夏菁

【摘要】随着基础教育课程改革的不断变化，STEM教育引起了国内外教育界的关注，它的核心是学科融合，在STEM课程中学生可以经历一个完整的学习历程，获得直接经验，从而提高综合问题的解决能力。所以，STEM课程中的情境设计尤为重要，为此我将以情境设计为视角，结合相关STEM案例分析，总结STEM课程中问题情境的设计要点。

【关键词】STEM;STEM课程;小学科学;问题情境

STEM教育起源于美国。1986年，美国首次提出“科学、数学、工程和技术教育集成”的STEM教育理念。STEM（Science、Technology、Engineering、Mathematics四个英文单词的缩写）教育本质是一种跨学科的学习方法，在众多孤立的学科中建立新的桥梁，为学生提供认识整体世界的机会。它的核心是学科融合，它将还给学生一个完整的学习历程，让学生获得直接经验，从而提高综合问题的解决能力。但是往往由于缺少合适的问题情境，小学STEM课程往往变为简单的实验操作课，无法完成既定的目标。对此，我将以问题情境的设计为视角，结合相关案例分析，简要列出STEM课程中问题情境的设计要点。

一、设计需求

1.激发学生求知欲，激发和维持学习动机

第斯多惠说过：“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒和鼓舞。”[1]STEM课程的完成需要学生强烈的学习兴趣和持久的学习动机。因此，新颖独特的情境、有目的的预设问题，可以提升学生的参与感与体验感。

2.由易到难，帮助学生达成目标

由于实际教学中STEM课程很复杂，学生往往存在很大的认知困难。情境设置可以帮助学生更高效地完成STEM课程学习，在教学中的知识混淆处、知识迁移处和思维矛盾处提供支架，从易到难地提出有层次性的问题。学生在情境中对比和启发，可以更好地解决问题。

3.激发学生的创新能力

创新能力的培养一直是信息素养、21 世纪技能、STEM 教育理念中的重中之重。在STEM课程学习中，为学生创设真实复杂的情境，可以帮助学生打开创新思维的闸门，培养学生的创新能力。

二、设计原则

STEM课程的目标是掌握跨学科的知识以及培养创新能力，情境设计是为了激发学生的学习兴趣，引导学生主动思考和解决问题。因此，STEM课程中情境的设计应该遵循以下原则。

1.目的性原则

STEM课程的目的就是让学生在复杂而真实的情境下发现问题，利用跨学科知识创造性地解决问题，培养学生的动手实践能力和创新能力。因此情境设计具有目的性。

2.真实性原则

学生只有在一个真实情境中发现问题，他们才可以灵活机动地调用多学科知识，创新性地解决问题。这就是所谓的“主动激活”认知结构。因此，情境的设计应跟真实生活相结合，最大限度地激发学生的参与意识，提高分析和解决问题的能力[2]。

3.整体性原则

在STEM课程中，情境不再是引入知识内容后随即退场的片段，整个教学过程都在围绕着情境中的问题而进行。学生在完成STEM课程后不仅得到了跨学科的广博知识，而且提升了沟通、协作能力，获得了科学性思维。因此情境的设计应具有整体性。

4.趣味性原则

夸美纽斯认为：“兴趣是创造一个欢乐和光明的教学环境的主要途径之一。”[3]在教学中设计富有趣味性的问题情境，可以使学生以积极而轻松的心态投入学习。STEM课程是一门要求学生自主学习和合作探究相结合的探究课程，因此STEM課程应根据学生的生活经验、年龄特点和认知结构等来选择能够激发学生兴趣的材料。

5.积极健康性原则

STEM课程就是通过真实的问题情境，让学生在完成课程的同时，获得解决真实世界问题所必需的知识和能力，养成正确的情感价值态度观。同时小学科学课程是学生摆脱象牙塔的禁锢，了解真实世界的一个窗口，所以小学科学的情境材料设计应该具有积极向上、科学健康等特点。

三、设计模式

根据STEM教育的原则和理论基础，STEM问题情境的创设，应在学生当前认知的基础上，遵循一定的设计原则。下面结合相关案例简要列出问题情境设计的注意点。

1.实地考察类情境的设计

STEM课程注重解决生活中的真实问题，为了充分了解生活中的情况，实地考察是设计真实情境的有效方式。所以STEM课程应该充分利用科技馆、自然博物馆、工厂等场所设置情境。例如，在做水的STEM系列课程时，可以把学生带到自来水厂或河边，让学生观察河水的水质和自来水厂的净化等。学生可以在现场体验中直接提出问题并分析问题。

