許陽

〔摘? ? 要〕? 研究和開發(fā)聚焦科學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)項目，關(guān)注學(xué)生科學(xué)觀念、態(tài)度責(zé)任的養(yǎng)成，聚焦學(xué)生科學(xué)探究、科學(xué)思維的培養(yǎng)，以實踐形成可供教師參考的教學(xué)案例。本文主要介紹了真實情境項目式教學(xué)實踐的一些思想和方法，供一線科學(xué)教師參考。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；真實情境；項目式教學(xué)

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 14-0022-03

一、問題的提出

科學(xué)知識和方法的學(xué)習(xí)、理解和應(yīng)用，是科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的重要方面。教學(xué)項目是承載科學(xué)素養(yǎng)培育的主要“陣地”，無論是以教材為主題的科學(xué)課項目，還是以教師設(shè)計為主題的項目教學(xué)，都是如此。諸多的教學(xué)項目，是否在培養(yǎng)學(xué)生理性思維和探究精神等科學(xué)素養(yǎng)上起到關(guān)鍵作用，仍然需要甄別。

（一）主題多樣，不聚焦核心概念

科學(xué)教學(xué)項目不乏真實情境主題內(nèi)容，且豐富多樣。學(xué)生對于此類真實情境學(xué)習(xí)項目興趣濃厚，學(xué)習(xí)積極性高。但一些學(xué)生在經(jīng)歷項目學(xué)習(xí)后，了解或理解的科學(xué)核心概念甚少。從教學(xué)項目設(shè)計的教學(xué)目標(biāo)上看，沒有聚焦科學(xué)核心概念。

（二）動手實踐，不鏈接動腦思考

學(xué)生在真實情境教學(xué)項目過程中，動手實踐，完成任務(wù)或作品，這是項目教學(xué)的重要特點。但在動手操作中是否總結(jié)了經(jīng)驗，想象力和創(chuàng)造力是否得到激發(fā)，“手”和“腦”有沒有結(jié)合，問題能否得到合理解決，都是在項目設(shè)計時就應(yīng)該考慮的問題。往往在一些教學(xué)項目中提供了大量學(xué)生“動手”的機(jī)會，卻忽視了對學(xué)生“動腦”的引導(dǎo)。

（三）方法雖好，卻不善于總結(jié)提煉

好資源是用得恰到好處的資源，好方法是用得恰到好處的方法。優(yōu)秀項目自然有好的教學(xué)方法。在教學(xué)項目實踐過程中，可以多次進(jìn)行實驗和測試，最終實現(xiàn)項目的最理想狀態(tài)。而多個優(yōu)秀教學(xué)項目的教學(xué)方法沒有經(jīng)過總結(jié)提煉，則無法實現(xiàn)教學(xué)項目的最大價值。

因此，真實情境教學(xué)項目設(shè)計和實施的著力點在哪里？如何設(shè)計？是科學(xué)教師在項目教學(xué)過程中應(yīng)該考慮的重點。

二、項目式教學(xué)設(shè)計的理論指導(dǎo)

（一）聚焦核心概念，指向核心素養(yǎng)

2022年版課標(biāo)有關(guān)核心概念的描述有13個，且有二級概念的詳細(xì)描述。這些學(xué)科領(lǐng)域中最重要的學(xué)科內(nèi)容，涉及物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)和技術(shù)與工程四個領(lǐng)域。

（二）親歷工程實踐，滲透跨學(xué)科融合

技術(shù)和工程實踐領(lǐng)域作為一個重要的科學(xué)教學(xué)“戰(zhàn)場”，提倡學(xué)生動手做、提高解決問題的能力。科學(xué)是技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)，技術(shù)是科學(xué)發(fā)展的手段。親歷技術(shù)和工程實踐是培養(yǎng)科學(xué)核心素養(yǎng)的著力點，科學(xué)素養(yǎng)養(yǎng)成是對學(xué)生提出的綜合性要求。學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也應(yīng)該順應(yīng)時代要求，不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

