小學(xué)科學(xué)課STEM教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施：基于核心素養(yǎng)的實(shí)踐路徑引言隨著《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）的頒布，“跨學(xué)科實(shí)踐”成為小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要導(dǎo)向。STEM教育（科學(xué)Science、技術(shù)Technology、工程Engineering、數(shù)學(xué)Mathematics的融合）作為跨學(xué)科實(shí)踐的典型模式，以“真實(shí)問(wèn)題解決”為核心，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和態(tài)度責(zé)任等核心素養(yǎng)。然而，當(dāng)前小學(xué)科學(xué)課中的STEM教學(xué)仍存在“學(xué)科疊加”“重形式輕內(nèi)涵”等問(wèn)題。本文結(jié)合新課標(biāo)要求與教學(xué)實(shí)踐，探討小學(xué)科學(xué)課STEM教學(xué)設(shè)計(jì)的核心邏輯、關(guān)鍵環(huán)節(jié)及實(shí)施策略，為一線教師提供可操作的實(shí)踐路徑。一、小學(xué)科學(xué)課STEM教育的核心邏輯（一）STEM與小學(xué)科學(xué)的融合定位小學(xué)科學(xué)是STEM教育的“基礎(chǔ)載體”：科學(xué)探究（如觀察、實(shí)驗(yàn)、推理）是STEM項(xiàng)目的核心方法；技術(shù)（如工具使用、模型制作）是解決問(wèn)題的手段；工程（如設(shè)計(jì)、迭代、優(yōu)化）是問(wèn)題解決的流程；數(shù)學(xué)（如測(cè)量、統(tǒng)計(jì)、建模）是量化分析的工具。STEM教育不是四門(mén)學(xué)科的簡(jiǎn)單疊加，而是以“科學(xué)問(wèn)題”為起點(diǎn)，通過(guò)“工程設(shè)計(jì)”為線索，整合技術(shù)與數(shù)學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)“從探究到應(yīng)用”的閉環(huán)。（二）STEM教育的核心素養(yǎng)指向新課標(biāo)提出的科學(xué)核心素養(yǎng)，是STEM教學(xué)的目標(biāo)錨點(diǎn)：科學(xué)觀念：通過(guò)跨學(xué)科實(shí)踐，將分散的科學(xué)知識(shí)整合為“系統(tǒng)觀念”（如“水循環(huán)”與“雨水收集系統(tǒng)”的關(guān)聯(lián)）；科學(xué)思維：在問(wèn)題解決中培養(yǎng)“邏輯推理”（如分析“垃圾分類”的物質(zhì)屬性）、“創(chuàng)新思維”（如設(shè)計(jì)“新型垃圾桶”）；探究實(shí)踐：通過(guò)“工程設(shè)計(jì)周期”（問(wèn)題-調(diào)研-設(shè)計(jì)-制作-測(cè)試-改進(jìn)），提升“動(dòng)手操作”與“問(wèn)題解決”能力；態(tài)度責(zé)任：在真實(shí)情境（如“校園環(huán)境改善”）中，培養(yǎng)“社會(huì)責(zé)任”（如主動(dòng)參與垃圾分類）與“科學(xué)態(tài)度”（如尊重?cái)?shù)據(jù)、勇于改進(jìn)）。二、STEM教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)STEM教學(xué)設(shè)計(jì)需遵循“真實(shí)問(wèn)題-跨學(xué)科整合-工程流程-多元評(píng)價(jià)”的邏輯，核心是“以學(xué)生為中心”，讓學(xué)生在“做中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”。