整合取向：科學(xué)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)型之路

摘要：時代的變革促進人類學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)型，科學(xué)學(xué)習(xí)方式從倡導(dǎo)探究轉(zhuǎn)向科學(xué)實踐，再到基于“科學(xué)探究”與“工程實踐”的跨學(xué)科整合和基于數(shù)字化技術(shù)增強的超現(xiàn)實整合。學(xué)生從自己的經(jīng)驗世界中發(fā)現(xiàn)真實的問題，并嘗試解決這些問題，從而實現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)方式;科學(xué)探究;有機整合;科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號：G623.9

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-9094（2022）02B-0071-04

*本文系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十三期立項課題“指向‘意義理解’的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計研究”（2019JK13-L05）研究成果。

收稿日期：2021-11-03

作者簡介：季榮臻，無錫市教育科學(xué)研究院，高級教師，無錫市學(xué)科帶頭人，主要研究方向為小學(xué)科學(xué)教育教學(xué)、綜合實踐活動課程研究。

人類自古至今都沒有停止過對各種有效學(xué)習(xí)方式的探索和嘗試，新的學(xué)習(xí)方式與以往的學(xué)習(xí)方式互為補充、發(fā)展完善。學(xué)習(xí)方式的變革與研究，一直是基礎(chǔ)教育改革的關(guān)鍵突破口。然而“為了探究而探究”“為了實踐而實踐”的現(xiàn)象在科學(xué)課堂教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)，孤立地進行探究技能的訓(xùn)練、按部就班地完成工程實踐的作品，使得科學(xué)探究僵化為程序、工程實踐僵化為“動手做”，科學(xué)學(xué)習(xí)在某種程度上被刻意弱化、淡化。核心素養(yǎng)時代呼喚基于學(xué)習(xí)方式變革的科學(xué)教育。回顧最近幾十年小學(xué)科學(xué)教育的發(fā)展，科學(xué)學(xué)習(xí)方式經(jīng)歷了從科學(xué)探究到科學(xué)實踐、再到整合優(yōu)化的迭代轉(zhuǎn)型與升級。這種整合取向的轉(zhuǎn)型，旨在破解以往科學(xué)教育中的被動接受、機械實驗、封閉訓(xùn)練的學(xué)習(xí)方式，有利于學(xué)生形成應(yīng)對現(xiàn)實世界的關(guān)鍵能力和必備品格;將科學(xué)課程的價值、目標(biāo)、資源、評價等進行有效統(tǒng)整，從而更好地培養(yǎng)和提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，是對時代變革的一種順應(yīng)，也是育人觀、學(xué)生觀、學(xué)習(xí)觀轉(zhuǎn)變的見證。

一、在探究過程中理解科學(xué)知識

隨著課程資源、教學(xué)技術(shù)、學(xué)習(xí)場景等發(fā)生深刻的變化，單一的學(xué)習(xí)方式已經(jīng)無法滿足學(xué)生主動學(xué)習(xí)、有效學(xué)習(xí)和深入學(xué)習(xí)的需要[1]。就小學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)而言，近三十年國內(nèi)曾出現(xiàn)過多種科學(xué)學(xué)習(xí)方式的更迭。蘭本達教授倡導(dǎo)的“探究—研討”教學(xué)法就反映了這樣一種思想方法：通過對自然事物的觀察、描述、互相交流感受和解釋，在思想上形成解釋認識對象的模型，然后在實踐中加以檢驗，從而找出紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象之間的關(guān)系和聯(lián)系，形成對自然界的有序理解[2]。這種“探究”與“研討”有機整合的學(xué)習(xí)方式，從根本上改變了教師講授學(xué)生被動聽的現(xiàn)象。

