STEM教育中科學(xué)思維的培養(yǎng)探究

　　摘要：文章首先梳理了STEM教育與科學(xué)思維的關(guān)系，指出基于STEM教育培養(yǎng)科學(xué)思維有助于STEM知識(shí)創(chuàng)生、有利于提高問題解決能力、有益于實(shí)現(xiàn)STEM知識(shí)遷移。隨后，文章根據(jù)“思維五步法”和STEM教育的核心理念，設(shè)計(jì)了STEM教育中科學(xué)思維的培養(yǎng)策略，具體包括“創(chuàng)設(shè)情境、發(fā)現(xiàn)問題，觀察思考、確定問題，頭腦風(fēng)暴、合理設(shè)想，協(xié)作探究、科學(xué)推理，檢驗(yàn)結(jié)果、證實(shí)推測(cè)，檢視過程、深入反思”等六個(gè)步驟，并且需要教師全程進(jìn)行指導(dǎo)。最后，文章以“如何制作美味的冰激凌”這一主題為例，對(duì)STEM教育中科學(xué)思維的培養(yǎng)策略進(jìn)行了具體應(yīng)用，并初步分析了其應(yīng)用效果。STEM教育中科學(xué)思維培養(yǎng)策略的提出，可為我國(guó)中小學(xué)開設(shè)STEM課程、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維提供理論參考，并有助于推動(dòng)STEM教育的進(jìn)一步發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：STEM教育;科學(xué)思維;“思維五步法”;培養(yǎng)策略

　　STEM教育的快速發(fā)展，引起了全社會(huì)的廣泛關(guān)注。STEM教育并不是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)四門學(xué)科的簡(jiǎn)單相加，而是強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和思維解決實(shí)際問題。但在實(shí)踐中，STEM教育的實(shí)施存在知識(shí)不關(guān)聯(lián)的問題，沒有真正體現(xiàn)其跨學(xué)科學(xué)習(xí)和運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問題的核心思想;STEM課程的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)也沒有將創(chuàng)新應(yīng)用落到實(shí)處，沒有讓學(xué)生真正理解STEM教育在核心素養(yǎng)、跨學(xué)科融合方面對(duì)自己學(xué)習(xí)和生活帶來的變化與發(fā)展[1]。而科學(xué)思維是一種基于活動(dòng)發(fā)展的思維方式，與STEM教育的開展具有契合點(diǎn)，并對(duì)STEM教育的進(jìn)一步發(fā)展有促進(jìn)作用。因此，本研究引入科學(xué)思維，以杜威的“思維五步法”為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)STEM教育中科學(xué)思維的培養(yǎng)策略并進(jìn)行相關(guān)案例分析，以期為培養(yǎng)我國(guó)中小學(xué)生的科學(xué)思維提供借鑒。

　　一STEM教育與科學(xué)思維

　　1科學(xué)思維

　　科學(xué)思維是人腦有意識(shí)地對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律、客觀事物之間的必然聯(lián)系進(jìn)行間接的、概括的和能動(dòng)的反映[2]�？茖W(xué)思維強(qiáng)調(diào)將實(shí)證作為判斷的尺度、將邏輯作為論辯的武器、將懷疑作為審視的出發(fā)點(diǎn)[3]，是一種超越常識(shí)的思維方式�？茖W(xué)思維隱藏在實(shí)踐過程中，其內(nèi)涵分析如下：①科學(xué)思維的發(fā)生以科學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)。科學(xué)知識(shí)是具有客觀性的知識(shí)，這類知識(shí)必須是可檢驗(yàn)的、可證實(shí)的。如數(shù)學(xué)知識(shí)通過簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)公式和量化關(guān)系，揭示復(fù)雜現(xiàn)象背后蘊(yùn)含的深刻性規(guī)律及其本質(zhì)特征，給人們帶來了認(rèn)知上的簡(jiǎn)潔性和深刻性[4]。

