讓每一名兒童在科學(xué)課中經(jīng)歷STEM教育實(shí)踐

【摘要】在小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)中推進(jìn)STEM實(shí)踐，應(yīng)基于兒童視角設(shè)計(jì)STEM實(shí)踐項(xiàng)目;在STEM項(xiàng)目實(shí)踐中發(fā)展兒童思維，促進(jìn)深度學(xué)習(xí);以雙量表評(píng)價(jià)提升項(xiàng)目實(shí)踐效益。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué);STEM教育;項(xiàng)目實(shí)踐;雙量表評(píng)價(jià)

【作者簡(jiǎn)介】邵鋒星，浙江杭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)景苑小學(xué)校長(zhǎng)，特級(jí)教師（杭州310000）

《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出，小學(xué)科學(xué)課程的學(xué)習(xí)方式是多樣的，倡導(dǎo)以探究式學(xué)習(xí)為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，推進(jìn)STEM教育和應(yīng)用STEM教育理念進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

在STEM教育理念深入人心和STEM教育快速興起的今天，依然存在對(duì)STEM教育認(rèn)識(shí)窄化、泛化以及實(shí)施過(guò)程中流于形式等問(wèn)題。事實(shí)上，在STEM教育的發(fā)源地美國(guó)，STEM教育的推進(jìn)也是先從科學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科開(kāi)始，以學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)為引導(dǎo)在各自獨(dú)立的學(xué)科中引入項(xiàng)目學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)等STEM學(xué)習(xí)的特征，待教師和學(xué)生對(duì)STEM有更深理解后，再推行要求更高的整合的STEM教育：由此可見(jiàn)，探索在小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)中推進(jìn)STEM實(shí)踐，無(wú)論是對(duì)于推進(jìn)STEM教育本身，還是對(duì)于促進(jìn)小學(xué)科學(xué)課程的教學(xué)改革，都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

基于兒童視角設(shè)計(jì)STEM實(shí)踐項(xiàng)目

2017年教育部頒布的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中增加了“技術(shù)與工程領(lǐng)域”的學(xué)習(xí)內(nèi)容，目的是使學(xué)生有機(jī)會(huì)綜合所學(xué)的各方面知識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)技術(shù)對(duì)個(gè)人生活和社會(huì)發(fā)展的影響，并通過(guò)技術(shù)與工程的實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生體會(huì)到“做”的成功和樂(lè)趣，養(yǎng)成通過(guò)“動(dòng)手做”解決問(wèn)題的習(xí)慣。按照課程標(biāo)準(zhǔn)要求，教材中適當(dāng)安排了“建高塔”“做一個(gè)熱水器”等技術(shù)與工程類項(xiàng)目，讓學(xué)生針對(duì)具體任務(wù)，利用文字和圖案，表達(dá)自己的創(chuàng)意與構(gòu)想，并將自己的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為模型或?qū)嵨铩?/p>

對(duì)于“物質(zhì)世界”“生命世界”以及“地球與宇宙”領(lǐng)域的學(xué)習(xí)內(nèi)容，小學(xué)科學(xué)課程的教材一般以科學(xué)概念作為主線，決定教材的框架和結(jié)構(gòu)，選擇確定教材內(nèi)容。雖然科學(xué)概念與科學(xué)探究雙螺旋協(xié)同發(fā)展的思想模型能夠更加合理地搭建教材的整體框架并體現(xiàn)科學(xué)教育的深刻內(nèi)涵，但在具體課程的設(shè)計(jì)和教學(xué)時(shí)，依然面臨許多實(shí)際困難。

以《沉和浮》單元為例，長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于這個(gè)單元的教學(xué)存在著“密度”路線、“質(zhì)量”路線、“浮力”路線之爭(zhēng)。因?yàn)樾W(xué)生不能同時(shí)理解兩個(gè)變量（重量和體積）同時(shí)變化會(huì)發(fā)生什么，所以“質(zhì)量”路線不會(huì)收到好的效果;小學(xué)生還沒(méi)有建立物質(zhì)的概念，因此“密度”路線也存在問(wèn)題;由于小學(xué)生還沒(méi)有二力平衡的概念，因此用力的分析方法解釋物體在水中的下沉和上浮也不符合小學(xué)生的認(rèn)知水平。

我們嘗試以“做一艘小船”STEM教育項(xiàng)目整合“沉和浮”單元主要教學(xué)內(nèi)容，該項(xiàng)目的學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)如下（見(jiàn)表1）。

上述STEM項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)，基于兒童的視角，從學(xué)科知識(shí)角度分析兒童已經(jīng)具備和尚未具備的概念基礎(chǔ)，確定概念發(fā)展的水平和方向，進(jìn)而設(shè)計(jì)適合兒童發(fā)展的環(huán)環(huán)相扣的STEM項(xiàng)目活動(dòng)，讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)中發(fā)現(xiàn)知識(shí)、學(xué)習(xí)知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)。

