張 健,薛苗苗

(南京市櫻花小學(xué),江蘇南京,210018)

21世紀(jì)的科學(xué)教育目標(biāo)是培養(yǎng)擁有科學(xué)素養(yǎng)的人,我國小學(xué)科學(xué)課程的總目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)?？茖W(xué)素養(yǎng)包括科學(xué)知識、科學(xué)研究過程和方法、科學(xué)技術(shù)對社會和個人產(chǎn)生的影響三個部分。[1]指向科學(xué)素養(yǎng)的科學(xué)教育不僅要注重科學(xué)知識的學(xué)習(xí),還要注重知識與發(fā)展世界的聯(lián)系,更要注重學(xué)生的技能、思維與人文精神,強調(diào)的是任務(wù)驅(qū)動學(xué)習(xí)和主題式學(xué)習(xí)。[2]在這樣的素養(yǎng)時代背景下,項目化學(xué)習(xí)應(yīng)運而生。在進行項目化學(xué)習(xí)的過程中,學(xué)生在工程思維的指導(dǎo)下對工程問題進行科學(xué)的認(rèn)知、判斷和解決,能夠像工程師一樣解決實際問題。本文以“玩轉(zhuǎn)泡泡機”活動為例,探討科學(xué)學(xué)科項目化學(xué)習(xí)在小學(xué)課堂中的實施策略,旨在為相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者提供經(jīng)驗借鑒。

一、內(nèi)涵及特點

(一)項目化學(xué)習(xí)

有學(xué)者將項目化學(xué)習(xí)定義為基于項目的學(xué)習(xí),即在一定時間內(nèi)學(xué)生對一個真實的、復(fù)雜的、有挑戰(zhàn)性的問題持續(xù)探究,并從中獲得知識和技能。[3]因此,項目化學(xué)習(xí)強調(diào)通過設(shè)計巧妙的問題為學(xué)生學(xué)科知識的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)良好的問題化教學(xué)情境,旨在強化學(xué)生對學(xué)科知識的認(rèn)識和理解,促進學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效培養(yǎng),讓學(xué)生在問題的導(dǎo)向作用下更有效地提升對學(xué)科知識的綜合運用能力。項目化學(xué)習(xí)要求教師通過具體項目問題的設(shè)計,結(jié)合學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況,有針對性地采用綜合性教學(xué)方案和教學(xué)策略,對教學(xué)實踐活動進行符合社會現(xiàn)代化發(fā)展趨勢的優(yōu)化創(chuàng)新。項目化學(xué)習(xí)在教學(xué)實踐活動過程中廣泛應(yīng)用,能夠緩解以往的教學(xué)模式下教師過分關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成績的問題。通過教師在教學(xué)中對學(xué)生的正確指引,培養(yǎng)學(xué)生在實際生活實踐中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、探究問題和解決問題的能力,有助于教師貫徹落實新時代發(fā)展背景下的培養(yǎng)目標(biāo),滿足學(xué)生對學(xué)科知識的實際需求。項目化學(xué)習(xí)能夠加深課堂學(xué)習(xí)與真實世界的關(guān)聯(lián)性,培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作、批判思維、口頭表達及寫作能力,有助于促進學(xué)生對已有知識的遷移與重構(gòu)。項目化學(xué)習(xí)根據(jù)學(xué)科可以分為學(xué)科項目化學(xué)習(xí)、跨學(xué)科項目化學(xué)習(xí)和超學(xué)科項目化學(xué)習(xí)。其中,學(xué)科項目化學(xué)習(xí)是以學(xué)科內(nèi)的關(guān)鍵概念或能力為載體、指向?qū)W科的本質(zhì)的一種學(xué)習(xí)方式。[4]

