3]义务教育初中科学课程标准[M]. 北京师范大学出版社，中华人民共和国教育部，2011：32-40

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