例談基于核心素養(yǎng)的小學(xué)低年級(jí) STEM課程設(shè)計(jì)研究

肖化 譚偉紅 區(qū)楚瑜

[摘? ?要]STEM教育提倡跨學(xué)科整合的學(xué)習(xí)方式，為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)提供了可行的方法與路徑。但目前基于核心素養(yǎng)的小學(xué)低年級(jí)STEM課程研究較少。研究者依據(jù)STEM教育特征和我國(guó)學(xué)生核心素養(yǎng)框架設(shè)計(jì)了本土化小學(xué)低年級(jí)STEM課程。該課程能夠激發(fā)學(xué)生的探究熱情，引導(dǎo)學(xué)生在工程實(shí)踐探索活動(dòng)中掌握豐富的科學(xué)文化知識(shí)，從而培養(yǎng)科學(xué)精神和自主學(xué)習(xí)能力，提升創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，最終形成學(xué)生的核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]小學(xué)低年級(jí);核心素養(yǎng);STEM教育;課程設(shè)計(jì);跨學(xué)科

隨著全球化網(wǎng)絡(luò)信息科技為代表的“后現(xiàn)代社會(huì)”的到來(lái)，人們需要適應(yīng)復(fù)雜多變的外部環(huán)境，因此社會(huì)對(duì)人才提出了新需求，這是對(duì)以往知識(shí)、技能等相關(guān)概念的內(nèi)涵擴(kuò)展和升級(jí)后的新概念——能力（competence）[1]。為了應(yīng)對(duì)21世紀(jì)的人才需求，國(guó)際經(jīng)合組織（以下簡(jiǎn)稱(chēng)OECD）、歐盟、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家或組織相繼研究了新時(shí)代綜合型人才所需的關(guān)鍵能力，并推出了適合自身經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和教育發(fā)展要求的核心素養(yǎng)體系[2]。我國(guó)教育部在2016年也提出了中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的指標(biāo)體系。其中，STEM教育是各國(guó)用以培養(yǎng)綜合型人才的重要教育戰(zhàn)略手段。STEM教育基于學(xué)科融合，以跨學(xué)科教學(xué)的方式促進(jìn)學(xué)生的問(wèn)題解決，從而培養(yǎng)其交流、合作、批判性思維和創(chuàng)新實(shí)踐等能力。STEM的教育理念與OECD所提出的21世紀(jì)技能中4個(gè)核心技能（即交流、合作、批判性思維、創(chuàng)新）是相一致的。然而，目前我國(guó)的STEM教育還處于以中小學(xué)課外輔助課程形式為主、以動(dòng)手操作為重點(diǎn)的階段，尚未在日常教學(xué)中較好地實(shí)踐STEM教育的融合理念，特別是在低年級(jí)仍不能踐行以STEM課程形式呈現(xiàn)融合的教學(xué)，這是非?？上У?。因此，本研究基于核心素養(yǎng)設(shè)計(jì)了符合我國(guó)小學(xué)低年級(jí)教學(xué)特征的STEM融合課程，旨在為我國(guó)STEM教育體系的頂層設(shè)計(jì)提供參考案例和實(shí)踐依據(jù)。

一、概念界定

1. 核心素養(yǎng)

“核心素養(yǎng)”一詞最早出現(xiàn)在2003年OECD發(fā)布的《核心素養(yǎng)促進(jìn)成功生活和健全社會(huì)》（Key Competencies for a Successful Life and a Well-Functioning Society）研究報(bào)告中，報(bào)告認(rèn)為“competencies”具有比知識(shí)和技能更豐富的涵義，是人在特定情境中解決復(fù)雜問(wèn)題以滿足復(fù)雜需求的能力。歐盟理事會(huì)在其研究報(bào)告《知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的核心素養(yǎng)》中也闡述了“key competencies”的定義，認(rèn)為“核心素養(yǎng)是一系列知識(shí)、技能和態(tài)度的集合，具有可遷移的、多功能的特征。核心素養(yǎng)是每個(gè)人發(fā)展自我、勝任工作及融入社會(huì)所必需的關(guān)鍵能力”[3]。 2016年，我國(guó)發(fā)布的《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，將學(xué)生的核心素養(yǎng)分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會(huì)參與三個(gè)方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新六大素養(yǎng)（見(jiàn)圖1）[4]。