　�、诳茖W(xué)思維的發(fā)生需要緊密結(jié)合實(shí)踐活動(dòng)。思維產(chǎn)生于人類在實(shí)踐活動(dòng)中解決新問題、新挑戰(zhàn)的過程之中。疑難情境是激發(fā)思維的最佳環(huán)境，思維可以通過完成一系列有難度的任務(wù)促進(jìn)思維的進(jìn)一步發(fā)展，最終形成一種自然而然的思維定勢(shì)或習(xí)慣，成為個(gè)體的一種專業(yè)化能力。③科學(xué)思維的進(jìn)一步升華需通過深入反思來實(shí)現(xiàn)。反思是知識(shí)建構(gòu)的一種方式，同時(shí)也是將知識(shí)應(yīng)用于具體學(xué)習(xí)情境的一個(gè)有效途徑。反思不僅是一個(gè)學(xué)生對(duì)觀念、思維和知識(shí)進(jìn)行內(nèi)部再認(rèn)知的過程，更是一種學(xué)生對(duì)自己正在學(xué)習(xí)的內(nèi)容和學(xué)習(xí)過程本身進(jìn)行深入思考的能力[5]。

　　2科學(xué)思維是STEM教育的價(jià)值取向

　　STEM教育是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式�？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)是指讓學(xué)生面對(duì)實(shí)際生活中的具體問題，運(yùn)用各學(xué)科相關(guān)知識(shí)尋找解決問題的辦法，進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)[6]，旨在培養(yǎng)具有跨學(xué)科知識(shí)素養(yǎng)和問題解決能力的人才。STEM教育的獨(dú)特價(jià)值在于通過為學(xué)生提供接近真實(shí)、富有現(xiàn)實(shí)意義的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用STEM知識(shí)解決真實(shí)世界的問題，幫助學(xué)生發(fā)展高階思維[7]。因此，STEM教育具有跨學(xué)科性且注重實(shí)踐的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生在“做中學(xué)”，通過高投入的實(shí)踐探索，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的意義建構(gòu)。從深層理解來看，STEM教育的實(shí)質(zhì)是培養(yǎng)能力與思維。

　　現(xiàn)實(shí)生活中的問題復(fù)雜多樣，且蘊(yùn)含多種類型的信息，故單純地依靠知識(shí)無法解決。在跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)運(yùn)用理性思維去思考問題，學(xué)會(huì)獲取事實(shí)數(shù)據(jù)去說明問題、分析問題，從而能夠做出科學(xué)的解釋并解決問題。這個(gè)過程可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的高級(jí)思維，在運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和探究、實(shí)踐、評(píng)價(jià)、解釋等方法解決問題時(shí)，學(xué)生的科學(xué)精神和問題解決能力將會(huì)得到一定的發(fā)展[8]。STEM教育提倡的教學(xué)情境，為科學(xué)思維的培養(yǎng)提供了良好的實(shí)踐環(huán)境;而在STEM教育中融入科學(xué)思維培養(yǎng)這一內(nèi)容，可以使STEM教育的內(nèi)涵更加豐富、教育品質(zhì)得到進(jìn)一步提升�？偟膩碚f，科學(xué)思維是STEM教育的價(jià)值指向，具體表現(xiàn)為：①基于STEM教育培養(yǎng)科學(xué)思維有助于STEM知識(shí)創(chuàng)生。

　　STEM教育主要從疑難情境中的問題出發(fā)，其暗含的知識(shí)往往比較復(fù)雜�？茖W(xué)思維的作用在于對(duì)學(xué)生原有知識(shí)系統(tǒng)內(nèi)浮現(xiàn)的新知識(shí)進(jìn)行選擇，在淘汰無用知識(shí)的同時(shí)，將累積的零散無序的新知識(shí)予以篩選、梳理、整合，從而形成有序的知識(shí)體系，以幫助學(xué)生更好地理解與運(yùn)用。在思維活動(dòng)的過程中，新知識(shí)與原有知識(shí)不斷融合，推動(dòng)STEM知識(shí)體系更加完備、知識(shí)內(nèi)容愈發(fā)充實(shí)、知識(shí)脈絡(luò)越加清晰。隨著學(xué)生對(duì)知識(shí)理解的不斷深化，個(gè)人的思考結(jié)果也會(huì)逐步轉(zhuǎn)化為知識(shí)。此時(shí)，學(xué)習(xí)不再是簡(jiǎn)單的知識(shí)積累，而是一個(gè)新知識(shí)與傳統(tǒng)知識(shí)之間進(jìn)行融合[9]、產(chǎn)生新知識(shí)的過程。

