摘要：基于STEM结合科学、技术、工程和数学的跨学科知识，小学科学课程通过工程设计实践可以通过动手实验和团队合作，培养学生的创新能力、问题解决能力和实践操作技能，提升学生的综合素质，激发学习兴趣和探索精神。

关键词：STEM；小学科学课程；工程设计实践

引言：

随着STEM教育理念的普及，基于STEM的小学科学课程逐渐成为培养学生综合能力的重要途径。工程设计实践作为STEM教育的重要组成部分，不仅能够激发学生的学习兴趣，还能帮助他们在解决实际问题的过程中掌握科学原理和技术技能。

1.STEM 与小学科学课程融合的理论基础

1.1STEM 教育的内涵与特点

STEM教育强调科学、技术、工程和数学四个学科的跨学科整合，目的是培养学生的创新思维、问题解决能力及实际操作能力。这种教育模式通过项目驱动和探究式学习，让学生在解决实际问题的过程中掌握理论知识与应用技巧，激发其科学探究精神与实践动手能力。

1.2小学科学课程标准中与 STEM 相关的要求

小学科学课程标准提出了学生应具备的科学素养和探究能力，强调通过实验、观察与思考促进学生对自然现象的理解。这些要求与STEM教育理念不谋而合，特别是在培养学生批判性思维、团队合作及实际操作能力方面。课程标准鼓励学生在实际情境中应用所学的科学原理，以解决日常生活中的实际问题，体现了跨学科思维的培养目标。

2.小学高年级学生的特点与学习需求

2.1小学高年级学生的认知发展水平

小学四五六年级的学生已经具备较强的抽象思维能力，能够理解更复杂的概念和原理。此阶段的学生开始能够进行系统性思考，进行问题的分析与推理，同时对因果关系有了更清晰的认识。虽然他们的思维仍处于从具体到抽象的过渡阶段，但他们已经能够在学习中进行初步的逻辑推理和批判性思考。

2.2在 STEM 学习方面的潜力和挑战

小学高年级学生在STEM学习中展现出较强的好奇心和动手能力，能够较好地理解科学原理并应用于实际问题解决。尽管如此，学生的抽象思维和跨学科整合能力尚未完全成熟，因此在进行复杂问题分析和综合设计时，仍面临一定的挑战。

3.基于 STEM 的小学科学课程中工程设计实践的目标

3.1总体目标

基于STEM的小学科学课程主要目标是培养学生的科学探究精神、创新意识和实际问题解决能力。通过工程设计实践，学生不仅能够将科学原理与技术应用相结合，还能体验到从问题提出到解决方案设计的完整过程，提升综合素质。

3.2知识与技能目标

作为基础教学目标，学生应掌握科学原理与工程设计基本概念，例如了解物体的运动、力与能量等基本知识。同时，学生需要学会运用科学方法进行实验设计和数据分析。

3.3过程与方法目标

新课标下，小学科学教学要求学生可以通过实践，掌握工程设计的基本流程，包括问题分析、方案设计、模型制作和优化改进等步骤。比如，在学习“力的作用”单元时，学生通过设计和测试简单的杠杆模型，掌握如何通过调整设计参数来优化性能。

3.4情感态度与价值观目标

在工程设计实践中，学生将体验到团队协作的重要性，培养责任感和合作精神。通过共同解决实际问题，学生能够增强对科学和技术的兴趣，树立创新精神与终身学习的意识。通过与同伴一起完成项目，学生体会到成功的喜悦与失败的反思，进一步形成积极的学习态度。

4.基于 STEM 的小学科学课程中工程设计实践的内容选择与组织

4.1选用适合小学高年级的工程设计主题

适合小学高年级的工程设计主题应具有挑战性，同时能够激发学生的创新思维和实践动手能力。以“力与运动”单元为例，学生可以设计和制作简单的滑轮系统或杠杆模型，以探索不同力学原理的应用。这类主题不仅能帮助学生理解物理概念，还能激发他们对实际问题解决的兴趣。

4.2教材内容的整合与拓展

教材内容应与工程设计实践紧密结合，通过整合和拓展科学知识来增强学生的应用能力。例如，在学习“电与磁”单元时，学生可以设计一个简易的电磁铁，通过实验验证电流与磁力的关系，进而扩展到如何设计更强的电磁铁，培养学生的工程设计思维。这种结合知识和实践的方式，能够帮助学生在真实情境中理解抽象的科学原理。

4.3与其他学科知识的关联

STEM教育强调学科之间的融合，在进行工程设计实践时，学生不仅需要运用科学知识，还需借助数学、技术等学科内容。例如，在制作简单的机械装置时，学生需要利用数学知识进行尺寸测量和数据计算，从而实现跨学科知识的有机融合。这种跨学科的学习方式，有助于学生全面理解和应用所学知识。

5.基于 STEM 的小学科学课程中工程设计实践的教学流程与策略

5.1项目导入与问题提出

基于兴趣是最好的老师，为实现高效教学，在项目导入阶段，教师应通过与学生生活经验相关的实际问题引发兴趣，激发思考。例如，在“力与运动”单元中，教师可以提出一个问题：“如何设计一个能够帮助物品更轻松上坡的装置？”这种问题能够让学生思考如何利用杠杆或滑轮系统解决实际问题。

5.2设计方案的制定

在问题提出后，学生需要通过小组讨论，制定初步的设计方案。教师鼓励学生集思广益，结合已有的科学知识，如“力的大小与方向”，共同构思可行的设计思路。在这一过程中，教师引导学生考虑设计的合理性与可操作性，例如在《科学与技术》教材中的“杠杆”章节，学生可以根据力学原理设计出符合要求的装置。

5.3材料选择与模型制作

设计方案确定后，学生进入材料选择和模型制作环节。根据设计方案，学生从简单的材料如纸板、木棒、绳子等中挑选，动手制作原型。例如，学生在学习“简单机械”时，可以用木棍和绳子制作一个简单的滑轮系统，探索不同材料对模型功能的影响。

5.4测试与改进

模型制作完成后，进入测试环节。学生通过实验验证设计的有效性，并记录实验数据。例如，在设计滑轮系统时，学生通过测试不同绳索长度对拉力的影响，找出最优化的设计方案。如果测试结果不理想，学生根据实验数据进行改进，完善设计。

5.5成果展示与评价

完成设计与改进后，学生将自己的成果进行展示，并通过讲解和展示实验过程，分享收获和经验。在评价环节，教师根据设计的创意、功能性和改进过程等多个方面进行全面评价。此外，学生互评也能促进他们的反思和自我提升。

结语：

综上所述，基于STEM的小学科学课程中的工程设计实践，不仅促进了学生的知识应用与创新能力，还增强了他们的团队协作和解决实际问题的能力。这一教育模式为学生的未来学习和发展奠定了坚实基础，具有广阔的推广和应用前景。

参考文献：

[1]韩建华.小学科学课程中开展STEM教育的主要问题与应对策略[J]幸福生活指南.2023（41）：22-24.

[2]何斐.汪存友.基于STEM理念的小学科学课程活动设计[J]中国信息技术教育.2021（07）：61-64.

[3]吕作香.基于STEM的小学科学课程设计研究[J]东南西北·教育.2020（11）：68.