(二)工程思維

工程思維是工程活動的主體在解決工程實際問題中運用的思維,是工程活動的主體必須具備的核心能力,是在工程決策、工程項目設(shè)計和工程運行的過程中形成的一種思維方式,是工程工作者能否成為卓越工程人才的關(guān)鍵。[5]小學(xué)科學(xué)教學(xué)實踐活動中培養(yǎng)學(xué)生的工程思維已成為小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。小學(xué)科學(xué)教師在素質(zhì)教育改革的推進過程中注重在教學(xué)實踐活動中培養(yǎng)學(xué)生的工程思維,對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展具有重要作用和深遠教育價值。教師要注重在課堂中提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),并通過相關(guān)訓(xùn)練為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和提升奠定基礎(chǔ)。在具體的教學(xué)實踐活動中,小學(xué)科學(xué)教師可以根據(jù)自身的教學(xué)實踐經(jīng)驗,并充分探究新型的小學(xué)科學(xué)教學(xué)模式,在教學(xué)實踐活動中不斷對教學(xué)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化和創(chuàng)新。教師要在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生積極主動地對科學(xué)現(xiàn)象進行深入思考和探究。在小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)實踐活動中,教師要給予學(xué)生充分的時間和空間親自動手實踐,鍛煉學(xué)生的動手操作能力,落實學(xué)生工程思維的培養(yǎng)目標(biāo)。

二、研究現(xiàn)狀及改進思路

(一)研究現(xiàn)狀

目前,我國教育領(lǐng)域?qū)こ趟季S的認(rèn)識尚處于起步階段。雖然高等教育階段的“新工科”建設(shè)如火如荼,但基礎(chǔ)教育階段的工程教育觀念比較缺乏,直至近幾年才逐漸開展。在《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中,工程思維被確定為通用技術(shù)學(xué)科五大核心素養(yǎng)之一[6];2017年教育部頒布的《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中,雖然未對“工程思維”提出明確的教學(xué)目標(biāo),但新增了工程與技術(shù)領(lǐng)域課程內(nèi)容。盡管如此,各地中小學(xué)課程體系中關(guān)于工程教育的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容仍較少。此外,中小學(xué)一線教師對基礎(chǔ)教育階段工程教育的重要性認(rèn)識不足,導(dǎo)致我國基礎(chǔ)教育階段的工程教育相關(guān)成果較少,缺乏可供開展實踐參考的經(jīng)驗。

(二)改進思路

結(jié)合蘇教版科學(xué)教材的專項學(xué)習(xí)板塊,可以將項目化學(xué)習(xí)的實施細化為6個關(guān)鍵要素:明確問題、前期研究、設(shè)計方案、制作模型、測試改進、展示交流。借鑒顧容等人的教學(xué)設(shè)計模型[7],可以將項目化學(xué)習(xí)中學(xué)生工程思維的培養(yǎng)過程分為以下步驟:第一,明確問題環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣;第二,前期研究環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)批判性思維;第三,設(shè)計方案環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)創(chuàng)造性思維;第四,制作模型環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)計算思維和設(shè)計思維;第五,測試改進環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)批判性思維;第六,展示交流環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)系統(tǒng)性思維。

小學(xué)生還未發(fā)展抽象邏輯思維,因此,本文暫未討論學(xué)生的計算思維和設(shè)計思維,僅以五個步驟設(shè)計活動。在項目化學(xué)習(xí)中,教師要通過日常教學(xué)實踐活動,積極與學(xué)生進行有效溝通交流,充分掌握學(xué)生對學(xué)科知識的實際認(rèn)識和理解情況。在課堂上通過有效互動了解學(xué)生的心理變化及認(rèn)知發(fā)展水平等,進而開展多元化的教學(xué)實踐活動,在教學(xué)中有效鍛煉學(xué)生的工程思維。教師還可以利用信息技術(shù)為教學(xué)活動帶來技術(shù)方面的支持,尋找豐富多元的教學(xué)資源,在課堂上通過多媒體為學(xué)生呈現(xiàn)更加直觀、生動、形象的科學(xué)知識,拓寬學(xué)生對科學(xué)知識的認(rèn)知視野,培養(yǎng)學(xué)生對生活中事物的發(fā)現(xiàn)能力與探索能力。