　�、诨�于STEM教育培養(yǎng)科學(xué)思維有利于提高問題解決能力。在問題解決的過程中，科學(xué)思維的作用在于將解惑過程中產(chǎn)生的一系列有益于個(gè)體自身發(fā)展的知識(shí)和思考情況通過總結(jié)內(nèi)化為經(jīng)驗(yàn)。在任務(wù)環(huán)境下，當(dāng)學(xué)生為解決某一問題繼續(xù)拓展自己的STEM知識(shí)體系時(shí)，其科學(xué)思維會(huì)得到相應(yīng)的發(fā)展。在此過程中，學(xué)生的問題解決能力也會(huì)不斷得以提升，久而久之，當(dāng)學(xué)生面對(duì)某種特定情形時(shí)，內(nèi)心就會(huì)產(chǎn)生一種出于本能的、不假思索的應(yīng)對(duì)方式[10]。隨著知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的沉淀，這種方式會(huì)逐漸內(nèi)化于心，最終固化為一種思維模式。

　　③基于STEM教育培養(yǎng)科學(xué)思維有益于實(shí)現(xiàn)STEM知識(shí)遷移。STEM知識(shí)遷移是指在學(xué)習(xí)和生活中，學(xué)生將掌握的STEM知識(shí)應(yīng)用于不同的問題解決過程中。知識(shí)遷移能使新知識(shí)與原有知識(shí)之間產(chǎn)生聯(lián)系，從而能夠舉一反三、觸類旁通，達(dá)到學(xué)以致用的目的。懂得引發(fā)遷移的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)STEM知識(shí)遷移尤為重要，原因在于學(xué)生可從原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)解決新問題的類似知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，從而自覺地將習(xí)得的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)遷移至新情境，并反過來深化對(duì)原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)。而科學(xué)思維這一“催化劑”能幫助學(xué)生對(duì)學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行深度加工并不斷重組自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)[11]，進(jìn)一步推動(dòng)STEM知識(shí)的遷移。

　　二STEM教育中科學(xué)思維的培養(yǎng)策略

　　“思維五步法”是美國(guó)教育家杜威的教學(xué)理論之一，認(rèn)為思維的運(yùn)轉(zhuǎn)一般包括創(chuàng)設(shè)疑難情境、確定疑難所在、提出解決疑難的假設(shè)、設(shè)計(jì)解決問題的方案、用行動(dòng)檢驗(yàn)假設(shè)[12]等五個(gè)步驟。本研究根據(jù)杜威的“思維五步法”和STEM教育的核心理念，設(shè)計(jì)了STEM教育中科學(xué)思維的培養(yǎng)策略。該培養(yǎng)策略旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，其具體步驟如下：創(chuàng)設(shè)情境、發(fā)現(xiàn)問題→觀察思考、確定問題→頭腦風(fēng)暴、合理設(shè)想→協(xié)作探究、科學(xué)推理→檢驗(yàn)結(jié)果、證實(shí)推測(cè)→檢視過程、深入反思，并且需要教師全程進(jìn)行指導(dǎo)。