（三）巧用學(xué)習(xí)支架，促進(jìn)進(jìn)階達(dá)成

學(xué)生在項目式學(xué)習(xí)中，思維不斷演繹和變化，對于科學(xué)核心概念從了解、理解再到應(yīng)用，也在進(jìn)階中達(dá)成。教師在教學(xué)項目實施過程中，應(yīng)該如何指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)？是教知識還是教方法？為學(xué)生搭建合適學(xué)習(xí)支架，支持學(xué)生接近和越過“最近發(fā)展區(qū)”，完成教學(xué)目標(biāo)。在聚集核心概念的教學(xué)項目設(shè)計中，要明確教學(xué)項目適用的學(xué)情，從學(xué)生進(jìn)階發(fā)展的角度進(jìn)行設(shè)計。

三、項目式教學(xué)設(shè)計的策略與示例

（一）真實情境中的科學(xué)思維教學(xué)

創(chuàng)設(shè)一個真實情境，提出真實問題，可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。在教學(xué)過程中，教師教會學(xué)生尋找證據(jù)，獲得證據(jù)；引導(dǎo)學(xué)生用證據(jù)和邏輯進(jìn)行論證；培養(yǎng)以證據(jù)說話的習(xí)慣，逐步養(yǎng)成實證意識，形成科學(xué)思維。

【案例】“暖寶寶”是如何產(chǎn)熱的？

1.項目呈現(xiàn)

（1）提出問題

生活中的“暖寶寶”是常見的防寒用品，由如此真實情境導(dǎo)入學(xué)習(xí)，讓學(xué)生提出一些與“暖寶寶”相關(guān)的問題：“暖寶寶”是如何產(chǎn)熱的？它為什么是一次性發(fā)熱貼？不打開密封包裝，它為什么不會產(chǎn)熱？

（2）做出假設(shè)

教師組織學(xué)生通過查閱資料的方式，展示有關(guān)“暖寶寶”的知識，激發(fā)學(xué)生前概念的呈現(xiàn)。在查閱的資料中，學(xué)生可以進(jìn)行推測，“暖寶寶”產(chǎn)熱與“空氣”有關(guān)。

（3）實驗探究

學(xué)生自主探究，找出證據(jù)。從學(xué)生的實驗中可以歸納出幾類不同的實驗方案，教師指出實驗存在的問題，幫助學(xué)生總結(jié)分析實驗的不足，教會學(xué)生厘清思路，改進(jìn)實驗。

（4）數(shù)據(jù)分析

教師進(jìn)行探究實驗演示，證明“空氣中的氧氣對產(chǎn)熱起作用”。教師將裝有“暖寶寶”的杯子倒扣在水中，一段時間后，液面停止了上升，保持在一定的高度。這是因為杯子中的“暖寶寶”與空氣反應(yīng)，空氣減少，在外界大氣壓的作用下，液面上升，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束了，液面便停止上升。

（5）得出結(jié)論

再通過查閱資料，得知空氣中氧氣含量占21%左右，與實驗所得數(shù)據(jù)最為接近。由此證明，與“暖寶寶”產(chǎn)生作用的是氧氣。

2.項目分析

對一個真實情境問題的深入研究是親歷探究的真實過程，是一個學(xué)習(xí)示范。從學(xué)生的角度來看，教師關(guān)注了學(xué)生學(xué)習(xí)過程中有關(guān)科學(xué)證據(jù)的獲得和數(shù)據(jù)的分析。

“暖寶寶”的產(chǎn)熱與空氣有關(guān)，與空氣中的什么氣體有關(guān)？可以再進(jìn)行追問：與氧氣產(chǎn)生了什么作用？探究問題串的設(shè)計具有進(jìn)階性，適合學(xué)生思維的演繹練習(xí)。學(xué)生在解決問題時有恍然大悟、觸動心靈的感受。而不斷追問則有幫助學(xué)生深入理解科學(xué)概念的巨大價值。

真實情境問題的教學(xué)項目貼近學(xué)生。學(xué)生在真實情境中學(xué)習(xí)有助于其社會性成長思維的形成。

（二）工程實踐過程中的核心概念教學(xué)

