李娟,陈典  南昌教育学院学报

 

科学技术快速发展的知识经济时代对每一位公民的科学素养提出了全新的要求。科学教育对提高公民的科学素养，培养创新型人才，建设创新型国家有着不可替代的作用，教育领域对科学教育的发展变革日益重视。同时，作为21世纪各国教育领域的重要发展战略，STEM教育被认为是培养学生核心素养的最好载体。其中，STEM教育理念与小学科学课程的融合是基础教育领域改革的热点。2017年２月，教育部颁布《全日制义务教育小学科学课程标准》（以下简称为标准），不仅重新定性了小学科学课的基础课程地位，课程设置由三年级改为一年级起开设，而且在课程内容上增设了技术与工程领域，更是成为本次课改的一大亮点，STEM教育正式进入国家课程标准体系。新《标准》的出台，符合当今知识经济时代对人才培养的需求和方向。毫无疑问，也对小学科学教师的专业能力提出了更高要求。小学科学课堂上的STEM课程能否有效落地很大程度上取决于科学教师的能力与素养。本文拟在新课程标准实施背景下，从 STEM教育理念的角度探讨小学科学教师的专业能力需求。

一、STEM 教育的兴起

STEM教育是美国于上个世纪80年代正式提出，21世纪以发达国家为首得到了广泛关注和迅速发展。早在2007 年美国就以立法的形式保障政府对STEM教育投入。随后相继制定的《K-12科学教育框架》和《新一代科学教育标准》，极大地促进了STEM教育项目在美国的全面展开。2016年９月，美国研究所与美国教育部联合发布了名为《STEM 2026：STEM教育中的创新愿景》的重要文件，从实践社区、活动设计、教育经验、学习空间、学习测量、社会文化环境等六大方面提出了愿景规划，指出了STEM教育未来十年的发展方向以及存在的八大挑战，对我国STEM教育规划有所借鉴。

国内STEM教育研究发展时间不长，2001年起在科技教育领域出现了对STEM教育的引入和介绍。2012年以后对STEM 教育的研究开始显著增加，围绕 STEM 教育的本土化研究不断丰富，并在2016年和2017年达到研究的高潮。中国的STEM教育在政策、理论与实践等方面都取得了显著进展。2017年６月中国出台了《中国 STEM 教育白皮书》，明确指出STEM教育在学校实施的最大瓶颈就是教师问题，教师的专业教学能力很大程度上制约着STEM课程教学；并从国家层面提出了中国STEM教育2029创新行动计划，提出将建设师资培养平台。

二、基于STEM教育理念的小学科学教师专业能力需求

《标准》明确指出，STEM 是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，在以科学、技术、工程与数学四门学科的有机融合来培养学生的创新意识和创新能力。而“胜任STEM 教学任务的教师不仅需要具备良好的STEM学科知识，要掌握STEM整合教学的知识与技能，且对STEM教育抱积极态度。”在新《标准》实施背景下，基于STEM教育理念的小学科学教师角色是多元化的，以小学物质科学领域的教学内容为例，进行小学科学教师专业能力的需求分析。

（一）小学物质科学领域的教学内容解析

根据《标准》，小学科学课程内容包含四大领域，即：物质科学领域、生命科学领域、地球与宇宙科学领域、技术与工程领域。物质科学领域中的学习内容包括六个大概念。

　　按照学习进阶理论分布在不同学段，要求小学生从观察描述物体特征、了解材料性质，认识生活中常见的水、空气，正确理解科学意义上的运动、声、光、热、电、磁等自然现象与基础科学概念，并结合生活经验，通过实验操作等，理解不同能量形式之间的转换，初步形成物质意识、运动与变化意识和能量意识，为初中进一步学习能量守恒和转换等知识做好铺垫。

（二）基于STEM理念的小学物质科学领域教学及专业能力需求

１．跨学科知识整合能力

STEM素养包含了科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，同时又不是四者的简单组合。STEM的跨学科整合，要求将分学科的知识按问题逻辑或项目逻辑进行跨学科重组。可见，跨学科知识整合能力是STEM教育实施的关键。一线的小学科学教学往往需要多学科教师的合作与分工，增加了小学科学 课程中STEM教育实施的难度和复杂性。因此，一方面，小学科学教师应建立扎实的多学科知识储备，不仅能够对小学科学涉及的物理、化学、生物、地理各学科的核心概念融会贯通，做到准确理解与科学表述，还要拓展一定的工程、技术、数学知识。另一方面，小学科学教师能在此基础上进一步围绕跨学科核心概念，拓展和构建跨学科的知识体系与框架，结合学生生活经验与社会问题，设计问题式或项目式教学的综合性主题与学生活动。如在“热能”的跨学科整合教学中，可整合近地面大气受热过程、气候与物候等地理知识；在“光学”的跨学科知识整合中，可整合太阳光、天文现象、太阳高度角测量、眼球的结构与功能等地理、生物知识，并通过设计制作“望远镜”、“人体感应灯”或“3Ｄ 全息投影”等小组探究任务，融入技术与工程的知识，运用到几何、测量等数学知识，并对相关核心概念构建知识框架，帮助学生实现跨学科知识的融合与迁移。相比传统的科学课堂，新《标准》实施背景下的科学课程要求小学科学教师拓展更广更深的跨学科知识并能更灵活的融合运用，是进行 STEM课程教学的重要前提。

