金隆

摘 ? ?要：STEM立意的評價是引導教育培養(yǎng)綜合型、復合型人才的重要抓手。針對STEM立意的試題命題導向，初中科學教師在教學中應以構建科學大概念、引入生活現(xiàn)象真情境、開展科技小發(fā)明小制作、聚焦電磁機械學、推進項目化研究性學習等方式，結合數(shù)理分析、邏輯推理以及技術應用，改進教學。

關鍵詞：STEM;初中科學;命題導向;教學改進

2019年，教育部印發(fā)的《關于加強初中學業(yè)水平考試命題工作的意見》（以下簡稱《意見》）指出：應結合不同學科特點，合理設置試題結構，減少機械記憶試題和客觀性試題比例，提高探究性、開放性、綜合性試題比例，積極探索跨學科命題?！兑庖姟愤€要求：增強試題情境創(chuàng)設的真實性、典型性和適切性，提高試題情境設計水平。基于真實情境下的問題解決學習——STEM學教方式是達成知識再現(xiàn)、聯(lián)結、應用、鞏固和生成的有效載體和催化劑?？茖W和STEM的課程性質，以及學生發(fā)展為本的核心素養(yǎng)導向下的深化課程改革和評價，促使STEM立意的初中科學學科命題在科學學科評價中逐漸落地生根，并越來越枝繁葉茂。

本文以浙江省各地近五年初中科學中考60份試卷為樣本，選取與STEM結合相對密切，以考查跨學科綜合性知識為主，目標特別指向數(shù)理應用、分析評價、創(chuàng)造設計等高階思維的試題，綜合分析它們的素材來源、教育立意、考查指向和發(fā)展趨勢，以期探尋科學學科教學改進策略。

一、STEM立意的試題命題導向

（一）全省各地近五年科學中考中STEM立意的試題數(shù)及分布總匯（見表1）

STEM立意的試題廣泛分布于選擇、填空、實驗探究和解答等題型當中，其中又以解答題居首，幾乎為其他三種題型的試題數(shù)總和。這種分布，既是STEM問題的真實性情境表征需要，也是考查學生信息獲取、綜合分析、原理遷移、邏輯推理、設計創(chuàng)造和概括表述能力的需要[1]。

數(shù)據(jù)還表明，STEM立意的試題數(shù)除在2016年出現(xiàn)一個小高峰外，總體呈增長的態(tài)勢，說明指向STEM的命題評價與STEM教育的政策推進、部門落實和社會發(fā)展相一致。

（二）近三年浙江省各地科學中考中STEM立意試題的考點（見表2）

STEM立意試題的考點主要包含電和磁、簡單機械、運動和力、物質變化和能量轉化、生物技術和生態(tài)工程、初級材料學等，其中電和磁、生物技術和生態(tài)工程等生命科學內容是高頻考點。指向電和磁的二級命題目標又包含電路的分析、連接、計算、改進、設計、評價以及電磁繼電器的使用等;指向生命科學的二級命題目標一般包括遺傳和變異、生態(tài)系統(tǒng)、生物技術和生態(tài)工程。當然，各個考點都交叉、統(tǒng)整在一個真實的情境問題中，不是單一、割離和碎片化地出現(xiàn)。

以2017年中考衢州科學卷第35題為例。問題以建設屋頂光伏電站工程為情境，在引導學生關注社會生產(chǎn)實踐的同時，考查學生對電路連接、歐姆定律、電功和電功率、食物與營養(yǎng)以及地球與宇宙等科學知識的掌握和綜合應用。命題在STEM立意導向的基礎上，兼具學科評價與教育功能的統(tǒng)一。

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，從2017年到2019年，命題目標由原來聚焦電和磁、生命科學逐漸發(fā)散到簡單機械、運動和力以及物質和能量等內容，說明隨著命題人員、命題技術和STEM理論的成熟，命題進一步挖掘深度，拓寬廣度，走向更高層次的“統(tǒng)整”。

（三）近三年浙江省各地科學中考中STEM立意試題的素材來源（見表3）

命題素材來源有新技術、新產(chǎn)品、小發(fā)明、小制作、電子產(chǎn)品、社會實踐以及生態(tài)工程等，主要來源為新技術、新產(chǎn)品和電子產(chǎn)品，少量采用科學哲學史。近幾年，溫州等地將研究性學習等內容納入命題視野，成為素材來源的新選擇。

二、STEM立意評價下的初中科學教學改進

（一）構建科學大概念，夯實STEM問題解決的知識基礎

很多時候，STEM問題的解決，更像是用眾多跨界（學科）的事實、概念和原理串聯(lián)和編織起有溫度、有深度、邏輯嚴密的科學技術故事。統(tǒng)整的大概念是順利解決此類問題的前提和基礎，而問題的解決又進一步促進學生對概念的深度理解和整合。正在推進的基于單元整體的教學設計也是一個例證。

