基于STEM理念的初中科學(xué)單元教學(xué)課例開發(fā)

汪小三

摘? ?要：立足單元的教學(xué)設(shè)計(jì)可以幫助教師擺脫普通課時(shí)的限制，從更系統(tǒng)、更整體、更高的角度思考教學(xué)內(nèi)容，最終實(shí)現(xiàn)從關(guān)注知識到關(guān)注素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。文章以“杠桿”單元為例，基于STEM理念對初中科學(xué)單元教學(xué)課例進(jìn)行開發(fā)實(shí)踐，旨在為促進(jìn)理解而教，關(guān)注真實(shí)情境下的問題解決，探求基礎(chǔ)課中的單元教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：STEM;單元教學(xué);逆向設(shè)計(jì)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）8-0015-4

1? ? 初中STEM教育現(xiàn)狀

浙教版《科學(xué)》是最早引入STEM理念，并嘗試開展STEM教育的課程，幾年下來基本形成了兩種取向，分別是外顯的物化成果和內(nèi)化的知識內(nèi)容，即作品開發(fā)取向的STEM教育（以形成物化成果為目標(biāo)，走拓展課路線）和科學(xué)探究取向的STEM教育（以獲得多元知識和技能為目標(biāo)，走基礎(chǔ)課路線）[1]，如圖1所示。

實(shí)踐表明，科學(xué)探究取向的STEM教育在基礎(chǔ)教育中易于推行，而且又具有培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)探究能力和跨學(xué)科知識的兩重功能，特別是科學(xué)和工程的整合對于培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境下的問題解決能力非常有效。目前，初中科學(xué)教學(xué)對此方面的研究甚少，積極嘗試具有STEM理念的課例研究是當(dāng)前基礎(chǔ)教育一個(gè)比較有價(jià)值的課題。

2? ? STEM理念的科學(xué)單元教學(xué)

因?yàn)檎憬贪妗犊茖W(xué)》教材是物理、化學(xué)、生物和宇宙等內(nèi)容的綜合，好多知識比較零散，教學(xué)常常處于只見森林或者只見樹木的窘境。運(yùn)用STEM理念進(jìn)行科學(xué)和工程的整合，以工程和科學(xué)實(shí)踐為核心、基本問題為引領(lǐng)的單元教學(xué)可以讓學(xué)生在基于大概念的學(xué)習(xí)中，建立大概念和具體知識之間的對接，能把學(xué)科內(nèi)零散的知識形成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化體系，促進(jìn)科學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

美國學(xué)者格蘭特·威金斯（Grant Wiggins）和杰伊·麥克泰（Jay McTighe）在《追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)》一書中提到，最好的單元設(shè)計(jì)就是逆向設(shè)計(jì)，單元在邏輯上應(yīng)該從想要達(dá)到的學(xué)習(xí)結(jié)果出發(fā)，而不是從我們所擅長的教材、教法和活動(dòng)入手。只有明確預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果，我們才能專注于最有可能實(shí)現(xiàn)這些學(xué)習(xí)結(jié)果的活動(dòng)、方法和內(nèi)容，如圖2所示[2]。

根據(jù)該理論可以從預(yù)期結(jié)果也就是目標(biāo)出發(fā)，開發(fā)具有STEM理念的單元教學(xué)案例。筆者根據(jù)教學(xué)嘗試，從圖3中尋找到單元教學(xué)的開發(fā)路徑。

本路徑以結(jié)果為導(dǎo)向， 首先確立單元教學(xué)目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)單元教學(xué)情境，側(cè)重科學(xué)探究取向，繼而從學(xué)生的學(xué)開始確定“分析教材—整合資料”的優(yōu)先次序。該過程需要通過多種途徑確定適合的STEM教學(xué)課例，該課例一般以單元中的核心課來定位，教學(xué)實(shí)踐中安排相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)來檢驗(yàn)單元教學(xué)的可行性，不斷調(diào)整形成可實(shí)際操作的課例。

單元教學(xué)與一課一時(shí)教學(xué)相比，能幫助學(xué)生在單元教學(xué)時(shí)間內(nèi)深入學(xué)習(xí)與基本問題相關(guān)聯(lián)的核心知識，促進(jìn)學(xué)生對觀念的深度理解。具體教學(xué)實(shí)踐以“杠桿”單元為例，單元設(shè)計(jì)框架如表1所示。

該框架通過真實(shí)情境引出工程問題，從而驅(qū)動(dòng)背景知識的學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)問題解決。背景知識學(xué)習(xí)是在真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)下、基本問題引領(lǐng)下產(chǎn)生，此時(shí)學(xué)習(xí)變成內(nèi)在需求，基本問題驅(qū)動(dòng)了學(xué)生有目地探究、學(xué)習(xí)和建構(gòu)新知。