小學(xué)科學(xué)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容中有著十分豐富的STEM教育項(xiàng)目資源，需要教師針對(duì)不同年齡階段兒童的學(xué)習(xí)需求來(lái)設(shè)計(jì)STEM項(xiàng)目。例如整合《聲音》單元學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)“制作小樂(lè)器”STEM項(xiàng)目，結(jié)合《形狀與結(jié)構(gòu)》單元學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)“造一座橋”“飛船著陸器”等STEM項(xiàng)目。讓STEM教育項(xiàng)目有效結(jié)合在小學(xué)科學(xué)課程的教學(xué)中，使科學(xué)探究發(fā)展成為一種融合了社會(huì)、認(rèn)知和行為多個(gè)維度的實(shí)踐活動(dòng)。

在STEM項(xiàng)目實(shí)踐中發(fā)展思維和深度學(xué)習(xí)

STEM教育強(qiáng)調(diào)要融入生活，從學(xué)生身邊的現(xiàn)象出發(fā)，建立教育與生活之間的有機(jī)聯(lián)系。在STEM實(shí)踐活動(dòng)中，整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程是從真實(shí)生活中的挑戰(zhàn)出發(fā)的，以真實(shí)的問(wèn)題情境激發(fā)兒童的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。因此，需要在任務(wù)呈現(xiàn)部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)那榫硠?chuàng)設(shè)，提升問(wèn)題的真實(shí)性，以激發(fā)孩子的挑戰(zhàn)熱情。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是STEM實(shí)踐活動(dòng)中的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生圍繞項(xiàng)目主題進(jìn)行積極討論，發(fā)散思維，從不同角度深入分析和探索，開(kāi)始設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案。以“造一座橋”為例，設(shè)計(jì)方案一般經(jīng)過(guò)以下環(huán)節(jié)：（1）確定橋的結(jié)構(gòu)。通過(guò)原型展示，孩子們已經(jīng)對(duì)橋的相關(guān)信息有很多的了解，他們協(xié)商在河面上應(yīng)該建造一座怎樣結(jié)構(gòu)的橋更適宜。有的組決定造兩個(gè)橋墩或四個(gè)橋墩的梁橋，有的組決定造一座拱橋，有的組則要建造拉索橋。（2）選材，預(yù)算經(jīng)費(fèi)。項(xiàng)目活動(dòng)要預(yù)算經(jīng)費(fèi)，不能超過(guò)預(yù)期費(fèi)用，要選用環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的材料建造最好的產(chǎn)品。（3）人員分工。組內(nèi)成員分工合作，共同解決問(wèn)題，制作產(chǎn)品。（4）畫設(shè)計(jì)圖。設(shè)計(jì)圖要力求細(xì)致、精確，包括橋的寬度、長(zhǎng)度，橋面的厚度，橋拱或斜杠的跨度，以及不同部位的材料要求等，都要有明確的要求，形成圖文結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)方案的過(guò)程讓學(xué)生體會(huì)到現(xiàn)實(shí)生活解決問(wèn)題需要考慮多方面因素，讓學(xué)生從不同的角度去理解問(wèn)題以及運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)設(shè)計(jì)方案，提出不同的解決方案，開(kāi)拓學(xué)生的思維，提升創(chuàng)新意識(shí)。

學(xué)生對(duì)產(chǎn)品制作是最感興趣的。在制作階段，需要為學(xué)生提供豐富的資源與工具，供學(xué)生選擇和使用。小學(xué)生在制作過(guò)程中容易偏離設(shè)計(jì)方案，以及小組中強(qiáng)勢(shì)的學(xué)生常常包攬整個(gè)制作活動(dòng)，教師要通過(guò)指導(dǎo)讓每一名學(xué)生都參與到制作活動(dòng)中，按設(shè)計(jì)方案進(jìn)行產(chǎn)品制作。制作并不是一件容易的事，學(xué)生會(huì)遇到一系列困難，學(xué)生在具體的操作過(guò)程中，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，不斷解決問(wèn)題，最終將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。