　　1創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題

　　思維起源于不確定的情境，培養(yǎng)思維應(yīng)當(dāng)提供恰當(dāng)?shù)膯栴}情境。思維的第一步是創(chuàng)設(shè)疑難情境，讓學(xué)生感受到困難，去發(fā)現(xiàn)問題，以激發(fā)思維。為此，教師需要根據(jù)學(xué)生的原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際教學(xué)條件，設(shè)計(jì)難度適中的問題情境，給學(xué)生搭建展示思維的平臺(tái)，將學(xué)生引入各教學(xué)環(huán)節(jié)之中。而學(xué)生需要根據(jù)教師的描述和指導(dǎo)，思考所面對(duì)的真實(shí)挑戰(zhàn)，聯(lián)系相關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行初步思考。STEM教學(xué)情境是引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突的關(guān)鍵，問題就存在于這種沖突之中。因此，情境的創(chuàng)設(shè)應(yīng)能夠引發(fā)認(rèn)知沖突、激發(fā)思維，且整個(gè)學(xué)習(xí)過程應(yīng)從真實(shí)生活中的問題出發(fā)，讓學(xué)生聯(lián)系身邊的實(shí)際生活，親身體驗(yàn)問題解決的整個(gè)過程。

　　2觀察思考，確定問題

　　通過認(rèn)真觀察，辨明問題究竟是什么、具有什么樣的性質(zhì)，將直接影響后續(xù)思維活動(dòng)——如果思維不能辨明、判定問題的性質(zhì)，那么對(duì)于解決問題的假設(shè)和推理便容易隨意化。基于此，教師需要將學(xué)生的已有認(rèn)知水平和實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)納入學(xué)習(xí)活動(dòng)中，并以此為重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)觀察、謹(jǐn)慎思考，為解決問題提供事實(shí)性材料;學(xué)生需要遷移原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，并用心觀察以確定困難的性質(zhì)或問題的具體特征;STEM教學(xué)則需要在任務(wù)中融入有關(guān)培養(yǎng)科學(xué)思維的知識(shí)、能力，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)并整理出與解決問題相關(guān)聯(lián)的各學(xué)科知識(shí)，并以此為基礎(chǔ)，分析哪些是已知的信息，哪些是需要探究的新知識(shí)，從而確定問題的性質(zhì)。

　　3頭腦風(fēng)暴，合理設(shè)想

　　通過討論交流等形式讓學(xué)生打開思維，進(jìn)行思維碰撞，以盡可能多地提出假設(shè)，并對(duì)提出的假設(shè)逐一進(jìn)行質(zhì)疑、檢驗(yàn)，是解決問題的一種切實(shí)可行的方法。STEM課程學(xué)習(xí)一般為學(xué)生提供了足夠多的學(xué)習(xí)支持和多種類型的學(xué)習(xí)材料，便于學(xué)生根據(jù)實(shí)際的學(xué)習(xí)需要進(jìn)行選擇和使用，從而不斷積累事實(shí)性材料，獲得進(jìn)一步解決問題的證據(jù)。在此基礎(chǔ)上，教師需要引導(dǎo)學(xué)生利用事實(shí)性材料，以科學(xué)知識(shí)和科學(xué)理論為依據(jù)，初步提出問題解決的方案;而學(xué)生需要積極討論，發(fā)散思維，融合多學(xué)科知識(shí)與方法，從不同角度對(duì)問題進(jìn)行深入分析和探索[13]，以盡可能多地提出假設(shè)。

　　4協(xié)作探究，科學(xué)推理

　　推理是對(duì)未知事物的探索，是根據(jù)已知事物深刻認(rèn)識(shí)所要解決的問題本質(zhì)，從而對(duì)問題解決做出科學(xué)的預(yù)見。在形成假設(shè)的過程中，學(xué)生的思維會(huì)出現(xiàn)較大的跳躍，提出的假設(shè)不一定合理。為此，教師應(yīng)協(xié)助學(xué)生梳理思維過程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析問題，加深對(duì)問題本質(zhì)的理解，以形成科學(xué)認(rèn)識(shí)，做出合理判斷。學(xué)生則要與教師、學(xué)習(xí)同伴協(xié)作，共同探討、分析假設(shè)實(shí)施是否具有可操作性，通過科學(xué)推理去掉一些不合理的假設(shè)，初步制定問題解決方案。在此過程中，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的STEM教學(xué)能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，鍛煉學(xué)生各方面的能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

