吳麗華 王蕊 彭海棠

摘 要：新課程改革以來，科學課程對培養(yǎng)小學生的科學素養(yǎng)具有重要作用。為了深入理解STEAM科學項目中的目標層級結構，本文運用解釋結構模型法（ISM分析法）對小學三年級科學教材中STEAM科學項目進行分析，得出跨學科教學目標的可視化層級關系，幫助教師厘清項目中各學科目標的層次和教學內(nèi)容次序，為教師合理構建教學層次提供參考。

關鍵詞：STEAM科學項目;教學目標可視化;內(nèi)容設計;ISM分析法

中圖分類號：G42? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-624X（2021）10-0063-02

引 言

2017年，教育部重新修訂的《義務教育小學科學課程標準》明確指出，小學科學課程應重視對學科綜合素質的培養(yǎng)，并鼓勵教師在教學實踐中嘗試運用STEAM教育理念。

一、小學科學課程中STEAM科學項目內(nèi)容分析中存在的問題

在STEAM科學項目中，教學設計應體現(xiàn)跨學科融合的概念。但在科學教學實踐中，很少有教師能夠獨立進行教學設計，大多數(shù)教師直接借用他人的教案或對他人的教案進行加工處理，缺乏深入的思考和分析[1]。

針對STEAM科學項目，教師在分析教材、設計教案的過程中，往往無法憑借以往的直觀經(jīng)驗判斷各學科知識在項目中的層級結構，進而無法確定教學層級。教師在不清楚各目標層級結構的情況下，直接沿用傳統(tǒng)的教學方案，不僅無法達到STEAM項目應有的教學效果，還容易出現(xiàn)學科間知識不融合的情況。

教師應重視科學實踐項目，學會把一體化的STEAM科學項目目標分解到對應學科中，分析項目中各知識點的關系，對各學科內(nèi)容和目標的教學層次進行科學劃分。

二、ISM分析法及思路

解釋結構模型（Interpretive Structural Model），簡稱ISM分析法，作為一種系統(tǒng)建模的分析工具，可以將教材的系統(tǒng)知識結構還原并清晰地呈現(xiàn)出來，幫助教師從整體上聚焦知識點、發(fā)揮教材的整體性功能。ISM分析法已被證實有助于教師進行教學設計。

利用ISM分析法進行教材分析的最大優(yōu)勢是把教材中知識要素之間支離破碎、雜亂無章的關系梳理成客觀、清晰的多級遞階結構模型，使教材分析由主觀研究直接轉化為量化研究，提高了項目分析的科學性，尤其適用于STEAM項目中多學科融合的內(nèi)容分析。

本文以2017年人民教育出版社和湖北教育出版社出版的小學科學三年級教科書為例，針對其中第六單元的“動力小車”進行ISM分析。

三、應用ISM分析法進行科學項目分析的操作過程

第一步，找出影響系統(tǒng)問題的主要元素，抽取教學子目標;第二步，考慮因果等關系的傳遞性，建立反映諸要素間關系的鄰接矩陣;第三步，尋找元素之間的其他通路，即通過鄰接矩陣求可達矩陣;第四步，對可達矩陣進行數(shù)據(jù)處理，得到層級關系，并畫出層級結構圖。運用ISM分析法進行教材分析的基本流程為抽取教學—建立反映諸要素—通過鄰接矩—畫出層級，找出影響系統(tǒng)問題的主要元素，抽取教學子目標（見表1）。

本章節(jié)目標元素根據(jù)教材原文結尾處對單元的回顧整理得出。教材中將本次“動力小車”項目分為四個模塊，加入最新的藝術概念，正好對應STEAM教育中的科學、技術、工程、藝術、數(shù)學五門學科。由此可見，教材采用STEAM理念進行項目設計，并對每個目標進行了學科劃分，使教學目標相對清晰，所以在選取教學目標元素時沿用了這種區(qū)分方式和目標設置。考慮因果等關系的傳遞性，建立反映諸要素間關系的鄰接矩陣（見表2）。

