小學(xué)STEM教學(xué)實踐案例與課程設(shè)計指導(dǎo)在全球教育變革的浪潮中，STEM教育以其跨學(xué)科整合、問題解決導(dǎo)向的特質(zhì)，成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與實踐能力的核心路徑。小學(xué)階段作為認知與能力發(fā)展的關(guān)鍵期，開展STEM教學(xué)不僅能夯實科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)知識，更能通過真實情境中的項目實踐，喚醒學(xué)生的探究欲與創(chuàng)造力。本文結(jié)合一線教學(xué)實踐，剖析典型案例的設(shè)計邏輯與實施路徑，提煉課程設(shè)計的核心原則與方法，為小學(xué)教師提供可操作的STEM教學(xué)指導(dǎo)。一、STEM教學(xué)的核心要素與小學(xué)教育的適配性STEM教育并非四學(xué)科的簡單疊加，而是以真實問題解決為紐帶，實現(xiàn)科學(xué)探究（觀察、推理、驗證）、技術(shù)應(yīng)用（工具使用、數(shù)字化技能）、工程設(shè)計（方案迭代、結(jié)構(gòu)優(yōu)化）、數(shù)學(xué)建模（量化分析、規(guī)律總結(jié)）的深度融合。小學(xué)階段的STEM教學(xué)需立足兒童認知特點，將抽象的學(xué)科概念轉(zhuǎn)化為具象的實踐任務(wù)，通過“做中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”培養(yǎng)學(xué)生的：系統(tǒng)思維：理解事物間的關(guān)聯(lián)與相互作用（如橋梁承重與結(jié)構(gòu)、材料的關(guān)系）；實踐能力：掌握工具操作、數(shù)據(jù)記錄、模型搭建等技能；創(chuàng)新意識：在約束條件下（材料、時間、成本）提出多元解決方案。二、小學(xué)STEM教學(xué)實踐案例解析（一）低年級案例：“種子的秘密——植物生長監(jiān)測站”（1-2年級）教學(xué)目標：結(jié)合科學(xué)（植物生命周期）、數(shù)學(xué)（數(shù)據(jù)記錄與簡單統(tǒng)計）、工程（搭建觀察裝置）、技術(shù)（拍照記錄、圖表繪制），培養(yǎng)學(xué)生的觀察與協(xié)作能力。實施流程：1.情境導(dǎo)入：播放“植物如何長大”的科普短片，提問“怎樣才能清楚看到種子發(fā)芽的過程？”引發(fā)學(xué)生對“透明觀察盒”的設(shè)計需求。2.STEM整合實踐：科學(xué)探究：分組種植綠豆、向日葵種子，討論“種子發(fā)芽需要什么條件”（水、陽光、土壤的控制變量實驗）；工程設(shè)計：用透明塑料盒、吸管、彩泥搭建“分層觀察站”（底層儲水、中層種植、上層標注刻度），繪制設(shè)計草圖并優(yōu)化結(jié)構(gòu)（如增加透氣孔）；數(shù)學(xué)應(yīng)用：每天用直尺測量莖的高度，用“正”字記錄葉片數(shù)量，繪制折線圖分析生長規(guī)律；技術(shù)輔助：用平板拍攝生長過程，制作“種子成長日記”PPT。3.成果展示：舉辦“植物博覽會”，學(xué)生講解觀察發(fā)現(xiàn)，對比不同組的種植方案與生長數(shù)據(jù)，反思“哪些設(shè)計讓種子長得更好”。教學(xué)反思：低年級學(xué)生需簡化工程設(shè)計難度（如提供半成品材料），通過可視化工具（貼紙、彩色刻度）降低數(shù)學(xué)記錄的抽象性，重點保護學(xué)生的探究興趣。（二）中年級案例：“校園雨水花園——生態(tài)工程設(shè)計”（3-4年級）教學(xué)目標：融合科學(xué)（水循環(huán)、植物習(xí)性）、工程（雨水收集與凈化系統(tǒng)）、數(shù)學(xué)（面積計算、成本預(yù)算）、技術(shù)（CAD繪圖、水質(zhì)檢測），培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)規(guī)劃與社會責(zé)任意識。實施流程：1.