STEM理念下小学科学培养学生工程思维能力的教学策略
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【摘要】STEM理念是指将科学、技术、工程与数学四门学科整合为一体，借此发展学生思维结构的一种全新教学理念，但是并不是这四门学科知识的简单重合，而是根据具体的项目需求，保证学生自主展开知识整合、知识创新的能动迁移过程。因此，小学科学教师要借助STEM理念优化本学科教学，切实培养学生的工程思维能力。本文从以生活资源创设问题情境，激发学生设计兴趣；丰富趣味性活动，改善学生的思维参与情况；丰富实验体验活动，优化学生的问题解决经验；优化画图技巧指导，提高学生动手操作能力四个角度分析STEM理念下小学科学教师应如何培养学生的工程思维能力。
【关键词】小学科学；STEM理念；工程思维能力；指导策略
工程思维是指随着人类社会实践活动所产生的基本思维活动，具有科学性、逻辑性、创新性、适应性等特点，会随着时间、地点发生变化，有特定的主体，存在于学生的一生成长过程中，能够引导学生解决现实问题。但是，小学科学教师却一直没有重视培养学生的工程思维能力，反而以灌输式活动来组织科学教学活动，使学生逐渐丧失了科学探究兴趣、问题解决能力，无法促进其实现长远发展。对此，STEM理念则从学科整合角度提出了教学改革建议，所以，小学科学教师要遵循STEM理念的教学要求，切实引导学生参与多维的设计活动，使其全面展开科学探究，稳步优化学生的工程思维能力。
一、以生活资源创设问题情境，激发学生设计兴趣
设计是工程的核心与关键，需要学生根据具体的科学项目来设计项目探究计划，保证可以顺利推进“工程”。这就需要学生对“工程”的背景、程序等有较为直观的了解，且要保证学生的思维是活跃的、能动的。从STEM理念来说，小学科学教师应将现代科技与科学教学结合起来，让学生全面了解某一项科技的历史发展过程与现有研究水平。因此，小学科学教师要积极开发生活资源，借此创设问题情境，鼓励学生自主思考、自主设计，由此培养学生的设计兴趣，优化学生的思维参与情况。
比如，在“给动物建个‘家’”一课的教学中，笔者利用多媒体设备展现了一些流离失所的动物，借此创设了课堂情境，让学生意识到现在依然有许多小动物的生存环境严峻，借此导入本节课的教育主题，让学生思考如何能为小蜗牛建个家。为了充分发挥学生的想象力，笔者设计了科学问题：哪种材料比较坚硬？小蜗牛对家的需求是什么？小蜗牛的饮食、作息与行为活动有哪些规律，这些因素对“家”的要求是什么？这三个问题需要学生全面发散思维，自主分析小蜗牛的生长过程，大多数学生都能够认真观察蜗牛的外形与运动，思考环境与动物生存的关系。接下来，笔者再提问：饲养蜗牛需要准备什么？蜗牛会在“家”中有哪些行为活动？这就让学生产生了认知悬念，使其无法及时得出答案，所以，笔者再由此引导学生思考生存环境与动物成长的关系，使其自主设计建设“家”的方案。如此，可切实激发学生的设计兴趣，使其积极思考科学问题。
二、丰富趣味性活动，发展学生的思维能力
低年级小学生的注意力集中周期很短，如果科学实验活动无法及时唤起学生的参与欲望，他们便会消极敷衍，很难全神贯注地参与科学实验探究，也会因此限制自身工程思维能力的发展。因此，在STEM理念下，要想真正培养学生的工程思维能力，教师必须设计趣味性实验探究活动，以趣味实验牢牢吸引住低年级小学生的注意力，从而切实优化学生的自主思考，稳步培养学生的工程思维能力。
例如，在“我们来做‘热气球’”一课的教学中，笔者利用小猪佩奇这一深受本班学生喜爱的动漫形象导入了科学实验，笔者模仿佩奇的语气，邀请本班学生一同制作“热气球”，这很好地缩短了师生距离，让学生对本课知识产生了好奇，且大多数学生都很渴望与佩奇成为好朋友，所以使出“浑身解数”，学习了制作“热气球”的方法，探究了热气上升、下降等科学知识。然后，学生自主选择具体身份，如以“小博士”的身份负责宣传“热气球”的科学原理、操作方法。