美國的“動手做”和法國的“做中學(xué)”項目，讓兒童親歷探索大自然的過程，通過觀察提問、提出假設(shè)、動手操作、記錄信息、表達交流等學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生在具體的操作性活動中體驗科學(xué)探究的樂趣。“做中學(xué)”項目用“做”和“學(xué)”取代了“教”和“聽”，這種多樣而靈活的科學(xué)學(xué)習(xí)方式，直接影響了我國2000年啟動的基礎(chǔ)教育課程改革，科學(xué)探究被列為小學(xué)科學(xué)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，并被確定為一種最主要的學(xué)習(xí)方式。2001年頒布的《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》積極倡導(dǎo)學(xué)生由被動、單一、接受的學(xué)習(xí)方式，逐步向自主、合作和探究的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變。小學(xué)科學(xué)課程的改革力度更大，2001年的《全日制義務(wù)教育科學(xué)（3～6年級）課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗稿）》提出了“學(xué)生是科學(xué)學(xué)習(xí)的主體”“科學(xué)學(xué)習(xí)要以探究為核心”“科學(xué)課程應(yīng)具有開放性”等基本理念，明確了“探究既是科學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)，又是科學(xué)學(xué)習(xí)的方式”[3]。經(jīng)過近二十年的實踐與探索，探究式學(xué)習(xí)已深入人心。如“建橋梁”一課，教師一般會先指導(dǎo)學(xué)生認識各種各樣的橋梁，并發(fā)現(xiàn)它們的特點，然后讓學(xué)生按不同的標(biāo)準(zhǔn)進行分類，在此基礎(chǔ)上重點組織學(xué)生探究橋梁的承重力與哪些因素有關(guān)。類似這樣的課堂學(xué)習(xí)，學(xué)生在探究中建構(gòu)、理解科學(xué)概念，解釋科學(xué)現(xiàn)象成了常態(tài)。

二、在實踐體驗中解決科學(xué)問題

2011年美國國家研究理事會研制并發(fā)布了《K-12科學(xué)教育框架：實踐、跨學(xué)科概念和學(xué)科核心概念》（以下簡稱《框架》），2013年以《框架》為基礎(chǔ)的美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS）正式頒布，其引人注目的新變化是用科學(xué)與工程實踐、跨學(xué)科概念以及學(xué)科核心概念三個維度，表述課程目標(biāo)和構(gòu)建課程。這標(biāo)志著科學(xué)教育關(guān)鍵詞正在由“科學(xué)探究”悄悄地轉(zhuǎn)為“科學(xué)實踐”，這對我國的科學(xué)教育研究也產(chǎn)生了深遠的影響。隨后，起源于美國的STEM教育進一步影響了我國科學(xué)教育的改革。教育部發(fā)布的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中新增加了“技術(shù)與工程”領(lǐng)域，并且在“實施建議”部分對STEM做了具體化闡述：STEM是一種以項目學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機地融為一體，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[4]63新課標(biāo)的頒布進一步推動了我國小學(xué)科學(xué)教育中的STEM熱潮，STEM在各類科學(xué)教育培訓(xùn)會、觀摩課活動中頻頻亮相，探究式學(xué)習(xí)的“建橋梁”也變身為形態(tài)各異的STEM主題學(xué)習(xí)“橋世界”。

科學(xué)實踐、工程設(shè)計、STEM學(xué)習(xí)、項目學(xué)習(xí)、創(chuàng)客學(xué)習(xí)、智慧學(xué)習(xí)......這些為學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)方式的多樣化選擇提供了可能性?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在“基本理念”中倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)：小學(xué)科學(xué)課程倡導(dǎo)以探究式學(xué)習(xí)為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，促進學(xué)生主動探究[4]3，改變了以前“科學(xué)學(xué)習(xí)要以探究為核心”的定位，并在“教學(xué)活動建議”中提出：不要把探究式學(xué)習(xí)作為唯一的科學(xué)學(xué)習(xí)方式......戲劇表演、科學(xué)游戲、模型制作、現(xiàn)場考察、科學(xué)辯論會等，都是科學(xué)學(xué)習(xí)的有效方式[4]61，在“學(xué)科關(guān)聯(lián)建議”中提出要“倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式”[4]63。

可提供多種選擇的新的科學(xué)學(xué)習(xí)方式的出現(xiàn)，是科學(xué)教育深化發(fā)展的機遇。以STEM學(xué)習(xí)方式為例，倡導(dǎo)學(xué)科融合，基于項目的學(xué)習(xí)、基于工程設(shè)計的學(xué)習(xí)、基于問題的學(xué)習(xí)等是基本形式，其中，基于工程設(shè)計將STEM各學(xué)科融為一體的形式被普遍運用。STEM學(xué)習(xí)理念下的“建橋梁”，冰棒棍、意大利面等成了學(xué)習(xí)的新材料，甚至熱熔膠槍也成為新工具。教師一般會要求學(xué)生搭建的橋梁不僅要考慮成本，而且橋梁的任意一點都要滿足承重要求，學(xué)生就橋梁設(shè)計進行自主討論，形成小組開展合作，在設(shè)計、計算、制作過程中不斷調(diào)整方案。通過對工程師工作的模仿把力學(xué)、數(shù)學(xué)和工程、技術(shù)設(shè)計方面的學(xué)習(xí)聯(lián)系起來，極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，指向了學(xué)生綜合解決問題能力的培養(yǎng)。