真實問題驅(qū)動：校園雨季積水嚴重，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)研“雨水去哪里了？如何利用雨水？”，確定“設(shè)計雨水花園”的項目主題。2.跨學(xué)科探究：科學(xué)調(diào)研：觀察校園地形，檢測雨水pH值，查閱本地耐旱植物資料（如薄荷、佛甲草）；工程設(shè)計：分組繪制花園平面圖（計算花壇面積、坡度設(shè)計），用樂高搭建微縮模型，模擬雨水徑流路徑，優(yōu)化“滲、滯、蓄”功能（如增加碎石層、蓄水池）；數(shù)學(xué)核算：統(tǒng)計材料清單（透水磚、植物苗），計算預(yù)算（“如果學(xué)校撥款500元，如何分配？”）；技術(shù)呈現(xiàn)：用Tinkercad軟件建模，制作項目提案視頻。3.實踐落地：邀請園藝師點評方案，選取最優(yōu)方案在校園角落試點建設(shè)，學(xué)生參與種植與維護，定期檢測雨水花園的水質(zhì)與生態(tài)效果。教學(xué)反思：中年級學(xué)生可承擔(dān)更復(fù)雜的任務(wù)分工（如“設(shè)計師”“預(yù)算師”“生態(tài)研究員”），需引導(dǎo)學(xué)生平衡創(chuàng)意與可行性（如材料成本、施工難度），通過真實場景的改造增強項目的現(xiàn)實意義。（三）高年級案例：“未來社區(qū)的智能垃圾分類系統(tǒng)”（5-6年級）教學(xué)目標：整合科學(xué)（物質(zhì)分類與降解）、技術(shù)（傳感器、編程）、工程（裝置設(shè)計）、數(shù)學(xué)（數(shù)據(jù)分析），培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計與問題解決能力。實施流程：1.社會議題引入：播放城市垃圾分類難題的新聞，提問“如何用科技手段讓垃圾分類更高效？”，明確項目目標。2.STEM深度融合：科學(xué)分析：調(diào)研常見垃圾的材質(zhì)（塑料、金屬、紙張），實驗不同垃圾的降解時間，確定分類標準；技術(shù)研發(fā)：學(xué)習(xí)Arduino傳感器（紅外感應(yīng)、重量傳感器），用Scratch編程實現(xiàn)“自動開門+語音提示”功能；工程制作：用木板、3D打印件搭建分類箱框架，安裝傳感器與電路，測試并優(yōu)化結(jié)構(gòu)（如防夾手設(shè)計、防雨外殼）；數(shù)學(xué)應(yīng)用：模擬社區(qū)垃圾產(chǎn)生量，計算分類箱的容量需求，設(shè)計投放時段的統(tǒng)計方案（如“周一至周五廚余垃圾多，如何調(diào)整清運頻率？”）。3.成果推廣：在社區(qū)進行原型展示，收集居民反饋，撰寫《智能垃圾分類系統(tǒng)優(yōu)化報告》，提出商業(yè)化或公益化的改進建議。教學(xué)反思：高年級學(xué)生具備較強的邏輯思維，可引入開源硬件與編程工具，但需避免技術(shù)“炫技”，應(yīng)聚焦“問題解決”的核心目標，鼓勵學(xué)生從“功能實現(xiàn)”向“用戶體驗”“社會價值”延伸思考。三、小學(xué)STEM課程設(shè)計的原則與方法（一）課程設(shè)計的核心原則1.目標錨定：緊扣《義務(wù)教育科學(xué)課程標準》與核心素養(yǎng)（科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任），將STEM目標分解為“知識目標（如掌握植物生長條件）”“能力目標（如繪制設(shè)計圖）”“素養(yǎng)目標（如團隊協(xié)作）”三級維度。2.學(xué)情適配：低年級：以“玩中學(xué)”為主，任務(wù)具象化（如用積木搭建、貼紙記錄），時長控制在1-2課時/項目；中年級：增加“規(guī)劃-實施”環(huán)節(jié)，引入簡單的工具使用（如卷尺、CAD初級），時長3-4課時/項目；高年級：側(cè)重“問題調(diào)研-方案迭代-成果推廣”，融入編程、數(shù)據(jù)分析等復(fù)雜技能，時長5-6課時/項目。3.真實情境：從學(xué)生生活（如校園積水、垃圾分類）、地方特色（如鄉(xiāng)村的農(nóng)田灌溉、城市的交通擁堵）或社會熱點（如碳中和、太空探索）中提煉項目主題，增強學(xué)習(xí)的關(guān)聯(lián)性與使命感。