◇沈菲菲（浙江：嘉善縣教育研究培訓(xùn)中心）

一、條件解析：“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)方法何以實(shí)現(xiàn)

2022 年頒布的《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）提出“堅(jiān)持創(chuàng)新導(dǎo)向，引導(dǎo)育人方式變革，著力發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)”的建議，進(jìn)一步顯示了從“科學(xué)探究”到“核心素養(yǎng)”的轉(zhuǎn)變要求。由此在科學(xué)課程中如何突出核心素養(yǎng)的培育成為科學(xué)教育更加緊迫的任務(wù)。

（一）問(wèn)題：科學(xué)核心素養(yǎng)培育遭遇學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)型之困

課程標(biāo)準(zhǔn)要求科學(xué)學(xué)習(xí)的邏輯起點(diǎn)從內(nèi)容教學(xué)轉(zhuǎn)向核心素養(yǎng)，13 個(gè)大概念是孕育科學(xué)核心素養(yǎng)的重要依托。素養(yǎng)作為預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果，它不僅要求學(xué)生掌握、學(xué)會(huì)知識(shí)，而且需要將其作為解決真實(shí)世界問(wèn)題的一種工具。顯然，知識(shí)是需要在實(shí)踐的學(xué)習(xí)和運(yùn)用中深化的，“不要把探究式學(xué)習(xí)作為唯一的科學(xué)學(xué)習(xí)方式，不同的素養(yǎng)要通過(guò)不同的學(xué)習(xí)活動(dòng)加以培養(yǎng)”，這表明學(xué)科核心素養(yǎng)的培育需要在整體活動(dòng)的學(xué)習(xí)進(jìn)程中交織、滲透和凝集。

因此，培育核心素養(yǎng)的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)從學(xué)知識(shí)到發(fā)展素養(yǎng)的學(xué)法轉(zhuǎn)變。但當(dāng)前不少一線教師提供的學(xué)習(xí)方式，依然將“探究”作為知識(shí)學(xué)習(xí)的核心活動(dòng)，而把“技術(shù)與工程”作為知識(shí)應(yīng)用的“實(shí)踐”活動(dòng)。這種單純把知識(shí)的獲得與應(yīng)用割裂為兩個(gè)相對(duì)平行領(lǐng)域的學(xué)法，使得學(xué)生難以完成知識(shí)與素養(yǎng)之間的轉(zhuǎn)化。這就意味著科學(xué)學(xué)科的教學(xué)亟待超越傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，探索以素養(yǎng)為基礎(chǔ)的新范式。

（二）破解：“工程實(shí)驗(yàn)”融通學(xué)習(xí)筑素養(yǎng)培育之路

在將核心素養(yǎng)作為科學(xué)教育要點(diǎn)的當(dāng)下，科學(xué)學(xué)習(xí)更應(yīng)關(guān)注學(xué)生核心概念的學(xué)習(xí)方式與關(guān)鍵能力養(yǎng)成的融合發(fā)展。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在工程和技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)中，更容易領(lǐng)會(huì)與此工程相關(guān)的科學(xué)概念的內(nèi)涵與外延，并樂(lè)于在后續(xù)的實(shí)踐中應(yīng)用概念解決實(shí)際問(wèn)題。這是典型的由內(nèi)驅(qū)力主導(dǎo)的學(xué)習(xí)行為，實(shí)現(xiàn)了在真實(shí)任務(wù)情境中知識(shí)與工程實(shí)踐的深度關(guān)聯(lián)。因此將嚴(yán)密的科學(xué)概念與工程技術(shù)實(shí)踐融合學(xué)習(xí)的“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)，是實(shí)現(xiàn)知識(shí)向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的可行方案。

二、內(nèi)涵解析：“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)方法的內(nèi)涵與基本架構(gòu)

（一）什么是工程實(shí)驗(yàn)

工程實(shí)驗(yàn)是融合了“科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究自然因果機(jī)制”和“技術(shù)與工程應(yīng)用科學(xué)知識(shí)建造產(chǎn)品”兩者特征的一種學(xué)習(xí)方式。它融合科學(xué)、技術(shù)、工程三大維度。外殼是設(shè)計(jì)與制作產(chǎn)品；線索是解決真實(shí)情境下的問(wèn)題；方法是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的融合；結(jié)果是科學(xué)知識(shí)和物化產(chǎn)品或模型。它打破了有限課堂時(shí)空與無(wú)限科學(xué)知識(shí)間的壁壘，使得學(xué)生在真實(shí)情境、問(wèn)題與產(chǎn)品制作的交互中，建構(gòu)科學(xué)核心概念，掌握技能與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)和工程的理解。