項目化學(xué)習(xí)是有目的的、系統(tǒng)的、迭代的、創(chuàng)造的,該學(xué)習(xí)方式需要教師開發(fā)各種可能的方案,予以最優(yōu)化的機會,以滿足特定的需求。以項目化學(xué)習(xí)促進學(xué)生工程思維的提升需要尊重學(xué)生的真實生活,以真實的情景、學(xué)生產(chǎn)生的真實問題、學(xué)生真實創(chuàng)造的作品搭建項目化學(xué)習(xí)與工程思維的橋梁。這樣的思維提升是面向?qū)W生未來的。因此,在教學(xué)設(shè)計時,教師切忌僅以科學(xué)知識、操作方法為中心,而是要充分預(yù)設(shè)學(xué)生可能出現(xiàn)的真實反應(yīng),靈活地指導(dǎo)學(xué)生思考問題進行、學(xué)習(xí),鍛煉學(xué)生的工程思維。下文以項目化學(xué)習(xí)“玩轉(zhuǎn)泡泡機”活動的部分實踐為例,闡述小學(xué)科學(xué)的課程實施過程。

三、課程實施

(一)明確具體任務(wù),激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

小學(xué)科學(xué)教師在具體的教學(xué)實踐過程中,要系統(tǒng)分析、歸納與整合教材中相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容,利用信息技術(shù)搜集與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的信息資源。在課堂上,小學(xué)科學(xué)教師可以通過多媒體為學(xué)生呈現(xiàn)圖片、視頻、動畫等形式的教學(xué)內(nèi)容,通過視覺、聽覺等多種感官強化學(xué)生對科學(xué)知識的認(rèn)識和理解,提高學(xué)生對課題任務(wù)的興趣。小學(xué)科學(xué)教師可以根據(jù)學(xué)生的年齡、性格特征、興趣愛好及心理狀況和認(rèn)知發(fā)展水平等,設(shè)計明確的課題任務(wù),有針對性地培養(yǎng)學(xué)生獨立自主思考問題的能力,讓學(xué)生有充裕的機會鍛煉動手實踐能力。

如在“玩轉(zhuǎn)泡泡機”的教學(xué)實踐活動中,小學(xué)科學(xué)教師根據(jù)上述維度將教學(xué)目標(biāo)確定為:學(xué)生能夠理解泡泡水的制作過程;學(xué)生能夠認(rèn)識到單一材料生產(chǎn)效果的有限性;學(xué)生能夠通過動手制作泡泡機認(rèn)識到不同泡泡機的局限性并主動尋求有效的改進方法;學(xué)生能夠通過科學(xué)知識與技能的學(xué)習(xí),體會到科學(xué)知識在實際生活中的魅力。教師可以在具體的教學(xué)實踐活動過程中,通過多媒體為學(xué)生呈現(xiàn)泡泡機在運行中產(chǎn)生出泡泡的美好景象,吸引學(xué)生對泡泡機制作產(chǎn)生向往,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。接下來,教師可以通過單一的材料制作泡泡水,為學(xué)生進行演示操作,讓學(xué)生根據(jù)個人實際生活經(jīng)驗及所學(xué)學(xué)科知識思考生活中能夠制作泡泡水的材料。根據(jù)上述回答,讓學(xué)生以小組合作探究的方式進行具體的實踐操作。學(xué)生通過親自動手操作對科學(xué)知識進行驗證和檢驗,既能夠激發(fā)對科學(xué)知識的學(xué)習(xí)興趣,也能夠充分調(diào)動學(xué)習(xí)科學(xué)知識與技能的主觀能動性,有利于促進學(xué)生的身心健康成長和全面發(fā)展。