在產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)與不足，學(xué)會(huì)與他人交流分享自己的學(xué)習(xí)成果，學(xué)會(huì)傾聽(tīng)他人的意見(jiàn)和建議，同時(shí)進(jìn)一步加深對(duì)相關(guān)學(xué)科知識(shí)的理解與掌握。仍以“造j$橋”為例，在產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程中，學(xué)生對(duì)橋的寬度、橋面的厚度、橋拱或斜杠的跨度與橋面承重力之間的關(guān)系進(jìn)行了深入探究，收集了豐富的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行交流研討，對(duì)“不同的形狀與結(jié)構(gòu)有不同的特點(diǎn)，改變形狀與結(jié)構(gòu)可以改變承重力”的科學(xué)概念有了深刻的理解，學(xué)生在STEM項(xiàng)目實(shí)踐中的思維發(fā)展和深度學(xué)習(xí)得以實(shí)現(xiàn)。STEM項(xiàng)目的實(shí)踐過(guò)程并不是一蹴而就的，而是需要通過(guò)不斷循環(huán)迭代才能得以實(shí)現(xiàn)。學(xué)生的調(diào)查、設(shè)計(jì)、制作、測(cè)試等環(huán)節(jié)都是循環(huán)往復(fù)的迭代過(guò)程，需要通過(guò)多次的嘗試和修改。通過(guò)不斷循環(huán)迭代，不僅使方案和作品更加科學(xué)化、精細(xì)化，而且讓學(xué)生充分體會(huì)到STEM項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)性和創(chuàng)造性。

以雙量表評(píng)價(jià)提升項(xiàng)目實(shí)踐效益

為了有效提升STEM項(xiàng)目的實(shí)踐效益，教師—方面要幫助學(xué)生建構(gòu)用于衡量產(chǎn)品達(dá)成度的評(píng)價(jià)量表，并引導(dǎo)學(xué)生在量表支持下開(kāi)展項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)，從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)科內(nèi)及學(xué)科問(wèn)的知識(shí)建構(gòu);另—方面要利用學(xué)生實(shí)踐參與度的評(píng)價(jià)量表，衡量學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中的卷入狀況以及在團(tuán)隊(duì)中的表現(xiàn)。

在STEM項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，需要把任務(wù)轉(zhuǎn)化為具有明確要求的達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)不斷解決標(biāo)準(zhǔn)所指的若干難題，最終以完整的產(chǎn)品來(lái)評(píng)價(jià)自己對(duì)STEM項(xiàng)目所涉及的各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)掌握與應(yīng)用情況。為了讓學(xué)生在設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中發(fā)揮自主性與創(chuàng)造性，一般來(lái)說(shuō)，可以引導(dǎo)學(xué)生思考產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、功能、成本、工藝、創(chuàng)新等方面的達(dá)成隋況，于是便形成了產(chǎn)品達(dá)成度的評(píng)估指標(biāo)——產(chǎn)品達(dá)成度量表（見(jiàn)表2）。

所謂實(shí)踐參與度量表，是指衡量學(xué)生個(gè)體及其團(tuán)隊(duì)在參與STEM項(xiàng)目實(shí)踐時(shí)的參與深度和參與廣度的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。比如，學(xué)生在方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制作、展示等環(huán)節(jié)分別需要達(dá)到怎樣的要求，他們?cè)陧?xiàng)目實(shí)踐中的分工合作、個(gè)人貢獻(xiàn)應(yīng)該具有何種表現(xiàn)等。

如前所述的產(chǎn)品達(dá)成度量表，更多的是針對(duì)產(chǎn)品本身的結(jié)果性評(píng)估，由于產(chǎn)品的個(gè)體獨(dú)特性，造成了不同項(xiàng)目中的產(chǎn)品達(dá)成度量表有較大差異，需要一項(xiàng)目一設(shè)計(jì)。而實(shí)踐參與度量表則是對(duì)學(xué)生參與STEM項(xiàng)目實(shí)踐各環(huán)節(jié)的過(guò)程性評(píng)估，考慮到項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程的共通性，實(shí)踐參與度量表的差異并不顯著，甚至在一定程度上可以通用。比如，可以為“做一艘小船”“橋”“建高塔”等案例設(shè)計(jì)如下的實(shí)踐參與度量表（見(jiàn)表3）。

分析“實(shí)踐參與度量表”可以發(fā)現(xiàn)，涉及方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制作、修正完善、展示交流等要素，主要考查學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐每個(gè)環(huán)節(jié)中的參與深度，以幫助學(xué)生深入體驗(yàn)工程實(shí)踐過(guò)程。而涉及分工合作、個(gè)人貢獻(xiàn)等方面的要素，主要考量學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中的參與廣度，以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)并提升在團(tuán)隊(duì)中的社會(huì)價(jià)值。

總之，無(wú)論是小學(xué)科學(xué)課程的教學(xué)改革，還是STEM教育的實(shí)踐，我們的探索都屬于剛剛起步。需要廣大教師結(jié)合不同地域及自身的實(shí)際情況，深入開(kāi)展相關(guān)研究和實(shí)踐，不斷促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的提高。

責(zé)任編輯 施久銘