（一）真實(shí)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的主題選擇原則：貼近生活：選擇學(xué)生身邊的問(wèn)題（如“校園積水如何解決？”“教室垃圾分類如何優(yōu)化？”），激發(fā)探究興趣；符合課標(biāo)：對(duì)接科學(xué)課程內(nèi)容（如“水循環(huán)”“物質(zhì)分類”），確保知識(shí)目標(biāo)的落實(shí)；具有探究空間：?jiǎn)栴}需“跳一跳夠得著”（如“設(shè)計(jì)雨水收集系統(tǒng)”而非“制造大型水利工程”），兼顧可行性與挑戰(zhàn)性。示例：某小學(xué)結(jié)合“校園環(huán)境改造”主題，選擇“設(shè)計(jì)班級(jí)植物角自動(dòng)澆水裝置”，對(duì)接“植物的生長(zhǎng)需要”（科學(xué)）、“簡(jiǎn)單電路”（技術(shù)）、“容器設(shè)計(jì)”（工程）、“水量計(jì)算”（數(shù)學(xué)）等內(nèi)容。（二）跨學(xué)科整合的目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo)需體現(xiàn)“三維融合”（知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀）與“跨學(xué)科整合”：科學(xué)目標(biāo)：理解“植物生長(zhǎng)需要水”“蒸發(fā)與滲透”等概念；技術(shù)目標(biāo)：學(xué)會(huì)使用“電池、導(dǎo)線、水泵”等工具制作簡(jiǎn)單電路；工程目標(biāo)：掌握“問(wèn)題定義-方案設(shè)計(jì)-原型制作-測(cè)試改進(jìn)”的工程流程；數(shù)學(xué)目標(biāo)：能測(cè)量“花盆容量”“用水量”，計(jì)算“澆水周期”。示例：“校園雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)”目標(biāo)設(shè)計(jì)：科學(xué)：理解水循環(huán)的環(huán)節(jié)（蒸發(fā)、降水、滲透）；技術(shù)：學(xué)會(huì)使用“塑料桶、水管、量杯”等工具；工程：能設(shè)計(jì)“集水-過(guò)濾-儲(chǔ)存-利用”的系統(tǒng)流程；數(shù)學(xué)：測(cè)量“降雨量”“積水面積”，計(jì)算“集水量”與“植物需水量”。（三）工程設(shè)計(jì)周期的活動(dòng)規(guī)劃工程設(shè)計(jì)周期是STEM活動(dòng)的“骨架”，需將科學(xué)探究與工程實(shí)踐結(jié)合，具體流程如下：1.問(wèn)題定義：明確真實(shí)問(wèn)題（如“校園角落積水，如何收集雨水用于澆花？”）；2.調(diào)研分析：通過(guò)“觀察、訪談、查資料”收集數(shù)據(jù)（如測(cè)量校園積水點(diǎn)面積、記錄降雨量、調(diào)查植物需水量）；3.方案設(shè)計(jì)：繪制“設(shè)計(jì)草圖”，標(biāo)注“材料、結(jié)構(gòu)、功能”（如用“飲料瓶做集水器”“水管連接儲(chǔ)存桶”）；4.原型制作：用低成本材料（如飲料瓶、cardboard、軟管）制作原型；5.測(cè)試改進(jìn)：通過(guò)“模擬實(shí)驗(yàn)”（如用噴壺模擬降雨）測(cè)試原型效果，記錄“集水量”“漏水情況”，并優(yōu)化設(shè)計(jì)（如調(diào)整水管角度、增加過(guò)濾層）；6.展示交流：用“PPT、模型、實(shí)驗(yàn)報(bào)告”展示成果，回答同伴提問(wèn)（如“為什么選擇飲料瓶？”“如何解決過(guò)濾問(wèn)題？”）。注意：活動(dòng)設(shè)計(jì)需“留足空間”，允許學(xué)生“試錯(cuò)”（如原型漏水、集水量不足），通過(guò)“迭代改進(jìn)”培養(yǎng)“resilience（抗挫折能力）”與“創(chuàng)新思維”。