4.跨學(xué)科整合：避免“學(xué)科拼盤”，需找到自然的融合點（如“雨水花園”中，科學(xué)的“水循環(huán)”、數(shù)學(xué)的“面積計算”、工程的“坡度設(shè)計”、技術(shù)的“模型可視化”圍繞“解決積水問題”有機結(jié)合）。5.迭代優(yōu)化：設(shè)計“原型-測試-改進”的循環(huán)流程，允許學(xué)生在實踐中犯錯、調(diào)整，培養(yǎng)“試錯-反思-創(chuàng)新”的工程思維（如橋梁模型承重不足時，引導(dǎo)學(xué)生分析結(jié)構(gòu)弱點，重新設(shè)計）。（二）課程設(shè)計的實用方法1.項目式學(xué)習(xí)（PBL）框架：問題提出：用“兩難情境”（如“校園快遞包裝太多，如何環(huán)保處理？”）或“未來挑戰(zhàn)”（如“設(shè)計火星基地的生態(tài)系統(tǒng)”）激發(fā)探究欲；方案設(shè)計：分組頭腦風(fēng)暴，繪制思維導(dǎo)圖或設(shè)計草圖，明確任務(wù)分工（如“材料組”“設(shè)計組”“匯報組”）；實踐操作：提供多元材料（自然材料、回收物、科創(chuàng)套件），允許學(xué)生自主選擇，教師作為“facilitator”（引導(dǎo)者）而非“指導(dǎo)者”；成果展示：采用“產(chǎn)品發(fā)布會”“科學(xué)論壇”“社區(qū)提案”等形式，要求學(xué)生用數(shù)據(jù)、模型、報告等多元方式呈現(xiàn)成果；反思改進：通過“設(shè)計日志”“peerreview（同伴互評）”“用戶反饋”，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗，提出改進方向。2.評價體系構(gòu)建：過程性評價：記錄學(xué)生的參與度（如小組討論發(fā)言次數(shù)）、探究方法（如是否控制變量）、協(xié)作能力（如任務(wù)分配合理性）；成果性評價：關(guān)注作品的科學(xué)性（如植物生長數(shù)據(jù)的準確性）、創(chuàng)新性（如設(shè)計的獨特功能）、實用性（如是否解決真實問題）；多元評價主體：教師評價、學(xué)生自評、同伴互評、家長/社區(qū)評價結(jié)合，如邀請工程師點評橋梁模型的結(jié)構(gòu)合理性。四、實施挑戰(zhàn)與解決策略（一）常見挑戰(zhàn)1.學(xué)科整合難度大：教師對跨學(xué)科知識的儲備不足，易出現(xiàn)“重科學(xué)輕工程”或“技術(shù)炫技”的失衡；2.資源與時間限制：科創(chuàng)材料成本高、課時緊張，難以開展長期項目；3.學(xué)生差異顯著：部分學(xué)生動手能力弱，小組協(xié)作易出現(xiàn)“搭便車”現(xiàn)象。（二）應(yīng)對策略1.教師協(xié)作機制：組建“STEM教研組”，科學(xué)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)、美術(shù)教師協(xié)同備課，如科學(xué)教師負責(zé)植物生長知識，數(shù)學(xué)教師指導(dǎo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，美術(shù)教師輔助設(shè)計圖繪制；2.資源開發(fā)與利用：低成本材料：利用回收物（飲料瓶、紙箱）、自然材料（樹枝、泥土）開展項目；數(shù)字化工具：用Scratch、Tinkercad等免費軟件降低技術(shù)門檻；社會資源：聯(lián)系高校實驗室、企業(yè)工程師開展校外指導(dǎo)（如邀請建筑設(shè)計師點評橋梁模型）；3.分層任務(wù)與角色設(shè)計：根據(jù)學(xué)生能力設(shè)置“基礎(chǔ)任務(wù)”（如記錄數(shù)據(jù)）、“進階任務(wù)”（如優(yōu)化設(shè)計），小組內(nèi)設(shè)置“材料管理員”“技術(shù)專員”“匯報人”等角色，確保人人參與。五、總結(jié)與展望小學(xué)STEM教育的本質(zhì)，是讓學(xué)生在“解決真實問題”的過程中，自然融合多學(xué)科知識