（二）“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)的基本架構(gòu)

“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)以培育核心素養(yǎng)為目標(biāo)指引，對(duì)探究和技術(shù)與工程學(xué)習(xí)方式進(jìn)行了統(tǒng)整與創(chuàng)新，吸收了探究和技術(shù)與工程的實(shí)踐精髓而形成。它將整個(gè)學(xué)程分解為“認(rèn)知激發(fā)—概念建構(gòu)—物化解釋—評(píng)價(jià)深化”四大階段，同時(shí)細(xì)化為“情景任務(wù)—提出解決方案—制作產(chǎn)品—決策分析—驗(yàn)證方案—公布產(chǎn)品”六大循環(huán)環(huán)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)“科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、責(zé)任態(tài)度”四大核心素養(yǎng)的培育和知識(shí)與素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。

三、路徑解析：“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)方法如何實(shí)施

“工程實(shí)驗(yàn)”是指將探究和技術(shù)與工程兩種學(xué)習(xí)方式，用學(xué)法融合的方法進(jìn)行統(tǒng)整與創(chuàng)新，用學(xué)程再造的方式，通過(guò)對(duì)工程建造與實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程要素的重整與融合，以多維的“實(shí)踐”取代單純的“探究”，融通“科學(xué)探究”與“工程實(shí)踐”，發(fā)揮探究（知識(shí)生成）與應(yīng)用（能力發(fā)展）的功能，構(gòu)建融合了知識(shí)與能力（核心素養(yǎng)）進(jìn)階發(fā)展的“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)范式。

通過(guò)對(duì)科學(xué)核心概念和關(guān)鍵能力發(fā)展的脈絡(luò)梳理，將學(xué)習(xí)軌跡分為六大模塊，形成了“四階段六環(huán)節(jié)”的“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)范式。通過(guò)“認(rèn)知激發(fā)階段—概念構(gòu)建階段—物化解釋階段—評(píng)價(jià)深化階段”四階漸進(jìn)，改變學(xué)生知識(shí)生成、運(yùn)用的方式，培育核心素養(yǎng)。

（一）認(rèn)知激發(fā)階段：驅(qū)動(dòng)·喚醒·關(guān)聯(lián)

此階段，學(xué)生在真實(shí)問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下，喚醒原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的經(jīng)驗(yàn)，點(diǎn)燃學(xué)習(xí)興趣，開始投入工程實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)中。通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)性的情境、關(guān)聯(lián)科學(xué)本質(zhì)問(wèn)題、關(guān)聯(lián)學(xué)生經(jīng)驗(yàn)、關(guān)聯(lián)技術(shù)要領(lǐng)，設(shè)計(jì)真實(shí)有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，使知識(shí)聯(lián)系生活世界，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，核心素養(yǎng)初步形成。

（二）概念構(gòu)建階段：生成·系統(tǒng)·漸進(jìn)

此階段，學(xué)生根據(jù)真實(shí)任務(wù)提出解決問(wèn)題的方案，并初次嘗試工程設(shè)計(jì)與開發(fā)產(chǎn)品，利用產(chǎn)品對(duì)過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行假設(shè)、解釋、實(shí)驗(yàn)?zāi)M、變量操作，形成科學(xué)核心概念，并納入自己的知識(shí)系統(tǒng)中。通過(guò)提供“中介工具”，例如，科學(xué)史閱讀資料、電子設(shè)備、模型、實(shí)驗(yàn)材料等，幫助學(xué)生把科學(xué)知識(shí)發(fā)生、發(fā)展過(guò)程與產(chǎn)品形成過(guò)程融通，形成明確而穩(wěn)定的概念，推動(dòng)素養(yǎng)的建構(gòu)和發(fā)生。

（三）物化解釋階段：審視·修正·創(chuàng)造

此階段，學(xué)生能依據(jù)學(xué)到的概念，調(diào)整設(shè)計(jì)方案，并創(chuàng)造新產(chǎn)品，形成物化模型。同時(shí)，能借助產(chǎn)品來(lái)解釋設(shè)計(jì)原理，實(shí)現(xiàn)概念內(nèi)化和對(duì)關(guān)鍵能力的掌握。通過(guò)“自制、改造”等方式，重新審視問(wèn)題，對(duì)比新舊產(chǎn)品、設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，反復(fù)修正物化產(chǎn)品，最終成功創(chuàng)造出產(chǎn)品（模型），實(shí)現(xiàn)知識(shí)向素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。