（四）多元立體的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)需貫穿“過(guò)程與結(jié)果”，體現(xiàn)“多元化”：過(guò)程性評(píng)價(jià)：用“成長(zhǎng)記錄冊(cè)”記錄學(xué)生的“探究日志”（如“今天測(cè)量了積水面積，發(fā)現(xiàn)操場(chǎng)角落積水最多”）、“反思筆記”（如“我的原型漏水，因?yàn)榻涌跊](méi)封緊，明天要用熱熔膠固定”）；表現(xiàn)性評(píng)價(jià)：設(shè)計(jì)“任務(wù)評(píng)價(jià)表”，從“問(wèn)題解決能力”“合作能力”“創(chuàng)新能力”等維度評(píng)分（如“是否能準(zhǔn)確分析問(wèn)題？”“是否能與同伴分工合作？”“設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)新性？”）；結(jié)果性評(píng)價(jià)：關(guān)注“產(chǎn)品功能”（如“雨水收集系統(tǒng)是否能有效集水？”“自動(dòng)澆水裝置是否能按時(shí)澆水？”）與“知識(shí)應(yīng)用”（如“能否解釋‘為什么要收集雨水？’”）。三、STEM教學(xué)實(shí)施的策略與保障（一）情境化導(dǎo)入：激活真實(shí)問(wèn)題意識(shí)方法：實(shí)地觀察：帶學(xué)生參觀校園“積水點(diǎn)”“垃圾分類點(diǎn)”，讓學(xué)生親身體驗(yàn)問(wèn)題（如“踩在積水里，鞋子濕了，怎么辦？”）；多媒體情境：用視頻展示“城市內(nèi)澇”“垃圾分類現(xiàn)狀”，引發(fā)學(xué)生思考（如“我們的校園會(huì)不會(huì)遇到同樣的問(wèn)題？”）；問(wèn)題鏈引導(dǎo)：通過(guò)“追問(wèn)”激發(fā)深度思考（如“校園里的雨水都流到哪里去了？”“能不能把雨水收集起來(lái)用？”“怎樣收集更有效？”）。示例：某教師在“設(shè)計(jì)班級(jí)垃圾分類箱”教學(xué)中，先帶學(xué)生觀察“班級(jí)垃圾桶”：“現(xiàn)在的垃圾桶有什么問(wèn)題？”（如“混裝導(dǎo)致回收困難”“沒(méi)有分類標(biāo)識(shí)”），再引導(dǎo)學(xué)生提出“如何設(shè)計(jì)更合理的垃圾分類箱？”。（二）探究式學(xué)習(xí)：構(gòu)建跨學(xué)科知識(shí)網(wǎng)絡(luò)策略：科學(xué)探究前置：在工程設(shè)計(jì)前，通過(guò)“實(shí)驗(yàn)”讓學(xué)生掌握核心科學(xué)概念（如“設(shè)計(jì)雨水收集系統(tǒng)”前，先做“水的滲透實(shí)驗(yàn)”，讓學(xué)生理解“沙子、石頭的過(guò)濾作用”）；技術(shù)工具支撐：教學(xué)生使用“簡(jiǎn)單工具”（如“萬(wàn)用表測(cè)電路”“量筒測(cè)水量”），讓技術(shù)成為“探究的助手”而非“展示的道具”；數(shù)學(xué)方法滲透：在調(diào)研、測(cè)試環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生用“數(shù)據(jù)說(shuō)話”（如“測(cè)量10個(gè)花盆的容量，計(jì)算平均用水量”“統(tǒng)計(jì)一周的降雨量，預(yù)測(cè)集水量”）。（三）合作學(xué)習(xí)：培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力方法：異質(zhì)分組：根據(jù)學(xué)生的“科學(xué)能力、動(dòng)手能力、表達(dá)能力”分組，確保每組有“設(shè)計(jì)員、制作員、記錄員、匯報(bào)員”；角色輪換：在不同項(xiàng)目中，讓學(xué)生嘗試不同角色（如“上次做記錄員，這次做設(shè)計(jì)員”），培養(yǎng)全面能力；規(guī)則引導(dǎo)：制定“合作公約”（如“認(rèn)真傾聽(tīng)同伴意見(jiàn)”“不否定別人的想法”“分工明確，互相幫助”），避免“少數(shù)人包辦”。