　　5檢驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)推測(cè)

　　檢驗(yàn)是更進(jìn)一步的思考，是形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)證精神和科學(xué)的求知態(tài)度的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生需要針對(duì)初步制定的問題解決方案，創(chuàng)造相關(guān)條件進(jìn)行實(shí)踐，以檢驗(yàn)推測(cè)是否正確：如果推理結(jié)果正確，教師需要引導(dǎo)學(xué)生梳理思路、整理推理過程，以進(jìn)一步升華科學(xué)思維;如果推理結(jié)果不正確，教師則需要引導(dǎo)學(xué)生找出問題之所在并相應(yīng)調(diào)整問題解決方案，若有條件可以要求學(xué)生再次檢驗(yàn)。在此過程中，教師需要鼓勵(lì)學(xué)生從多個(gè)角度展開碰撞與爭(zhēng)議，來促進(jìn)科學(xué)探究能力的生成與發(fā)展[14]。與此同時(shí)，STEM教育環(huán)境為教學(xué)提供多元評(píng)價(jià)形式，并將其有技巧地融入學(xué)習(xí)過程之中，以幫助學(xué)生對(duì)思考的過程和結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，促使師生更好地反思和改進(jìn)。

　　6檢視過程，深入反思

　　STEM活動(dòng)的開展注重學(xué)生的反思。通過反思，學(xué)生得以全面檢視自己的學(xué)習(xí)過程，了解自己的具體學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)自己的不足，從而有針對(duì)性地制定下一步的學(xué)習(xí)計(jì)劃。為促進(jìn)學(xué)生反思，教師要根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況，隨時(shí)捕捉反思點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生將每一次經(jīng)歷過的體驗(yàn)、反思內(nèi)化為思維活動(dòng)的一部分。學(xué)生則要基于原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)將要開展的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行周密計(jì)劃，對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)過程進(jìn)行有效調(diào)控，以發(fā)現(xiàn)存在的問題并進(jìn)行科學(xué)探究[15]，從而深化對(duì)問題的理解、揭示問題的本質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)知識(shí)的內(nèi)化和遷移，不斷提升科學(xué)思維的水平。

　　綜上所述，科學(xué)思維的培養(yǎng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程：①環(huán)境的創(chuàng)設(shè)有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、激發(fā)思維;②觀察思考后確定問題之所在，會(huì)推動(dòng)思維的深入;③在確定問題的基礎(chǔ)上提出假設(shè);④在假設(shè)的形成過程中學(xué)生的思維會(huì)出現(xiàn)較大的跳躍，故需要通過推理進(jìn)一步梳理思維過程;⑤檢驗(yàn)是對(duì)思維過程的進(jìn)一步審視，是理解并掌握基本的科學(xué)原理和方法、形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)證精神和科學(xué)的求知態(tài)度的重要環(huán)節(jié);⑥反思是提升科學(xué)思維水平的關(guān)鍵。值得注意的是，教師的指導(dǎo)應(yīng)貫穿于學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的整個(gè)過程，并且以上幾個(gè)步驟并非固定不變，而應(yīng)由教師根據(jù)實(shí)際的教學(xué)情況和學(xué)生對(duì)問題的具體反應(yīng)情況予以靈活調(diào)整。

　　三STEM教育中科學(xué)思維培養(yǎng)的案例分析

　　1案例說明

　　本案例選自《基于課程標(biāo)準(zhǔn)的STEM教學(xué)設(shè)計(jì)：有趣有料有效的STEM跨學(xué)科培養(yǎng)教學(xué)方案》一書中“如何制作美味的冰激凌”這一主題[16]，融合了科學(xué)、化學(xué)、物理等學(xué)科的相關(guān)知識(shí)。本案例以徐州市某中學(xué)初中二年級(jí)的25名學(xué)生為研究對(duì)象，在STEM教室展開實(shí)驗(yàn)。2目標(biāo)任務(wù)實(shí)驗(yàn)的主要目的是為冰激凌的凝固創(chuàng)造條件，了解和解釋其重要原料——鹽的基本性質(zhì)及其發(fā)揮的作用。學(xué)生需要對(duì)觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行描述，并聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活中的相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行解釋，從而培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)證精神和科學(xué)的求知態(tài)度，鍛煉交流能力和表達(dá)能力。

