基于STEM的科学课生活化实验开发研究

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  2017版《义务教育小学科学课程标准》的学科关联建议里提到:“STEM是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式,它将科学、技术、工程和数学有机地融为一体,有利于学生创新能力的培养。科学教师可以尝试运用于自己的教学实践。”
  笔者所执教的是教科版小学科学教材,该教材非常注重科学与生活的联系。学生的科学学习内容大部分来自学生身边常见的生活现象,其中生活化的科学实验操作活动更易于培养学生解决问题的能力。而且,教材以大单元的形式编排学习内容,有利于开展项目学习。因此,笔者立足教材的“技术与工程”领域,围绕STEM教育理念,确定研究开发小学科学生活化实验的策略。本文以《建高塔》为例,从创设生活化情境,明确学习任务;提供“自助餐”式的生活化材料,培养创新能力;研究生活中的高塔,提供学习支持;设计高塔,建立模型;联系生活实际,解释生活中的事物和现象五方面,基于STEM的小学科学课程生活化实验的开发进行了探究。
  一、创设生活化情境,明确学习任务
  上课伊始,教师先让学生玩“立铅笔”(铅笔的一端削尖)的游戏,激发学生的学习兴趣,并了解上小下大放置的物体比较稳定。然后出示埃菲尔铁塔,引发学生关注。“你知道这是什么吗?它位于哪里?”“小时候你用积木块搭过塔吗?”最后,情境引入:“现在我市需要建造一座塔来作为地标性建筑,你们有兴趣参与其中的设计与招标吗?”
  你看,创设这样生活化的情境,不仅快速地激发学生的学习兴趣,而且明确地提出了本节课的学习任务,学生就会利用自己的知识储备来想办法解决这个问题。
  二、提供“自助餐”式的生活化材料,培养创新能力
  教材中选用可乐瓶、胶带让学生搭建高塔,在实际教学中,我发现学生对此兴趣不够浓厚,感悟不深。究其原因,主要是搭建材料限制了学生无限的想象力。对于“技术与工程”领域的教学,材料是一个关键因素,它与生命科学、物质科学、地球与宇宙科学的教学一样,都需要准备有结构典型材料。除此之外,材料的要求还需要多样性,以利于学生创新能力的培养。因为多样性的材料,既给予学生选择的余地,又为学生的设计打开了思路,可诱发学生有更多的思路,制作出不同的有新意的作品。其次在材料设置上可设置“自助餐”式材料区,学生可根据自己设计的模型去选择适宜的材料,从而培养学生的元认知。所以,我根据教学内容的需要,和学生们一起准备了胡萝卜块和牙签、塑料雪花片、意大利面、棉花糖等丰富的、本土的、生活中可寻找到的材料供学生选择。
  三、调查研究生活中的高塔,提供学习支持
  在学生明确任务后,教师要想办法激活学生头脑中已有的对解决任务所需概念的理解。要想设计出理想的塔,就要激活学生前面所学的形状与结构知识和材料知识。我们可以在课上分享课前收集到的世界各地的塔的情况。在分析塔的特点时,教师应引导学生观察各种塔在形状与结构上的特点。这些塔的形状有什么共同的特点?都是由什么结构组成的?这样的结构有什么优缺点?学生通过交流分析理解了塔的共同特點与设计的关系,有利于学习科学概念后的迁移和运用。
  四、设计高塔,建立模型
  1.提出设计要求。条件限制是科学技术走向现实生活必然面临的问题。因此,在基于STEM理念下“技术和工程”领域的学习中,教师要针对教学内容,提出明确的限制条件,这是理解真正的科学技术设计的开始。所以在《建高塔》中,可以通过发布招标书,提出设计要求:①结构符合科学原理,具备不易倒塌的特点;②高度达到
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