溫·哈倫在《以大概念理念進行科學教育》中認為，大概念跨越不同學科邊界，包括系統(tǒng)、對稱、因果關系、結構與功能以及模式等，具體又包括10個科學知識的大概念和4個科學本身的大概念[2]。2016年，王耀村在《初中科學教學關鍵問題指導》[3]中提煉出20個科學核心知識和8個科學思想與方法，共28個初中科學教學關鍵問題，可視為是對科學大概念的二級解構和操作層面的回應。

（二）引入生活現(xiàn)象真情境，熟悉STEM問題產(chǎn)生的背景素材

真實情境在于揭示科學現(xiàn)象的矛盾，引起學生內心的沖突，打破學生已有的知識結構平衡，使之處于“心欲求而未得，口欲言而不能”的狀態(tài)，從而喚起學生思維，激發(fā)學生學習內驅力，實現(xiàn)對所學知識的意義建構[4]。真實情境下的問題，能馬上引起學生的興趣，幫助學生以角色參與的身份迅捷、愉快而又徹底地投入學習。

案例1 ? “美麗鄉(xiāng)村庭院建設”的教學設計

任務：請設計一份鄉(xiāng)村庭院建設方案，可畫圖展示或文字表述，并說明理由。

問題：1.設計中溝渠水道的分布和走向依據(jù)什么？

2.設計中電力設施如何布網(wǎng)？怎么連接？

3.設計中為何要種植植物和養(yǎng)殖少量魚類等動物？

4.植物的移栽和魚類的養(yǎng)殖需要注意什么？如何解決？

5.建設過程中產(chǎn)生的垃圾怎么分類和處理？

6.如果讓我們設計一份美麗鄉(xiāng)村建設方案，應該還要考慮什么？

……

【設計意圖】讓學生在方案設計、作品展示和交流探討中回憶、再現(xiàn)和關聯(lián)生命科學、水循環(huán)、電和磁、可持續(xù)發(fā)展等相關知識和技能，綜合性地遷移應用解決工程問題。問題由近及遠、由簡入繁，在情境升級中實現(xiàn)問題升級，引發(fā)學生更高層次的思考。

（三）開展科技小發(fā)明、小制作，體悟STEM問題的解析過程

小發(fā)明、小制作是科學研究、產(chǎn)品開發(fā)、技術應用和工藝改進的具體而微者，是引導學生像科學家、技術人員和工農業(yè)生產(chǎn)者一樣思考和實踐的有效途徑?；顒右话愣忌婕翱茖W、技術、數(shù)學和工程工藝等學科知識，產(chǎn)品的形成需要學生先解構問題的組成，二次表征問題后與相應學科知識進行匹配，建立對應的學科模型，最后綜合運用跨學科知識審訂生產(chǎn)方案，實現(xiàn)學生在做和玩中動手動腦學科學。

案例2 ? 制作簡易氣壓計

如圖1所示，將橡皮膜平鋪在敞口容器上，并用膠帶綁緊。檢查氣密性后，將吸管的 A 端粘在橡皮膜中心，B 端靠近卡紙的 M 處。外界氣壓的變化會引起橡皮膜凹凸程度的變化，從而使吸管繞 O 點轉動，指示氣壓大小變化。

【設計意圖】以簡易氣壓計的制作為任務驅動，融入壓力壓強、杠桿、大氣壓等科學知識學習，跨情境運用氣密性檢查的技術，聯(lián)系杠桿平衡條件數(shù)理分析氣壓大小變化的能力。

小發(fā)明、小制作的課程資源可以是傳統(tǒng)經(jīng)典的案例如水火箭、水果電池制作等，可以是“三小”比賽的優(yōu)秀作品，也可以結合當?shù)叵冗M的工藝技術和產(chǎn)品。教學的實施經(jīng)歷了從早期小規(guī)模的興趣小組模式，融入學科教學的制作、設計等活動方式，到現(xiàn)在則大多為面向全體學生的科學拓展性課程等。

（四）聚焦電磁、機械和數(shù)理分析，精準突破STEM重點問題

以電器設備和電子產(chǎn)品為載體的STEM試題，多分布在主觀性試題——解答題中。試題內容基本以非連續(xù)性文本呈現(xiàn)，圖表包括實物圖、電路圖、產(chǎn)品結構示意圖、表格和平面直角坐標系等;設問形式寬泛，如連接、計算、說理、評價和改進設計等;考查目標集中指向電路的分析、連接、計算、設計以及電磁繼電器和各類靈敏電阻的使用;解答時常需要聯(lián)結簡單機械、運動與力、化學反應等知識，以及通過數(shù)理分析從表格、平面直角坐標系中獲取信息的能力。

此類試題是各地科學中考解答題的保留節(jié)目和壓軸題。以溫州為例，2015—2018年四年中分別以汽車轉向指示燈、防盜報警器、自動注水噴淋系統(tǒng)和豆?jié){機為載體，配以各種圖表等非連續(xù)性文本呈現(xiàn)問題情境。2019年臺州卷第35題通過解析某電冰箱的溫控制冷和照明電路，遷移應用制作恒溫箱，大范圍、高密度地考查學生綜合運用電學知識、氣溫與氣壓、簡單機械等知識，識讀表格獲取信息、利用一次函數(shù)方程組等數(shù)理分析、邏輯推理能力和