　　3教學(xué)材料

　　教學(xué)材料包括一個(gè)小的、帶拉鏈的自封袋，容量約3.8升的拉鏈?zhǔn)阶苑獯�，一茶匙糖，半杯牛奶，半茶匙香草�?或其它口味食用香精)，兩杯以上的冰塊，四湯匙猶太鹽，一個(gè)量杯(量液體用)，一把量匙，一個(gè)杯子或勺子(用于將冰舀到牛奶中)，若干紙巾。所有材料人手一份，同時(shí)建議教師盡量多準(zhǔn)備一些教材材料，以應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)中的突發(fā)情況。

　　4研究對(duì)象

　　本案例的研究對(duì)象為初中二年級(jí)的學(xué)生，這個(gè)學(xué)段的學(xué)生精力充沛，好奇心強(qiáng)，喜歡嘗試，并已具備了一定的知識(shí)和能力，能夠在教師的指導(dǎo)下完成本次實(shí)驗(yàn)。但這個(gè)學(xué)段的學(xué)生在思維上仍偏向于經(jīng)驗(yàn)型，需要教師充分了解學(xué)生的原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，并將其納入學(xué)習(xí)活動(dòng)之中，從而創(chuàng)設(shè)出適合學(xué)生認(rèn)知水平的問題情境。

　　5探究過程

　�、賱�(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題。在實(shí)驗(yàn)開始前，先進(jìn)行一個(gè)關(guān)于冰激凌的科學(xué)問答環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)主要圍繞“制作冰激凌的原料是什么”這一問題展開討論，旨在引出“鹽”這一神秘原料，讓學(xué)生產(chǎn)生疑惑，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。②觀察思考，確定問題。教師通過提問的方式，引導(dǎo)學(xué)生觀察冰激凌原料從液體變?yōu)楣腆w的過程，從而提出問題：冰激凌究竟是怎樣凍住的?通過實(shí)際觀察和思考確定問題，可以使學(xué)生的思維更加科學(xué)，為其科學(xué)思維能力的提升奠定了基礎(chǔ)。③頭腦風(fēng)暴，合理設(shè)想。教師組織學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴并提供需要的相關(guān)材料，鼓勵(lì)學(xué)生提出可能的解決方案。學(xué)生可能會(huì)考慮(但不限于)控制溫度，因?yàn)闇囟仍诖偈乖�料從液體變?yōu)楣腆w的過程中一般扮演了重要的角色。方案的提出帶有一定的猜測(cè)性，并能反映出學(xué)生思維的跳躍性。

　�、軈f(xié)作探究，科學(xué)推理。教師預(yù)留足夠多的時(shí)間，讓學(xué)生至少進(jìn)行兩輪實(shí)驗(yàn)：在第一輪實(shí)驗(yàn)，最好能實(shí)現(xiàn)一組學(xué)生實(shí)驗(yàn)開始和另一組學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束的同步，以便于學(xué)生觀察、對(duì)比;在第二輪實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生對(duì)冰激凌配方進(jìn)行一些改動(dòng)，并在實(shí)驗(yàn)過程中記錄所有改動(dòng)對(duì)冰激凌凝固產(chǎn)生的作用。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中要求學(xué)生互相協(xié)助，主動(dòng)獲取事實(shí)性材料進(jìn)行科學(xué)推理，從而為科學(xué)思維的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造條件。⑤檢驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)推測(cè)。學(xué)生對(duì)比并展示在兩輪實(shí)驗(yàn)中觀察到的結(jié)果，以獲得更多真實(shí)體驗(yàn)。同時(shí)，通過檢驗(yàn)進(jìn)一步審視整個(gè)探究過程，梳理思路，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