（四）評(píng)價(jià)深化階段：展示·遷移·凝集

此階段，學(xué)生以公開的形式，向同伴、教師、父母等表達(dá)自己的物化成果、科學(xué)態(tài)度，并以評(píng)價(jià)的方式，判斷學(xué)習(xí)成效。評(píng)價(jià)應(yīng)以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向，以持續(xù)改進(jìn)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)的落實(shí)。還可通過(guò)提供新情境，讓學(xué)生用學(xué)習(xí)到的概念對(duì)新情境做出解釋，重新改進(jìn)產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)知識(shí)重組、遷移，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與素養(yǎng)間的轉(zhuǎn)化共生。

四、案例解析：“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)方法課例

（一）案例：《營(yíng)養(yǎng)要均衡》

《營(yíng)養(yǎng)要均衡》是小學(xué)科學(xué)教材中典型的資料學(xué)習(xí)型課例。多年來(lái)，教師最常采用“資料閱讀”的方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)的流程與目標(biāo)：讓學(xué)生在閱讀中了解“人的生命活動(dòng)需要不同種類和數(shù)量的食物”，并且學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)一份營(yíng)養(yǎng)均衡的食譜。閱讀是為了習(xí)得概念性知識(shí)，設(shè)計(jì)則作為知識(shí)的應(yīng)用，卻缺失了對(duì)真實(shí)世界問(wèn)題的檢視、實(shí)踐應(yīng)用、改造創(chuàng)新的過(guò)程。

（二）運(yùn)用“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)方法重構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)

運(yùn)用“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)范式來(lái)重新展開《營(yíng)養(yǎng)要均衡》的學(xué)習(xí)，需要依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)中的13 個(gè)大概念和4 個(gè)跨學(xué)科概念，并融合“工程與技術(shù)”內(nèi)容。重構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)如表1所示。

表1《營(yíng)養(yǎng)要均衡》工程實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)范式下的學(xué)習(xí)目標(biāo)

（三）運(yùn)用“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)方法重構(gòu)學(xué)程

運(yùn)用“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)范式開展《營(yíng)養(yǎng)要均衡》一課的學(xué)習(xí)，學(xué)生在科學(xué)工程實(shí)踐活動(dòng)中，能做到知行合一，在知識(shí)生成于工程實(shí)踐的同時(shí)，能用新知識(shí)來(lái)改進(jìn)實(shí)踐的物化產(chǎn)品，加深對(duì)新概念的理解。下面，是“工程實(shí)驗(yàn)”“四環(huán)節(jié)六階段”重構(gòu)學(xué)程下的《營(yíng)養(yǎng)要均衡》一課的活動(dòng)設(shè)計(jì)，如表2所示。

表2《營(yíng)養(yǎng)要均衡》工程實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)范式應(yīng)用介紹

通過(guò)表2 可以看出，《營(yíng)養(yǎng)要均衡》在工程實(shí)驗(yàn)理念支持的學(xué)習(xí)中，翻轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)“枯燥講授”的教學(xué)方式，以制作一個(gè)營(yíng)養(yǎng)均衡漢堡的工程實(shí)踐活動(dòng)為載體，幫助學(xué)生理解“生物體的穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)、生物生存需要營(yíng)養(yǎng)、營(yíng)養(yǎng)要均衡”等學(xué)科核心知識(shí)，并幫助學(xué)生理解“系統(tǒng)和模型”“物質(zhì)和能量”兩個(gè)跨學(xué)科概念。整個(gè)學(xué)習(xí)源于真實(shí)情境，幫助學(xué)生用探究、設(shè)計(jì)、制作、評(píng)價(jià)等多種手段，探究科學(xué)概念，并成功制作了物化模型，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)與素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。

五、價(jià)值判斷：“工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)習(xí)方法的價(jià)值

“工程實(shí)驗(yàn)”以“核心素養(yǎng)培育”為切入點(diǎn)，是融入13 個(gè)大概念、4 個(gè)跨學(xué)科概念，融合科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐的創(chuàng)新學(xué)習(xí)范式。它注重學(xué)生對(duì)真實(shí)情境中問(wèn)題的解決，提供復(fù)雜、多變的學(xué)習(xí)主題，以“學(xué)習(xí)進(jìn)階”的方式統(tǒng)整科學(xué)概念與實(shí)踐，通過(guò)科學(xué)工程實(shí)踐與核心概念的融合性學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生重塑對(duì)工程與技術(shù)、科學(xué)知識(shí)與實(shí)踐之間關(guān)系的理解，進(jìn)而獲得科學(xué)核心素養(yǎng)的全面提升。