三、丰富实验体验活动，优化学生的问题解决经验
不得不说的是，在工程中，设计是核心、是基础，如果设计出现了问题，后续的工程就难以顺利展开。但是，后续的工程实践同样也是落实设计的实践检验行为，每一项科学理论都必须经过实践的检验与证明，否则是立不住脚的，也很难真正优化学生的工程思维能力。因此，在STEM理念下，小学科学教师应积极组织以学生为中心的实验体验活动，让学生全面经历实验的设计、操作、归纳与创新过程，关注学生的自主体验，使其自主生成科学意识，稳步提升学生的工程思维能力，使其能够从工程发展、建造与创新角度分析科学问题，使其及时积累有效的实验探究经验，切身感悟每一个科学概念的真理性。
如在“做一顶帽子”科学教学开始之前，笔者提前鼓励学生寻求家长的帮助，到商场、超市或饰品店观察形形色色的帽子，既要认真记录帽子的颜色、造型，也要综合汇总帽子的基本结构，了解帽子的功能。之后，笔者在教室内提供了“材料货架”与“工具站”等工具，鼓励学生自主分工，使其以工程师、售货员或顾客的身份参与到科学实践活动中。其中，“工程师”要负责设计帽子这一商品，“售货员”需售卖帽子，“顾客”则可根据自己的喜好或售货员的讲解购买相应的帽子。在这一趣味性的科学体验活动中，每个学生都能找到自己的角色，切实体会科学知识的生成，及时形成工程思维，积累多元经验。
四、优化画图技巧指导，提高学生动手操作能力
画图是组织工程项目的重要活动，后续的施工与完善都需要根据工程图来进行，这就意味着要想培养学生的工程思维能力，就需要着重培养学生的画图、识图能力，使其学会用图解决科学问题。STEM理念强调了数学学科的重要性，因为数学是研究空间形式与图形结构的基本科目，包含丰富的画图、读图活动，由此衍生了数形结合思想方法。对此，在小学科学教学过程中，教师要积极引用STEM理念培养学生的画图能力，鼓励学生自主迁移数学学习收获，以便切实提高学生的动手操作能力，优化学生的设计思维。如此，学生就可在科学课上稳步形成工程思维能力。
由于学生在数学学习过程中学习了丰富的画图方法，所以，笔者鼓励学生在科学课上利用画图经验探究科学知识。比如，在“做一个测量纸带”一课的教学中，笔者准备了尺子与纸带，提问：纸带与尺子的区别是什么？哪个工具更好用？之后，学生便要自制测量纸带，通过画图呈现纸带的基本设计方案，对比纸带与尺子的使用方法，归纳二者的异同点、测量优势。另外，学生也可通过画图活动呈现实验探究过程，认真设计实验方案，以流程图规范科学实验步骤，由此优化学生的自主探究行为。最终，学生也可用图来交流实验操作过程与实验结论。如此，可循序渐进地提升学生的工程思维能力，优化科学教学效果。
总而言之，在小学科学教学中渗透STEM理念，可以切实改善本学科知行脱节这一现实问题，能够有效优化学生的科学意识与创新能力，使其逐步形成工程思维能力，确保学生的可持续发展。因此，小学科学教师要全面分析STEM理念的内涵，把握工程思维能力的特点，以全新的科学探究、科学发明活动引导学生逐步形成工程思维能力。
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[3]李娟，陈典.基于STEM教育理念的小学科学教师专业能力需求探析———以“物质科学领域”的教学为例[J].南昌教育学院学报，2018，33（3）：17-20
（本文系2019年度泉州市教育科学“十三五”规划（第二批）立项课题《基于STEM教育理念的小学科学低年级课堂教学研究》，课题编号：QG1352-079）
（福建省泉州市第三实验小学，福建泉州362000）
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