　　若發(fā)現(xiàn)存在問題，便及時(shí)著手進(jìn)行探究。此環(huán)節(jié)是養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)證精神和科學(xué)的求知態(tài)度的關(guān)鍵。⑥檢視過程，深入反思。在實(shí)驗(yàn)過程中教師要抓住反思點(diǎn)，如鹽的性質(zhì)和作用。在實(shí)驗(yàn)開始前的科學(xué)問答環(huán)節(jié)，學(xué)生已經(jīng)對(duì)“鹽”這一原料產(chǎn)生了疑惑。而通過兩輪實(shí)驗(yàn)，學(xué)生了解到鹽不僅能改變冰激凌的口味，而且能改變冰塊的凝固點(diǎn)，從而為制作冰激凌創(chuàng)造了條件。反思能夠幫助學(xué)生更深刻地理解、掌握與鹽有關(guān)的知識(shí)，并有助于學(xué)生激發(fā)思維、產(chǎn)生新想法，提升其科學(xué)思維能力。通過上述探究過程，學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解與掌握進(jìn)一步深化，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)證精神和科學(xué)的求知態(tài)度得以培養(yǎng)，科學(xué)思維得到了鍛煉，表達(dá)能力、交流能力、動(dòng)手能力等也得到了提升。

　　本研究通過課堂觀察、與學(xué)生訪談，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)探究過程中約有80%的學(xué)生能夠針對(duì)實(shí)驗(yàn)中存在的問題及時(shí)調(diào)整思路，結(jié)合自己的想法完善實(shí)驗(yàn)方案，并能對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行描述和解釋，這既是學(xué)生在知識(shí)、能力、思維等各方面取得進(jìn)步的反映，也是學(xué)生學(xué)習(xí)、運(yùn)用科學(xué)思維的體現(xiàn);但是，也仍然有約20%的學(xué)生思維不夠活躍，實(shí)驗(yàn)思路不夠清晰，不知道自己要做什么、如何去做。因此，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)實(shí)施教學(xué)計(jì)劃，并在教學(xué)過程中不斷觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，在探究過程中為不同學(xué)生提供有針對(duì)性的指導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，確保學(xué)生都能有效參與探究過程。

　　四結(jié)語(yǔ)

　　基于杜威的“思維五步法”和STEM教育的核心理念，本研究設(shè)計(jì)了STEM教育中科學(xué)思維的培養(yǎng)策略，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，從激發(fā)思維到深化對(duì)問題的理解、多角度提出假設(shè)、設(shè)計(jì)問題解決方案，再到進(jìn)一步的實(shí)踐檢驗(yàn)和反思，充分滲透了科學(xué)思維培養(yǎng)的需要，且分步驟完成學(xué)習(xí)任務(wù)，具有較強(qiáng)的可操作性。值得注意的是，STEM教育中科學(xué)思維培養(yǎng)策略的實(shí)施對(duì)師生提出了較高的要求，如學(xué)生需要具備一定的能力素養(yǎng)和相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，教師需要具備較高的STEM教學(xué)能力、能有效調(diào)控探究過程等。更重要的是，在教學(xué)實(shí)踐中教師應(yīng)基于學(xué)生的原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和具體學(xué)習(xí)情況，根據(jù)探究過程中的實(shí)驗(yàn)反饋不斷改進(jìn)教學(xué)策略，以更好地提升教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

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　　教育論文投稿刊物：《中國(guó)電化教育》(China Educational Technology)雜志創(chuàng)刊于1980年，曾用刊名《電化教育》，由中華人民共和國(guó)教育部主管，中央電化教育館主辦，是我國(guó)教育技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)辦最早、影響最廣的兩個(gè)大型綜合性學(xué)術(shù)期刊之一。國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：11-3792/G4，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)：1006-9860。

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