學(xué)生在技術(shù)與工程實踐學(xué)習(xí)過程中，模型建構(gòu)能力、推理論證能力和創(chuàng)新思維能力得到培養(yǎng)。教師根據(jù)學(xué)情設(shè)計開發(fā)教學(xué)支持工具，助力學(xué)生核心概念學(xué)習(xí)。

【案例】“過山車”實驗探究的優(yōu)化實踐

1.實驗優(yōu)化設(shè)計

執(zhí)教教科版三年級科學(xué)的《設(shè)計過山車》《測試過山車》兩課時，導(dǎo)入環(huán)節(jié)，呈現(xiàn)的是過山車最高處的刺激場景，是過山車最精彩的部分，而課中未涉及此軌道場景的學(xué)習(xí)；提供的材料有限，在實際操作中學(xué)生很難找到合適的材料；沒有給出合適的供探究的參考模型。

2022年版課標(biāo)提出的3～4年級有關(guān)技術(shù)和工程實踐的核心概念是：工程是以科學(xué)和技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)性工作。學(xué)習(xí)目標(biāo)是：舉例說出一項工程運用到的技術(shù)和原理。在《作業(yè)本》“科學(xué)閱讀”部分，有材料可以作為實驗優(yōu)化的參考，即“過山車”運用到的技術(shù)和原理是重力和離心力的關(guān)系。

筆者開發(fā)制作了供學(xué)生實驗探究學(xué)習(xí)的教具模型。該模型由木板、鋁型材和窗簾軌道制作而成。鋁型材支撐直線軌道，曲線軌道通過螺絲釘固定在木板上。紅色鋼球從起點落下，在軌道上運動。

2.探究活動片段

學(xué)生在探究實驗過程中，教師進(jìn)行觀察和指導(dǎo)。教師觀察學(xué)生尋找起點的方法，學(xué)生是否靜止釋放小球，小球在軌道上不能脫軌。指導(dǎo)學(xué)生小組合作，多次進(jìn)行實驗。

教師還可以繼續(xù)追問：如果給你一個小球，你能讓小球在不脫軌的情況下順利到達(dá)終點嗎？你能否找到讓小球順利到達(dá)終點的最低起點？

3.項目分析

（1）聚焦核心概念

“過山車”模型的學(xué)習(xí)具有技術(shù)與工程實踐領(lǐng)域的特征，涉及的核心概念有“力及其之間的相互關(guān)系”和“能量轉(zhuǎn)化”。使用此模型進(jìn)行學(xué)習(xí)，討論小球沿著斜面軌道下落滾動與重力的關(guān)系、能量的轉(zhuǎn)化是否滿足小球通過曲線軌道最高點等問題。

（2）緊密聯(lián)系教材

教材主要通過組織學(xué)生搭建直線曲線軌道學(xué)習(xí)，而此教具是直線和曲線軌道的融合，是對教材的優(yōu)化和拓展。

（3）真實情境探究

本教具貼近實際生活中的過山車，屬于生活化的項目式學(xué)習(xí)案例，學(xué)生在“玩中學(xué)”，在操作過程中，能充分聯(lián)系生活實際，深入探究。

（三）項目迭代中的科學(xué)方法教學(xué)

【案例】“保溫杯”制作的設(shè)計思維路徑

1.項目背景

本項目是利用“熱”單元所學(xué)的科學(xué)知識，運用技術(shù)制作一個保溫杯原型。學(xué)生親歷設(shè)計思維學(xué)習(xí)過程，進(jìn)行用戶需求調(diào)查、頭腦風(fēng)暴、制作和評估，以個人用戶為中心，進(jìn)行一個跨學(xué)科的滲透設(shè)計思維教學(xué)方法的科學(xué)與工程實踐課學(xué)習(xí)。聚焦的科學(xué)核心概念是：在宇宙中能量的總量總是不變的，但是，在某種事件發(fā)生的過程中，能量的儲存形式可以從一種轉(zhuǎn)化為另一種。