三、在有機整合中發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)

發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)迫切要求學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式。上文提到的STEM學(xué)習(xí)就是一種基于項目的跨學(xué)科整合的學(xué)習(xí)方式，但具體落實到科學(xué)課堂教學(xué)，其效果需要進一步驗證。在實際的STEM學(xué)習(xí)中已面臨諸多問題：不同的年齡段學(xué)生學(xué)什么，怎么教，怎么跨學(xué)科整合，長周期項目的學(xué)習(xí)時間怎么安排，尤其重要的是如何評價學(xué)生，等等。在實際的科學(xué)教學(xué)中還出現(xiàn)了STEM學(xué)習(xí)模式化、流程固化的問題。再加上我國科學(xué)教育本身存在的許多問題，如師資數(shù)量不足、師資水平有待提升，在新的課程標(biāo)準(zhǔn)要求下教材編寫及可操作性問題，大班額學(xué)生不利于采取新型學(xué)習(xí)方式的問題，等等。我國現(xiàn)有專職科學(xué)教師自身水平也不一定能跟得上以STEM、創(chuàng)客為背景的科學(xué)教育改革?？茖W(xué)教育工作者唯有立足現(xiàn)狀，從學(xué)生的實際需求出發(fā)，改造課堂，尋找新的可能性。科學(xué)教育工作者可從學(xué)習(xí)機制的三個方面入手，即：一是基于已有知識和經(jīng)驗對新知識進行建構(gòu)和意義制定;二是學(xué)習(xí)具有情境性，受發(fā)生情境的調(diào)節(jié);三是學(xué)習(xí)具有社會性，知識的意義建構(gòu)和認知活動總是發(fā)生在一定的社會文化情境中[5]。只有根據(jù)學(xué)習(xí)的個體性、情境性和社會性，有機整合多樣化的科學(xué)學(xué)習(xí)方式，才能使學(xué)生在理解科學(xué)概念、規(guī)律、原理的基礎(chǔ)上逐步形成科學(xué)觀念，發(fā)展科學(xué)思維等科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（一）基于“科學(xué)探究”與“工程實踐”的跨學(xué)科整合

離開了探究，離開了實踐，一個人不可能成為真正的人。知識只有通過發(fā)明和再發(fā)明，通過人類在世界上、人類與世界一道以及人類相互之間的永不滿足的、耐心的、不斷的、充滿希望的探究才能出現(xiàn)[6]。必須根據(jù)我國科學(xué)教育現(xiàn)狀，搭建探究與實踐的“橋梁”，讓學(xué)生通過探究行動不斷提出猜想、假設(shè)并驗證，通過技術(shù)與工程實踐不斷提升科學(xué)探究能力，做到兩者有機整合。

“建橋梁”一課學(xué)習(xí)方式有另一種選擇，教師引導(dǎo)學(xué)生在真實情景中認識并探究三種橋梁（平板橋、拱橋、斜拉橋）的承重力，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)平板橋的缺點，然后讓學(xué)生實踐創(chuàng)新，增強平板橋的承受力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，讓學(xué)生在動手實踐的過程中，既發(fā)展問題解決能力，又形成創(chuàng)新意識。這樣的課例還可以在材料與工程相結(jié)合、形狀結(jié)構(gòu)與工程相結(jié)合、機械原理與工程相結(jié)合中繼續(xù)開發(fā)。這種學(xué)習(xí)方式的選擇，搭建了工程實踐與科學(xué)探究之間的“橋梁”，促進兩者互補與整合，既實現(xiàn)了“提出關(guān)于自然界的問題，并用以基于實證的解釋的方式給出答案”的科學(xué)探究目標(biāo)，又達成了“明確有關(guān)人類需求和愿望的問題，并以新產(chǎn)品和新工藝的形式給出解決方案”的工程實踐目標(biāo)[7]。