3? ? 單元教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)踐與思考

3.1? ? 核心課教學(xué)設(shè)計(jì)

本單元計(jì)劃3課時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)結(jié)果的需要將第1課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容作為本單元的核心課。以下是基于STEM理念“杠桿”單元核心課第1課時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的流程如表2所示。

3.2? ? 實(shí)踐與反思

簡單機(jī)械是初中科學(xué)課程的重要知識，綜合性強(qiáng)，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效載體。本文從實(shí)際教學(xué)出發(fā)，針對目前教學(xué)中存在的問題，給出了具體的教學(xué)思路與設(shè)計(jì)，旨在服務(wù)于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

（1）單元教學(xué)的根本任務(wù)是要完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)

單元教學(xué)的優(yōu)勢在于能使原本規(guī)則復(fù)雜、結(jié)構(gòu)分散的劣構(gòu)知識系統(tǒng)化，這需要教師對孤立的碎片化知識進(jìn)行統(tǒng)整，對教材內(nèi)容按照上文所講的開發(fā)路徑深度加工。幫助學(xué)生將零散的知識結(jié)構(gòu)化，多考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，強(qiáng)調(diào)在單元整體背景下設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，著重突出教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容的發(fā)展性、聯(lián)系性和整體性。著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法和學(xué)科觀念，有助于學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀念，具有關(guān)鍵能力和必備品格，避免出現(xiàn)“只見樹木，不見森林”的情況。

（2）單元教學(xué)應(yīng)著眼于提升學(xué)生的元認(rèn)知能力

元認(rèn)知能力對學(xué)生成長和知識學(xué)習(xí)均很重要，具有較強(qiáng)元認(rèn)知能力的學(xué)生往往能對認(rèn)識過程進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和積極監(jiān)控，并能對所學(xué)知識進(jìn)行選擇性的吸收?？茖W(xué)教學(xué)可以通過單元設(shè)計(jì)，著眼于提升學(xué)生的這種元認(rèn)知能力。以本單元為例，安排了較多的探究活動(dòng)，特別是核心課中杠桿模型的建構(gòu)、力臂概念的建構(gòu)以及杠桿平衡條件的探究，讓學(xué)生充分經(jīng)歷不斷尋找證據(jù)、推理、質(zhì)疑、不斷修正完善原有的錯(cuò)誤認(rèn)知，最終讓知識在大腦中自主建構(gòu)，元認(rèn)知能力[4]無形中得到提升。

（3）單元教學(xué)立足于發(fā)展學(xué)生的高階思維

單元教學(xué)應(yīng)立足于實(shí)現(xiàn)學(xué)生的思維進(jìn)階發(fā)展，學(xué)生的高階思維直接影響其解決復(fù)雜問題的能力。以“杠桿”單元為例，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建杠桿模型，構(gòu)建力臂概念，探究杠桿平衡條件，直至解決實(shí)際工程問題，每一個(gè)環(huán)節(jié)緊密相關(guān)，層層深入，反復(fù)顛覆學(xué)生的原有錯(cuò)誤認(rèn)知，最終形成更高的認(rèn)知水平，并遷移到解決實(shí)際工程問題，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)無疑對學(xué)生高階思維的發(fā)展起到了非常重要的作用。

4? ? 小? 結(jié)

本文從實(shí)際教學(xué)出發(fā)，針對目前教學(xué)中存在的實(shí)際問題，給出了具體的單元教學(xué)思路與設(shè)計(jì)模型，旨在服務(wù)于學(xué)生的學(xué)習(xí)。基于STEM理念的單元教學(xué)設(shè)計(jì)是新課改的一種教學(xué)嘗試，本文呈現(xiàn)一個(gè)案例的單元教學(xué)實(shí)踐，為的是突破常規(guī)課堂教學(xué)的格局，尋求提升學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)新模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏莉穎，鐘柏昌.試論STEM教育的兩種取向與四種方法[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2018（09）：8-11.

[2][美]格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰.理解為先模式——單元教學(xué)設(shè)計(jì)指南（一）[M].福州：福建教育出版社，2018：7+18.

[3]徐承翔 . UbD理論逆向設(shè)計(jì)在初中化學(xué)單元教學(xué)中的實(shí)踐與反思——以《微粒的模型與符號》單元教學(xué)為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2019（08）：6-10.

[4]周和建.基于逆向設(shè)計(jì)的“STEM+物理”課例開發(fā)——以“橋梁+力的分解”為例[J].中學(xué)物理，2020，38（03）：38-40.（欄目編輯? ? 趙保鋼）