２．信息化教学能力

我国2016年颁布的《教育信息化“十三五”规划》中指出，“在有条件的地区要积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力等。信息化教学与STEM教育紧密联系。融入 STEM理念的科学课程需要依托可视化程序设计工具、网络教学互动平台、教学APP等信息化教学手段来支持或指引师生思维活动，借助了信息化教学的 STEM课堂又能有效培养学生的信息素养。如在“光的折射”教学中，使用PhET免费模拟实验应用平台，通过调用量角器和光强计，以可视化的方式让学生认识光的折射现象与规律；借助 MindMapper等思维导图软件对物质领域的各科学概念进行知识的梳理，帮助学生构建科学知识框架。此外，通过互联网教学交互平台，翻转课堂也可在物质科学领域内容教学中进行合理应用。美国《STEM2026：STEM教育中的创新愿景》报告中也提到：未来可能颠覆STEM课堂的六类技术，包括在线协作工具、在线混合的教育环境、沉浸式媒体、仿真游戏、智能导师系统和增强与虚拟现实。由此可见，获得良好的信息化教学能力，甚至做到科学教学与信息技术的深度融合，也是STEM教育对小学科学教师提出的另一重要挑战与要求，而缺乏有效的信息化教学手段支撑，将会导致科学教师放弃使学生真正参与到解决实际问题中来的教学方案。

３．创新思维能力

融入STEM理念的小学科学教学要求科学教师能够在科学知识不断发展的互联网时代，对海量的教学素材进行搜集与分析整合；能够遵循科学规律，创新地融合跨学科知识，创设基于真实情境下的知识产品输出方案，最大限度激发学生学习动机与成就感。因此，小学科学教师应能跳出传统科学课的教学设计思维模式，摆脱思维定势，发展敢于批判与创新的思维能力，以积极重要的力量参与到 STEM课程的开发整合中来。如在“能量的转化”教学中，通过引导学生对能源危机的社会问题认识，创设情境引入制造“太阳能小车”的任务项目；在“形状与结构”的教学中，通过设计苹果塔的任务让学生猜测假设“什么形状的苹果塔能承受更多的苹果”、结合已有知识和生活经验合作探究设计苹果塔的形状与结构并进行图样化表达、利用材料动手进行“工程实施”以验证猜想、对搭建的“苹果塔”进行作品展示与汇报，在独立思考与合作交流中积极探索柱、梁、拱形、框架等形状是如何承重的，从而发展高阶思维。设计此类的学习项目必须考虑学习情境贴合小学生已有的生活经验，能够设计详细且符合逻辑思维的实施方案以确保学生获得深度体验从而培养其严谨科学态度、良好科学素养与解决真实情境问题的能力。

４．工程与技术实践能力

融入STEM教育理念的小学科学课程强调培养学生一定的工程素养与技术素养，让孩子像科学家一样去思考和探究科学问题，通过建模与计算、实验与制作、设计与表达等促使学生深度学习的发生。随着大量科学与技术套装的出现并越来越广泛地应用于小学科学课堂中，科学教师要尽可能地在教学中以实践性活动开展课堂教学，让学生学会利用技术，参与设计，进行基于项目式教学的“工程实践”。如乐高早期机械套装、机器人套装等在“力的作用与机械运动”的内容教学中可进行有效应用；通过乐高WeDo2.0搭建乐高小车，可让学生很好地探究运动与摩擦力；或通过“如何运用科学材料搭建一个更保暖的房子”这样来自生活实际的科学问题，将“热能的传递”与工程技术问题有效的结合在一起。作为学生工程与技术实践的自主探究活动的观察者、指导者和教学活动主导者，小学科学教师更需要具备一定的工程与技术操作能力，并在课堂教学前多次实践确保方案可行性。

５．科学教育教研能力

一线小学科学教师在科学教学中如何有效落实STEM教育理念面临着诸多挑战，结合教学实践经验进行STEM教育的课题研究，对提高自身 STEM教学能力具有重要作用。一线的小学科学教师必须有意识地关注科学教育前沿的新动态与研究热点，参与到科学教育教研当中来。通过以研促教，以教促研，发现STEM课程实施中的问题并积极探索与创新，促使小学科学课程中STEM 教育得到深化。

６．终身学习能力

教育肩负着建设人力资源强国的重任，必然要适应社会经济发展的新变化、新要求和新挑战。新课改背景下STEM教育浪潮中的小学科学教师，其教育视野与理念有待不断拓展与更新，专业能力必须随之与时俱进。因此，小学科学教师应具备强烈的求知欲和探索精神，保持对科学教育和STEM教育理念的热情与认同。未来的社会将是一个全民终身学习的社会，STEM教育将是一场国家终身学习活动。

三、结语

物联网、虚拟信息物理系统（Cyber-physical-system）、大数据和人工智能为代表的第四次工业革对经济、社会和生活产生影响的同时对教育的影响是最为直接和明显的。一线小学科学教师必须顺应发展趋势，抓住机遇，迎接挑战，转变教学方式、学习方式和教学理念。在新《标准》实施与STEM教育快速发展的双重背景之下，科学教育行业应关注新形势下的人才需求，大力培养职前与在职小学科学教师的专业能力，尤其使 STEM专业技能与素养得到质的提升，以适应多元化角色的教师需求，促使科学教师向研究型、专家型、卓越型教师转变。