2. STEM教育

STEM是指科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）和數(shù)學(xué)（M）多門(mén)學(xué)科交叉融合的整合性教育。STEM教育于20世紀(jì)八十年代在美國(guó)興起，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)STEM人才需求的不斷發(fā)展，STEM專(zhuān)業(yè)人才成為了各國(guó)搶占第四次工業(yè)革命先機(jī)，促進(jìn)制造業(yè)智能升級(jí)的關(guān)鍵[5]。各國(guó)在國(guó)家戰(zhàn)略層面積極推廣STEM教育。2017年，英國(guó)頒布的《建立我們的工業(yè)戰(zhàn)略綠皮書(shū)》指出現(xiàn)代工業(yè)戰(zhàn)略中技術(shù)教育是核心，并投資1.7億英鎊建立技術(shù)研究所，為STEM科目提供更高水平的技術(shù)教育[6]。2018年，美國(guó)發(fā)布“北極星計(jì)劃”，提出“STEM不僅要培養(yǎng)批判性思維，還要促進(jìn)毅力、適應(yīng)能力、合作能力、組織能力和責(zé)任感等行為能力的發(fā)展”[7]。我國(guó)STEM教育起步較晚，教育部于2016年在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確指出，有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用[8]。自此，STEM教育在我國(guó)也進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的階段。

3.基于核心素養(yǎng)的STEM教育特征

STEM教育能較好地夯實(shí)學(xué)生的文化基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。其所倡導(dǎo)的跨學(xué)科融合教育把科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法、技術(shù)應(yīng)用和工程思維較好地結(jié)合起來(lái)，是使核心素養(yǎng)落地生根的有效教學(xué)方式。STEM教育幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析理解、判斷現(xiàn)狀并解決問(wèn)題，從而培養(yǎng)他們的理性思維、批判思維和質(zhì)疑能力?！白鲋袑W(xué)”是STEM教育的一個(gè)核心特點(diǎn)，通過(guò)STEM教育可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，提升其創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

STEM教育注重學(xué)生的自主發(fā)展，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。STEM教育以學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)為主要學(xué)習(xí)形式，讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、勤于反思。在STEM教育中，學(xué)生通過(guò)實(shí)踐探索獲得相關(guān)知識(shí)后，將自主運(yùn)用科學(xué)和數(shù)學(xué)的思維、工程的思想、技術(shù)的方法與技能來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。STEM教育讓學(xué)生能自覺(jué)、有效地獲取、評(píng)估和使用信息，培養(yǎng)數(shù)字化生存能力，主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)信息化發(fā)展的趨勢(shì)。

STEM教育能較好地幫助學(xué)生融入社會(huì)參與，以現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)社會(huì)應(yīng)用，同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生與他人交流和溝通的能力，發(fā)展合作能力。在STEM教育中，學(xué)生積極參與交流與討論，學(xué)會(huì)尊重他人的情感和態(tài)度。STEM教育強(qiáng)調(diào)基于生活中的真實(shí)情境，通過(guò)了解科學(xué)、技術(shù)工程與社會(huì)和環(huán)境的關(guān)系，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，熱愛(ài)并尊重自然。

二、小學(xué)低年級(jí)STEM課程的設(shè)計(jì)思路

課程是學(xué)校教學(xué)的主要模式。設(shè)計(jì)小學(xué)低年級(jí)STEM課程有利于提高學(xué)生對(duì)STEM相關(guān)科目的興趣，幫助他們奠定良好的科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)，為日后在各學(xué)科的學(xué)習(xí)中融入整合思維，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的技能做準(zhǔn)備。因此，小學(xué)STEM課程的總目標(biāo)是傳授學(xué)生基礎(chǔ)的STEM知識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣和探究熱情，發(fā)展學(xué)生的工程思維和技術(shù)應(yīng)用能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)，提高學(xué)生的STEM能力，為培養(yǎng)未來(lái)STEM人才做基礎(chǔ)準(zhǔn)備。