（四）資源支持：保障活動(dòng)順利開(kāi)展資源清單：材料資源：收集“低成本、易獲取”的材料（如飲料瓶、cardboard、吸管、電池、導(dǎo)線、水泵），建立“STEM材料箱”；工具資源：配備“安全、簡(jiǎn)單”的工具（如剪刀、膠水、熱熔膠槍、量筒、溫度計(jì)），確保學(xué)生能獨(dú)立使用；案例資源：收集“優(yōu)秀STEM項(xiàng)目案例”（如“自制凈水器”“校園鳥(niǎo)窩設(shè)計(jì)”），供學(xué)生參考；教師資源：教師需提升“跨學(xué)科素養(yǎng)”（如學(xué)習(xí)“簡(jiǎn)單電路”“工程設(shè)計(jì)”知識(shí)），可通過(guò)“校本培訓(xùn)”“線上課程”補(bǔ)充能力。四、案例解析：“校園雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)”STEM項(xiàng)目（一）項(xiàng)目背景與問(wèn)題提出背景：某小學(xué)位于南方，雨季校園內(nèi)“操場(chǎng)角落”“教學(xué)樓門(mén)口”常出現(xiàn)積水，而班級(jí)植物角的植物因“忘記澆水”經(jīng)常枯萎。問(wèn)題提出：教師帶學(xué)生觀察積水點(diǎn)，提問(wèn)：“校園里的雨水都流走了，能不能把它們收集起來(lái)，用來(lái)澆植物角的植物？”學(xué)生紛紛表示“想試試”，項(xiàng)目由此啟動(dòng)。（二）實(shí)施過(guò)程與跨學(xué)科融合1.調(diào)研分析（科學(xué)+數(shù)學(xué)）：科學(xué)：學(xué)生通過(guò)“觀察”記錄“校園積水點(diǎn)位置”“積水時(shí)間”，通過(guò)“查資料”了解“雨水的成分”（如含有雜質(zhì)、可用于澆花）；數(shù)學(xué)：學(xué)生用“卷尺”測(cè)量“積水點(diǎn)面積”（如操場(chǎng)角落積水面積約5平方米），用“雨量器”記錄“一周降雨量”（如周一降雨量10毫米，周二5毫米），計(jì)算“總降雨量”（10+5=15毫米）。2.方案設(shè)計(jì)（工程+技術(shù)）：工程：學(xué)生分組設(shè)計(jì)“雨水收集系統(tǒng)”流程（如“集水-過(guò)濾-儲(chǔ)存-澆水”），繪制設(shè)計(jì)圖（用“飲料瓶做集水器”，在瓶底扎孔，放入“沙子、石頭”做過(guò)濾層，連接“水管”到“儲(chǔ)存桶”，再用“水泵”將水抽到植物角）；技術(shù)：學(xué)生討論“工具選擇”（如用“塑料桶”做儲(chǔ)存桶，“小水泵”做抽水裝置，“導(dǎo)線”連接電池與水泵）。3.原型制作（工程+技術(shù)）：學(xué)生用“飲料瓶”制作集水器（剪去瓶底，倒置，放入沙子、石頭），用“軟管”連接集水器與儲(chǔ)存桶，用“電池、導(dǎo)線、水泵”制作“自動(dòng)澆水裝置”（將水泵放入儲(chǔ)存桶，導(dǎo)線連接電池，水泵出水口對(duì)準(zhǔn)植物角花盆）。4.測(cè)試改進(jìn)（科學(xué)+數(shù)學(xué)）：科學(xué)：學(xué)生用“噴壺”模擬降雨，測(cè)試“集水量”（如10分鐘集水200毫升），觀察“過(guò)濾效果”（如沙子過(guò)濾后，水變清澈）；數(shù)學(xué)：學(xué)生計(jì)算“植物角需水量”（如10盆花，每盆每天需水50毫升，每天需水500毫升），調(diào)整“集水器數(shù)量”（如增加2個(gè)集水器，提高集水量）。5.展示交流（態(tài)度責(zé)任）：學(xué)生用“PPT”展示“項(xiàng)目過(guò)程”（調(diào)研數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)圖、原型照片、測(cè)試結(jié)果），用“模型”現(xiàn)場(chǎng)演示“雨水收集系統(tǒng)”（打開(kāi)水泵，水從儲(chǔ)存桶抽到植物角花盆）；同伴提問(wèn)：“為什么用沙子做過(guò)濾層？”