案例1：在上有关于水污染的STEM系列课程中，根据对学习内容、目标、学生特点的分析衡量，在做好前期的准备工作后，我们最后确定去长江边对水质进行测量。

情境设置：

问题1：采访水质专家，如何监测长江的水质？

问题2：根据实际监测情况，汇报长江水质情况。

问题3：我们应该采取什么措施？

【设计意图：根据现场测量的情况，学生提出有关水污染的现状、水质监测的一系列问题。在这个真实的场景中，学生提高了对问题的理解、分析问题的针对性和问题解决的效率。】

2.生活问题类情境设计

案例2：在有关水的STEM系列课程《自制净水器》中，我们让学生观看了污水处理的过程，并利用身边的材料，自制一个简易净水器。

情境设计：

师：21世纪的中国繁荣昌盛，地大物博，可是地域环境和经济发展的客观差异导致很多地区还存在着饮水问题。西北地区的人们还是直接引用沟壑之水来饮用，这样做行吗？（视频）

生：我觉得不行，农村会撒很多农药，还有很多牲畜的粪便会流向河里。

师：所以这需要怎么处理呢？

生：可以做净化装置。

师：那么同学们喝的自来水是怎么来的？你们了解净水流程吗？

生：净水就是把一些不干净的水，把一些污染水的物质排除掉。净化可以分为粗滤、细滤和紫外线杀菌。

师：看样子同学们都是有心人，老师为大家准备的材料有小石子、大陶粒、棉花、细黄沙、纱布、活性炭，你能用这些材料来帮助西北地区的人民自制一个净水器吗？

【设计意图：学习来源于生活，其实学生对水一点也不陌生，但感觉污水处理和制作净水过滤装置这些事情离自己生活很远。本案例将教学内容和生活应用相结合，创设了一个自制净水器的情境。这种情境材料的选择不仅是新闻热点，还和我们平时生活的经历紧密相连，可以让学生感受学习的意义。】

3.实验类情境设计

实验具有直观性和形象性的特点，能够为学生提供更加丰富的信息。创设合理的实验可以引导学生主动发现问题、分析问题，更好地解决问题。

案例3：在STEM课程《别让声音传出去》中，让学生动手设计并制作一个能够有效消音的装置。

情境设计：

师：班级里有一位同学叫小明，他很刻苦，每天都在家里练习。（播放拉小提琴的声音）

生：（听声音，学生捂耳朵，表情很痛苦）

师：每天练习给家人带来麻烦，妈妈要工作，爸爸要看电视。（强调）小明的心愿是什么？

生：不要让声音传出去。

师：今天我们就帮小明达成这个心愿。让我们用这个盒子模拟房子，请大家动手挑选最合适的消音材料，设计一个消音效果最好的房子。

【设计意图：“消除声音”这是一个十分自然真实的生活情境。这种有亲身体验的经历更容易触动学生的好奇心。通过实验，学生发现生活中很多不同材料都会影响声音传播的效果，知道生活中除了可以采取隔音的方法消除噪音，還可以利用一些特殊的材料例如海绵和泡沫等多孔的材料可以消除噪音。将实验融入生活情境可以帮助学生发散思维，最大限度地发挥其创造力，提高学生的创新能力和科学素养。】

4.现代技术类问题情境设计

随着新技术的发展和应用，为STEM课程的情境设计提供了越来越多的便利。我们可以利用多媒体、机器人、3D打印、全息投影等技术提供更加逼真的环境，使情境设计更有趣味性和体验性。例如我们可以利用3D打印技术打出一辆小汽车，研究小车运动的快慢;也可以用scratch软件制作趣味动画;还可以用慢镜头拍下雪花结冰的瞬间等。

总体来说，由于STEM课程内容的复杂性和真实性，情境选择往往考虑多个方面，综合考虑各种情况，灵活调整，有所侧重。除了上面的这些设计要点，还有许多其他的注意要点，有待我们继续研究。

【参考文献】

[1]王德清.教学艺术论[M].济南：山东教育出版社，1995：134-138.

[2]凯文·布坎南.在STEM课程中强化真实情境学习[J].上海教育，2013（11）：8.

[3]周中权.物理教学论[M].北京：科学出版社，2003：314-320.