（二）基于數(shù)字化技術(shù)增強的超現(xiàn)實整合

近年來，人們越來越意識到技術(shù)可以成為轉(zhuǎn)換、整合、優(yōu)化科學(xué)學(xué)習(xí)方式的強大工具。數(shù)字化技術(shù)增強可以嵌入科學(xué)探究、方案設(shè)計、模型建構(gòu)、互動交流、反饋評價等不同的學(xué)習(xí)方式中，這種整合促進學(xué)習(xí)方式從傳統(tǒng)的“聽講—任務(wù)—練習(xí)”模式向“情景—探索—遷移”模式轉(zhuǎn)變，側(cè)重于學(xué)生對科學(xué)知識的深度理解和遷移轉(zhuǎn)化。運用數(shù)字模型技術(shù)、交互式仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生在虛擬現(xiàn)實情景中發(fā)現(xiàn)問題、明確任務(wù)，嘗試虛擬建模，從模型建構(gòu)的“虛擬迭代”到“實踐迭代”，實現(xiàn)動態(tài)化、高效化、跨越式學(xué)習(xí)。學(xué)生在解決仿真問題的不斷實踐嘗試中，通過數(shù)字協(xié)作交互平臺，隨時與情景、同伴、教師積極互動。這樣的互動具有多樣化、即時化和易反饋的特點，學(xué)生在與學(xué)習(xí)內(nèi)容的主動互動、他人的協(xié)作幫助中不斷加深對相關(guān)科學(xué)概念（原理）的理解，并將這種理解遷移到解決問題的實踐中，實現(xiàn)個體知識和群體知識的深層建構(gòu)、深度學(xué)習(xí)。

“建橋梁”項目化學(xué)習(xí)，可以通過數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)化嵌入，整合多種學(xué)習(xí)方式。如學(xué)生可以使用將仿真情景、數(shù)字模型、虛擬測試、迭代設(shè)計融于一體的“做橋吧”（BridgeIt）軟件，在數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺上進行交互式學(xué)習(xí)。BridgeIt是一個橋梁制作與載重測試的游戲軟件，游戲環(huán)境有沙漠和森林，對玩家的橋梁工程設(shè)計能力提出了挑戰(zhàn)。當(dāng)橋建好后，電腦程序模擬旅客列車、重載貨車及橋下航行的船只，檢驗橋梁設(shè)計水平與穩(wěn)固程度——隨著車輛的行駛，橋梁的不同組件開始變色，測試者可以看到張力與壓力是怎樣實時變化的：綠色表示沒有受到大的應(yīng)力（張力或壓力），紅色表示組件即將損毀。游戲的智能評分系統(tǒng)也將從玩家的橋梁設(shè)計水平和預(yù)算成本方面給玩家打分。學(xué)生在BridgeIt虛擬建橋活動中，通過數(shù)字化協(xié)作平臺的互動交流，了解了常見橋梁的類型和特點，發(fā)現(xiàn)在目標(biāo)情景中建造適合的橋梁需要考慮橋的功能、類型、材料、地形、河面寬度等諸多因素，進而不斷完善自己的設(shè)計方案，然后制作實體模型，借助數(shù)字化傳感器進行測試，再迭代改進......數(shù)字化技術(shù)很好地幫助學(xué)生輸出觀點、掌握系統(tǒng)化工程問題的解決流程、學(xué)會科學(xué)實驗與測試的方法、進行科學(xué)論證與評估等。

科學(xué)學(xué)習(xí)方式的有機整合反映了科學(xué)教育向?qū)W生生活世界的回歸，是對學(xué)生自身經(jīng)驗的重視和開發(fā)，讓學(xué)生從自己的經(jīng)驗世界中發(fā)現(xiàn)真實的問題，并嘗試解決這些問題，從而實現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)。只有這樣才能真正落實《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的“小學(xué)科學(xué)課程要按照立德樹人的要求培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為他們的繼續(xù)學(xué)習(xí)和終身發(fā)展打好基礎(chǔ)”[4]1。

隨著腦科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、兒童學(xué)習(xí)心理學(xué)等研究的不斷突破，學(xué)習(xí)方式的革新是必然的，有機整合的科學(xué)學(xué)習(xí)方式是當(dāng)前社會發(fā)展過程中科學(xué)教育的必然趨勢。整合取向的科學(xué)學(xué)習(xí)方式不是科學(xué)教育的終點，科學(xué)教育一直走在探索變革的道路上。

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責(zé)任編輯：石萍