1. 小學(xué)低年級(jí)STEM課程目標(biāo)設(shè)計(jì)

基于STEM教學(xué)知識(shí)是多門(mén)學(xué)科融合的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)具體STEM課程目標(biāo)時(shí)，可以中國(guó)內(nèi)地《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017）》、美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)（2013）》（Next Generation Science Standards： For States， By States）和中國(guó)香港《科學(xué)教育學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程指引（小一至中六）（2017）》為知識(shí)目標(biāo)的主要設(shè)計(jì)依據(jù)。結(jié)合布魯姆的教學(xué)目標(biāo)分類(lèi)理論，將STEM課程目標(biāo)分類(lèi)為知識(shí)目標(biāo)、探究目標(biāo)、態(tài)度目標(biāo)、社會(huì)與科學(xué)、工程、技術(shù)目標(biāo)。

知識(shí)目標(biāo)由科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）、數(shù)學(xué)（M）、數(shù)字和計(jì)算（D&C）五方面組成（見(jiàn)表1）?？茖W(xué)目標(biāo)描述學(xué)生需要掌握的基本科學(xué)知識(shí)。技術(shù)目標(biāo)描述學(xué)生需要掌握的與科學(xué)探究和工程設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)技能。工程目標(biāo)則描述學(xué)生的工程思維和需掌握的工程設(shè)計(jì)流程步驟。數(shù)學(xué)目標(biāo)描述學(xué)生要掌握的基本數(shù)學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)思維。數(shù)字和計(jì)算目標(biāo)是指學(xué)生需培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)思維和流程操作思想。

探究目標(biāo)描述學(xué)生對(duì)科學(xué)探究方法的掌握。STEM課程要求學(xué)生能根據(jù)事物提出問(wèn)題和質(zhì)疑，并就提出的問(wèn)題進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，初步運(yùn)用理性的方法處理較簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題;初步了解比較、分類(lèi)、歸納、推理、類(lèi)比等科學(xué)思維方法;培養(yǎng)觀察、假設(shè)、驗(yàn)證、推論的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

態(tài)度目標(biāo)包括學(xué)生對(duì)STEM課程、STEM學(xué)習(xí)、科學(xué)等方面的態(tài)度描述。STEM課程應(yīng)保護(hù)低年級(jí)學(xué)生的好奇心和探究熱情，激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神;使學(xué)生形成積極參與交流和討論，與他人合作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)態(tài)度;奠基學(xué)生尊重事實(shí)、科學(xué)探究、樂(lè)于操作實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度。

社會(huì)與科學(xué)、工程、技術(shù)目標(biāo)描述科學(xué)知識(shí)、工程、技術(shù)對(duì)人類(lèi)社會(huì)和自然社會(huì)的影響。STEM課程應(yīng)使學(xué)生了解所學(xué)科學(xué)知識(shí)在日常生活中的具體應(yīng)用;了解工程技術(shù)對(duì)日常生活、人類(lèi)社會(huì)發(fā)展、自然生態(tài)系統(tǒng)的影響;使學(xué)生具有尊重自然、愛(ài)護(hù)生物、保護(hù)環(huán)境的意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。