“如果降雨量太大，儲(chǔ)存桶滿了怎么辦？”學(xué)生回答：“沙子能過(guò)濾雜質(zhì)，石頭能支撐過(guò)濾層”“可以在儲(chǔ)存桶上開(kāi)個(gè)溢水口，讓多余的水流到下水道”。（三）成果展示與素養(yǎng)發(fā)展知識(shí)應(yīng)用：學(xué)生能解釋“雨水收集系統(tǒng)”的科學(xué)原理（如“雨水通過(guò)過(guò)濾去除雜質(zhì)，儲(chǔ)存后用于澆花”）；能力提升：學(xué)生能獨(dú)立完成“測(cè)量、設(shè)計(jì)、制作、測(cè)試”流程，學(xué)會(huì)用“數(shù)據(jù)”支持自己的觀點(diǎn)（如“因?yàn)榻涤炅渴?5毫米，所以集水量足夠澆花”）；態(tài)度責(zé)任：學(xué)生主動(dòng)參與“校園雨水收集系統(tǒng)”的實(shí)際應(yīng)用（如將原型安裝在植物角，每天記錄“集水量”與“澆花情況”），體會(huì)“科學(xué)能解決實(shí)際問(wèn)題”的價(jià)值。五、評(píng)價(jià)與反思：提升STEM教學(xué)有效性（一）多元化評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建工具示例：學(xué)生成長(zhǎng)記錄冊(cè)：包含“探究日志”“設(shè)計(jì)圖”“測(cè)試數(shù)據(jù)”“反思筆記”，記錄學(xué)生的“成長(zhǎng)軌跡”；表現(xiàn)性任務(wù)評(píng)價(jià)表（以“設(shè)計(jì)雨水收集系統(tǒng)”為例）：維度評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分（1-5分）問(wèn)題解決能力能準(zhǔn)確定義問(wèn)題，收集有效數(shù)據(jù)工程設(shè)計(jì)能力設(shè)計(jì)方案合理，能解決實(shí)際問(wèn)題跨學(xué)科應(yīng)用能力能整合科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)知識(shí)合作能力能與同伴分工合作，傾聽(tīng)不同意見(jiàn)創(chuàng)新能力設(shè)計(jì)有創(chuàng)新性（如增加過(guò)濾層、自動(dòng)澆水）同伴互評(píng)表：讓學(xué)生評(píng)價(jià)“同伴的貢獻(xiàn)”（如“小明負(fù)責(zé)測(cè)量，數(shù)據(jù)很準(zhǔn)確”“小紅的設(shè)計(jì)很有創(chuàng)意”）。（二）教學(xué)反思的路徑與方法教師反思：目標(biāo)達(dá)成度：是否落實(shí)了“跨學(xué)科目標(biāo)”？（如“學(xué)生是否理解了水循環(huán)的概念？”“是否掌握了工程設(shè)計(jì)流程？”）；活動(dòng)設(shè)計(jì)：是否符合學(xué)生的“認(rèn)知水平”？（如“設(shè)計(jì)任務(wù)是否太難？”“材料是否容易獲??？”）；學(xué)生參與度：是否每個(gè)學(xué)生都“主動(dòng)參與”？（如“有沒(méi)有學(xué)生沒(méi)動(dòng)手？”“有沒(méi)有學(xué)生沒(méi)發(fā)言？”）；改進(jìn)方向：下次教學(xué)中，如何調(diào)整“活動(dòng)流程”？（如“增加‘方案論證’環(huán)節(jié)，讓學(xué)生討論‘哪個(gè)設(shè)計(jì)更好’”）。學(xué)生反思：收獲：“我學(xué)會(huì)了用飲料瓶做集水器，還知道了雨水能澆花”；困難：“制作水泵電路時(shí)，導(dǎo)線接錯(cuò)了，導(dǎo)致水泵不工作”；改進(jìn)：“下次做電路時(shí)，要先查‘電路連接圖’，再動(dòng)手”。結(jié)論小學(xué)科學(xué)課中的STEM教育，核心是“以真實(shí)問(wèn)題為載體，以