(二)以啟發(fā)誘導(dǎo)式問題,培養(yǎng)批判性思維

批判性思維是個體對知識的產(chǎn)生過程(包括理論、方法、背景、證據(jù)和評價知識的標(biāo)準(zhǔn)等)正確與否作出綜合性判斷的一種思維品質(zhì)。培養(yǎng)批判性思維首先要培養(yǎng)學(xué)生的問題意識,讓學(xué)生在教師的啟發(fā)下成為提問的主體。啟發(fā)誘導(dǎo)式問題并非教師故意設(shè)計的問題,也并非教材中的顯性問題,而是以學(xué)生為主體,引導(dǎo)學(xué)生在真正動手操作時發(fā)現(xiàn)的問題。教師要提醒學(xué)生在深思熟慮的基礎(chǔ)上對任何事實有懷疑、提問題。

在“玩轉(zhuǎn)泡泡機”活動的前期研究時,教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考:面對“自制創(chuàng)意自動泡泡機”這一任務(wù)需要解決哪些問題,有什么辦法解決這些問題。學(xué)生想到可以查閱資料或拆解一個市面上的泡泡機等研究的方法。在拆解泡泡機時,教師可以設(shè)問進一步引起學(xué)生思考:市面上的泡泡機原理有何相同或不同之處?市面上泡泡機對自己的設(shè)計制作有什么啟發(fā)?最后,教師以海報的形式將學(xué)生的思維顯性化。

在測試改進時,教師要引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)制作的泡泡機的問題,鼓勵學(xué)生獨立思考出現(xiàn)問題的原因,與同伴交流討論尋找合適的解決辦法。教師可以借助這樣指導(dǎo)語指導(dǎo)全班:想一想測試是為了什么?你們的泡泡機達到預(yù)期了嗎?泡泡機出現(xiàn)了哪些問題?除了小組討論,你還可以通過什么樣的方法解決?同時,教師還需要針對每組出現(xiàn)的不同問題進行個性化啟發(fā):減小/增大風(fēng)速可以通過哪些辦法?形成泡泡膜但吹不出去可能是什么原因?qū)е碌?用啟發(fā)的方式讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,而非立即獲得答案。

學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、進行質(zhì)疑時必定伴隨著評價的過程。批判性思維的另一特征是有依據(jù)地進行判斷。在學(xué)生回答問題后,教師需要及時追問:你為什么會這么想?你判斷的依據(jù)是什么?這樣的設(shè)問可以引導(dǎo)學(xué)生進行自我判斷與自我糾正,有助于培養(yǎng)學(xué)生工程思維中的批判性思維。

(三)以劣構(gòu)問題式設(shè)計,培養(yǎng)創(chuàng)造性思維

工程思維的首要本質(zhì)是創(chuàng)造性。教師在開展項目化學(xué)習(xí)時,全過程都可以使用劣構(gòu)問題式的學(xué)習(xí),以此激發(fā)學(xué)生更多的創(chuàng)造力。劣構(gòu)問題是指定義不完整的問題。同時,教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)開放式問題情境,指導(dǎo)學(xué)生使用頭腦風(fēng)暴法(集體研討)、屬性列舉法(針對事物特性提出改良構(gòu)想)、心智圖法(以線條圖形等方式將思考圖像化)等方法,發(fā)揮學(xué)生的聯(lián)想力,激發(fā)其思維的擴散性。

在“玩轉(zhuǎn)泡泡機”活動中,在設(shè)計方案階段,教師可以為學(xué)生提供豐富的結(jié)構(gòu)性材料。結(jié)構(gòu)性材料是指材料間具有某種關(guān)系,思考材料間的組合方式能促進學(xué)生思維的發(fā)展。例如,教師給出電池、馬達、齒輪、鋼軸、連桿等材料,學(xué)生能聯(lián)想列舉出不同的動力產(chǎn)生方式;給出紙杯、吸管、木板等,學(xué)生能聯(lián)想列舉出泡泡膜的多種出泡口。教師可以組織學(xué)生根據(jù)材料設(shè)計出自己的泡泡機動力方案和出泡口方式,然后再將學(xué)生分組,讓學(xué)生進行小組內(nèi)頭腦風(fēng)暴,互相借鑒,討論自己方案的可改進之處。在設(shè)計方案時,教師可以引導(dǎo)學(xué)生拆解市面上的泡泡機,在此基礎(chǔ)上對泡泡機進行改進,也可以指導(dǎo)學(xué)生用畫圖的方法呈現(xiàn)自己的設(shè)計,將自己的想象創(chuàng)造具象化。提供材料、不提供解決方案的項目化學(xué)習(xí)為學(xué)生的創(chuàng)作留下了更廣闊的操作空間,更有利于鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