抽取要素后，教師應綜合考慮教材具體內(nèi)容、學生特點及要素所屬的上下位和邏輯關系，確定要素間的形成關系，同樣要先對形成關系進行界定。比如，教材解釋說明了給小車安裝動力裝置（E1）需要考慮動力因素（S1、S2、S3）、小車的形狀和結構（T1、T2），那么，小車的設計（E1）這一要素就與動力因素（S1、S2、S3）、小車的形狀和結構（T1、T2）存在直接形成關系。尋找元素之間的其他通路，即通過鄰接矩陣求可達矩陣（見表3）。

可達矩陣的求解有很多不同的計算方法。本文在由鄰接矩陣A到可達矩陣M的計算中，引入除對角線外其他元素均為0的單位矩陣I，當滿足（A+I）≠（A+I）2≠…≠ （A+I）k-1=（A+I）k時，可達矩陣M=（A+I）k。具體計算中可以使用Warshell算法來求解。本文計算過程直接套用matlab求可達矩陣的代碼實現(xiàn)（見圖1）。

教師對可達矩陣進行層級劃分，得到層級關系，并畫出層級結構圖。所謂層級劃分，就是將系統(tǒng)中的所有元素，以可達矩陣為準則，劃分成不同層級。由要素的可達集和先行集的定義可得到一個事實：在教學目標結構中，其最上級要素S1的可行集R（S1），只能由S1本身和S1的強連接要素組成。

通過多次原因優(yōu)先——結果優(yōu)先的輪換法對可達矩陣進行層級抽取，得出各層級和對應層級要素，過程和結果如表4和圖2所示。得出“動力小車”項目一節(jié)的教學結構層次與教材順序結構層次（見圖3）。

從以上的解釋結構分析結果中，我們可以知道在“動力小車”這一單元中，教師應按照層次結構圖由下而上地設定教學目標，并根據(jù)學生的特點、學生的初始能力、課時分配等情況，層次之間由低到高，同一層次的不同要素之間由易到難，適用范圍由大到小，按基礎程度由低到高的原則，靈活、合理地設計和安排教學順序。

四、用ISM法分析層級結構的結果

由此可知，教師在STEAM項目教學設計中，不可單純根據(jù)學科的區(qū)分進行分類教學和講授?？鐚W科教學不是將學科內(nèi)容和學習目標單純地融合，而是體現(xiàn)在學習任務和項目中各學科知識的深度融合。根據(jù)ISM分析法得到的層次與教材基本一致，但各學科內(nèi)容的分布更清晰，證明ISM分析法可運用在STEAM項目的教學分析中。教師可以將該方法用于STEAM科學實踐項目中，并根據(jù)層級結構圖設計教學目標和內(nèi)容次序，為小學科學教材的可視化和量化分析提供科學、合理的依據(jù)。

結 語

綜上所述，教師運用ISM分析法分析科學教材中STEAM科學項目，能得出跨學科教學目標的可視化層級關系，從而厘清各學科目標的層次和教學內(nèi)容次序，設計更有效的教學方案，有利于教學質量的提高。

[參考文獻]

蔡曉程.基于STEAM教育理念下小學課程實踐[J].當代家庭教育，2020（32）：3-4.

基金項目：本文系2018年國家自然科學基金一般項目“基于不確定認知云模型的在線學習者隱性學習行為特征聚類方法研究”（項目編號：61867001）的階段性研究成果。海南省2018年自然科學基金一般項目“基于不確定認知云模型的在線學習者隱性學習行為特征聚類方法研究”（項目編號：619MS053）的階段性研究成果。

作者簡介：吳麗華（1963.6—），女，錫伯族，遼寧沈陽人，教授。

王蕊（1998.5—），女，四川資陽人，在讀研究生。

彭海棠（1967.7—），男，廣東汕尾人，中級教師。