2. 小學(xué)低年級(jí)STEM課程環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

STEM教育是一種體驗(yàn)式、關(guān)聯(lián)式和真實(shí)化的學(xué)習(xí)形式，一般以基于問(wèn)題（problem-based）或基于項(xiàng)目（project-based）的學(xué)習(xí)形式為主[9]。兩種方法都是向?qū)W生展示開(kāi)放式、多解決方案的現(xiàn)實(shí)世界問(wèn)題，不同點(diǎn)在于基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)活動(dòng)一般持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，例如一個(gè)學(xué)期，而基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)活動(dòng)往往持續(xù)時(shí)間較短[10]。卡普拉羅（Capraro）和斯勞（Slough）將基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)定義為“在內(nèi)容豐富的項(xiàng)目中，一個(gè)具有明確結(jié)果的不明確任務(wù)。它要求學(xué)生解決多個(gè)問(wèn)題，并且在整體考慮問(wèn)題的過(guò)程中掌握各種STEM學(xué)科概念”[11]。因此，本研究中的STEM課程基于解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為課程內(nèi)容設(shè)計(jì)思路，采用基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)形式設(shè)計(jì)STEM課程環(huán)節(jié)，包括問(wèn)題提出、科學(xué)探究、創(chuàng)意制作三大環(huán)節(jié)。

問(wèn)題提出是指創(chuàng)設(shè)一個(gè)實(shí)際情境，提出學(xué)生要解決的實(shí)際問(wèn)題或工程問(wèn)題，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解問(wèn)題存在的意義。該問(wèn)題是學(xué)生需要完成的最終任務(wù)，也是教師教學(xué)的核心本質(zhì)。

科學(xué)探究是指圍繞所提出的問(wèn)題，在教師指導(dǎo)下，采用科學(xué)實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、圖片和視頻展示、現(xiàn)場(chǎng)觀察等多元教學(xué)方式，使學(xué)生學(xué)習(xí)和了解相關(guān)的科學(xué)概念、方法和技能，為下一環(huán)節(jié)的動(dòng)手操作鋪墊基礎(chǔ)知識(shí)、原理和操作技能。

創(chuàng)意制作是課程的重點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合運(yùn)用科學(xué)知識(shí)，體現(xiàn)融合教學(xué)理念的重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)需要學(xué)生基于以上環(huán)節(jié)所學(xué)的知識(shí)和技能，深刻理解問(wèn)題本質(zhì)，明確所需完成的任務(wù)，并提出和實(shí)踐解決方案。學(xué)生需要通過(guò)討論和思考，提出方案，設(shè)計(jì)草圖;選擇材料和工具，動(dòng)手制作作品，檢驗(yàn)和修改作品，最終完成作品，解決問(wèn)題。

三、小學(xué)低年級(jí)STEM項(xiàng)目實(shí)例

“小火箭飛上天”

火箭作為STEM項(xiàng)目主題，具有龐大的知識(shí)體系，包含各科知識(shí)和多種工程技術(shù)，無(wú)論對(duì)于哪個(gè)年級(jí)都是具有深厚價(jià)值的教學(xué)主題。因此，本研究以“小火箭飛上天”作為小學(xué)低年級(jí)STEM課程設(shè)計(jì)的例子，展示課程設(shè)計(jì)思路。

1.“小火箭飛上天”項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)

航天事業(yè)一直是偉大而神秘的，也因此吸引著許多孩童的目光。小學(xué)低年級(jí)學(xué)生對(duì)于火箭的外觀已有基本的生活認(rèn)識(shí)，并對(duì)火箭為何能升空有著極大的好奇。實(shí)際火箭發(fā)射情況雖然相當(dāng)復(fù)雜，但其發(fā)射原理與空氣息息相關(guān)，因此可以從認(rèn)識(shí)空氣及其作用切入，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)火箭發(fā)射的原理，將本STEM項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為如表2所示。

2.“小火箭飛上天”項(xiàng)目的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

在問(wèn)題提出環(huán)節(jié)，以“火箭為什么能升空”作為真實(shí)情境問(wèn)題。內(nèi)容包括：通過(guò)講述我國(guó)航天事業(yè)歷史、火箭研發(fā)現(xiàn)狀，展示相關(guān)的圖片、視頻和火箭模型，引起學(xué)生的好奇;講解火箭外形和結(jié)構(gòu)，及其對(duì)于升空的作用，讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)物體形狀的重要性;通過(guò)簡(jiǎn)要解釋火箭是利用氣體的反作用力升空，引入對(duì)空氣及其作用的認(rèn)識(shí)，同時(shí)引出下一環(huán)節(jié)對(duì)空氣的探究活動(dòng)。