(四)以跟蹤式工程報告,培養(yǎng)系統(tǒng)性思維

項目化學(xué)習(xí)過程是一個由各種因素組成的系統(tǒng),該系統(tǒng)存在許多不確定因素及限制性因素。系統(tǒng)性思維要求在思維中把多變量的復(fù)雜系統(tǒng)當(dāng)成整體并加以思考,它著眼于整體和局部之間,從整體與環(huán)境的相互聯(lián)系、相互作用的關(guān)系中綜合地、精確地思考對象。系統(tǒng)性思維是一種從整體出發(fā),先綜合,后分析,最后再綜合的思維模式。在學(xué)生的項目化學(xué)習(xí)過程中,教師要教授學(xué)生工程報告書的使用方法,將工程報告書作為重要的輔助工具,幫助學(xué)生將自己的思考、設(shè)計過程全面呈現(xiàn)出來,也可以在最終評價時幫助學(xué)生反思評價。

明確問題階段是項目化學(xué)習(xí)的第一階段,教師可以創(chuàng)設(shè)“學(xué)校舉辦泡泡科技節(jié)”這一真實情境,在有針對性的情境引導(dǎo)中,使學(xué)生明確任務(wù)。教師要引導(dǎo)學(xué)生尋找獲得資源信息的渠道,合理將任務(wù)分配給每個學(xué)生,分小組讓學(xué)生思考、討論其面對的任務(wù)或情景的局限性。學(xué)生需要根據(jù)項目任務(wù)明確具體任務(wù),對整個項目化學(xué)習(xí)開展的步驟進行規(guī)劃探索。學(xué)生分組對以上問題進行討論,并記錄在每組的工程報告書中。這樣的方式可以將操作思路具象化,既能夠及時回顧前置任務(wù)的不足,又能保證后續(xù)活動的有序開展,更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)性思維。在項目實施的每個環(huán)節(jié)中,教師要時刻提醒學(xué)生做好記錄,以便為下一個環(huán)節(jié)提供事實依據(jù)。在最后的展示交流階段,教師要留給學(xué)生充分的時間,對工程報告書中的設(shè)計圖和實踐心得等進行整理,鼓勵學(xué)生用實物、課件、海報和視頻等多種方式交流。在首尾兩個環(huán)節(jié)中都要求學(xué)生以全局的眼光看待問題,有效鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)性思維。

社會現(xiàn)代化的快速發(fā)展推動了素質(zhì)教育的改革創(chuàng)新,也對小學(xué)科學(xué)教師的教學(xué)提出了新的要求。小學(xué)科學(xué)教師在具體的教學(xué)實踐過程中,要積極學(xué)習(xí)新課程標(biāo)準(zhǔn)改革的內(nèi)容與要求,并結(jié)合自身的教學(xué)實踐經(jīng)驗,積極轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)理念和教學(xué)模式,堅持以學(xué)生為中心,根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況、身心發(fā)展規(guī)律、心理變化及認(rèn)知水平等情況,有針對性地設(shè)計科學(xué)的教學(xué)目標(biāo)與具體的教學(xué)活動。在教學(xué)實踐過程中,教師要充分尊重學(xué)生的個性化差異,通過多元化的教學(xué)活動滿足不同學(xué)習(xí)程度的學(xué)生對科學(xué)知識的實際需求,全面促進學(xué)生的身心健康發(fā)展。貼近學(xué)生真實生活的項目化學(xué)習(xí),能有效培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。通過具體的項目化學(xué)習(xí)方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)造性思維和系統(tǒng)性思維,聯(lián)結(jié)起學(xué)生的當(dāng)下知識與未來生活,推動其終身發(fā)展。