2.項目實施

設(shè)計思維迭代環(huán)節(jié)：同理心—定義問題—頭腦風(fēng)暴—原型制作—測試迭代。同理心是通過觀察、交流等方式了解客戶的真正需求，為定義問題提供數(shù)據(jù)支持。定義問題是分析收集到的各種需求，提出需要解決的問題。頭腦風(fēng)暴是設(shè)計者思考，提出盡可能多的解決方案。原型制作是用材料制作產(chǎn)品原型。測試迭代是將原型用于用戶測試，反饋原型進(jìn)行修改迭代的過程。

（1）同理心——挖掘用戶的需求

先進(jìn)行用戶調(diào)查，為潛在用戶制作一個保溫杯，調(diào)查他們除了對保溫杯保溫性能的要求外，還對其形狀、顏色和大小等方面提出的要求。

（2）定義問題——提出要解決的問題

對用戶提出的需求信息進(jìn)行分析，明確接下來要解決的問題，可以呈現(xiàn)在“魚骨圖”上。如問題1：你喜歡的顏色是什么？回答：白色。問題2：你喜歡卡扣還是旋鈕？回答：卡扣。問題3：你上班的時候一般背什么包？回答：布包。

由此我們可以初步得出，我們要為一個喜歡白色的用戶設(shè)計制作用卡扣打開的保溫杯，能方便放進(jìn)她上班用的布袋中。

（3）頭腦風(fēng)暴——想出更多解決方案

在這個環(huán)節(jié)，每個組員都是設(shè)計師，各自進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，充分發(fā)揮創(chuàng)意，將盡可能多的想法用簡圖繪出。然后小組內(nèi)各個成員分享，合并大家頭腦風(fēng)暴產(chǎn)生的創(chuàng)意想法，最后完成一個最優(yōu)方案。

（4）原型制作——動手動腦相結(jié)合

學(xué)生選擇材料和工具進(jìn)行制作，了解不同材料的特性，合理使用材料，實現(xiàn)產(chǎn)品功能。學(xué)生根據(jù)頭腦風(fēng)暴設(shè)計的三視圖進(jìn)行制作。

（5）測試迭代——為迭代提供依據(jù)

原型是否滿足用戶的需求，解決用戶的問題？保溫杯的測試至少包括兩個部分：一是對保溫性能進(jìn)行測試；二是對用戶進(jìn)行訪談測試。保溫性能的測試可以用溫度計測試保溫杯的保溫效果；用戶訪談測試，則可以利用“A?wish?and?a?star（一個希望和一個亮點）”表格進(jìn)行記錄。

3.項目分析

學(xué)生在此項目式學(xué)習(xí)過程中，親歷設(shè)計思維方法學(xué)習(xí)，制作出滿足用戶需求的保溫杯；在學(xué)習(xí)過程中，探究了“熱傳遞的機(jī)制”“空氣是一種熱的不良導(dǎo)體”等科學(xué)核心概念；經(jīng)歷了多學(xué)科的融合式學(xué)習(xí)，鍛煉培養(yǎng)了創(chuàng)新思維。

四、項目式教學(xué)的啟示

（一）深入研究核心素養(yǎng)

科學(xué)核心素養(yǎng)內(nèi)涵在不斷發(fā)展，教學(xué)要求和方式日新月異，對科學(xué)教師提出了更高的要求。教師要不斷深入學(xué)習(xí)，提升自身科學(xué)素養(yǎng)，惠及學(xué)生。

（二）勇于進(jìn)行教學(xué)實踐

“暖寶寶”“過山車”和“保溫杯”項目，都貼近生活，聚集核心概念學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中的新思考，經(jīng)過多次實踐，提煉經(jīng)驗方法，助力教學(xué)革新。

（三）積極進(jìn)行總結(jié)分享

對項目實踐資料的分析和總結(jié)，形成的新思路、新觀點和新成果，需要進(jìn)行分享，分享就是進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]哈倫.科學(xué)教育的原則和大概念[M].韋鈺，譯.北京：科學(xué)普及出版社，2011.