在科學(xué)探究環(huán)節(jié)，利用各種小游戲和有趣實(shí)驗(yàn)來(lái)讓學(xué)生親自探究空氣到底是什么，以及探究空氣為什么能推動(dòng)物體。首先，通過(guò)游戲（見(jiàn)圖2）讓學(xué)生利用塑料袋抓空氣，通過(guò)視覺(jué)和觸覺(jué)認(rèn)識(shí)空氣。然后，利用空氣炮（見(jiàn)圖3）制作活動(dòng)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)空氣的力量。讓學(xué)生在拉動(dòng)薄膜，造成空氣流動(dòng)吹動(dòng)小彩球的過(guò)程中，真實(shí)地感受空氣的力量。

在創(chuàng)意制作環(huán)節(jié)，讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)和技能，制作一架以空氣為動(dòng)力的“小火箭”。本環(huán)節(jié)要求學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)模型、繪制草圖、選擇材料、制作模型、測(cè)試模型、修改優(yōu)化、匯報(bào)反思等一系列工程設(shè)計(jì)流程，完成一架“小火箭”的制作。在完成“小火箭”制作后，在班級(jí)中開(kāi)展“小火箭”飛天比賽，比一比誰(shuí)的作品飛得更高更遠(yuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)學(xué)生更好地修改優(yōu)化作品。

四、總結(jié)

基于核心素養(yǎng)的STEM課程設(shè)計(jì)既是響應(yīng)國(guó)家對(duì)綜合型人才的需求，也是促進(jìn)STEM教育頂層設(shè)計(jì)的重要一環(huán)。因此，以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為重心的STEM課程是促進(jìn)我國(guó)STEM教育體系建立的重要基礎(chǔ)。小學(xué)低年級(jí)STEM課程通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，最終形成學(xué)生所需的核心素養(yǎng)，為塑造具有STEM素養(yǎng)的公民奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，在目前STEM教育仍以輔助課程為主要形式的階段，應(yīng)大力推進(jìn)小學(xué)低年級(jí)STEM課程的設(shè)計(jì)，以充分利用融合教學(xué)理念提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]林崇德主編. 21世紀(jì)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2016.

[2]王夢(mèng)珂.促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展的STEAM與創(chuàng)客整合課程開(kāi)發(fā)與實(shí)踐研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2020.

[3]褚宏啟.核心素養(yǎng)的概念與本質(zhì)[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2016（1）：1.

[4]核心素養(yǎng)研究課題組.中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2016（10）：1.

[5]王素.《2017年中國(guó)STEM教育白皮書(shū)》解讀[J]. 現(xiàn)代教育，2017（7）：4-7.

[6]The U.K. government. （2017）. Building our Industrial Strategy： green paper[EB/OL].https：//www.gov.uk/government/consultations/building-our-industrial-strategy.

[7]The committee on STEM education. Charting A Course For Success： America's Strategy For STEM Education[EB/OL].[2019-01-10].https：//www. whitehouse.gov/wp-content/uploads/2018/12/STEM-Education-Strategic-Plan-2018.pdf.

[8]教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化“十三五規(guī)劃”》的通知[EB/OL]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367. html.

[9]English， D Lyn. Advancing Elementary and Middle School STEM Education[J].International Journal of Science and Mathematics Education， 2017， 15（S1）：5-24.

[10]Lowrie， T， Downes N， Leonard， S. STEM education for all young Australians： A Bright Spots Learning Hub Foundation Paper， for SVA， in partnership with Samsung. University of Canberra STEM Education Research Centre[EB/OL]. https：//www.socialventures.com.au/assets/STEM-education-for-all-young-Australians-Smaller.pdf.

[11]Capraro R M， Slough S W. Why PBL？ Why STEM？ Why now？ an Introduction to STEM Project-Based Learning[M]. STEM Project-Based Learning. Sense Publishers，2013.

（責(zé)任編輯? 郭向和）

3499500316549