新課標(biāo)背景下小學(xué)科學(xué)技術(shù)史教育的單元設(shè)計與教學(xué)

史加祥

【摘? ?要】《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確提出科學(xué)課程需要幫助學(xué)生理解科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史。實踐證明，從2022年版課標(biāo)的要求出發(fā)，開展基于HPST的單元設(shè)計和教學(xué)實踐能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。以“時間”主題的教學(xué)為例，教師在完成HPST單元設(shè)計，確定教學(xué)模式的基礎(chǔ)上帶領(lǐng)學(xué)生開展多種活動，同時關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，對教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)整和完善，為落實課程標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)課程核心素養(yǎng)的發(fā)展提供了有效抓手。

【關(guān)鍵詞】課程標(biāo)準(zhǔn);科學(xué)技術(shù)史教育;核心素養(yǎng);單元教學(xué)

2022年4月頒布的《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“2022年版課標(biāo)”）明確指出，科學(xué)課程需要幫助學(xué)生從整體上認(rèn)識自然世界，理解科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境的關(guān)系，在課程實施和教學(xué)建議中也多次提及要滲透科學(xué)史教育?？茖W(xué)史（History of Science，簡稱HOS）是人類歷史發(fā)展與文明進(jìn)程中的重要組成部分，是科學(xué)教育的重要資源。自近代科學(xué)教育改革實行以來，科學(xué)史對科學(xué)教學(xué)的作用越來越受到重視，科學(xué)史教育從邊緣進(jìn)入中心，發(fā)揮出促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的了解與把握和科學(xué)素養(yǎng)的提升的作用。[1]科學(xué)史教育是科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)的融合，在科學(xué)教育中被稱為HPS（History and Philosophy of Science），小學(xué)階段的科學(xué)史教育不僅要關(guān)注千百年來的自然世界，即科學(xué)歷史與哲學(xué)，還應(yīng)該關(guān)注改變和操控自然世界的能力，即技術(shù)。這也就是科學(xué)技術(shù)史教育，稱為HPST（History and Philosophy of Science and Technology）教育。

在對目前小學(xué)科學(xué)課程教育教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，筆者嘗試對小學(xué)階段HPST的教育教學(xué)現(xiàn)狀、學(xué)科核心素養(yǎng)背景下對HPST的作用的理解、單元教學(xué)中有效融合HPST的方法等進(jìn)行探析與研究，助力HPST教育與小學(xué)科學(xué)課堂的融合。

一、HPST的教學(xué)設(shè)計與實踐現(xiàn)狀

小學(xué)科學(xué)教材中有著豐富的科學(xué)史內(nèi)容，包括科學(xué)家的故事、科學(xué)事件等，也有對古代科學(xué)技術(shù)的介紹。在科學(xué)教學(xué)中，教師會選擇部分內(nèi)容進(jìn)行展開。對已有研究進(jìn)行文獻(xiàn)搜索與分析，可以發(fā)現(xiàn)，部分科學(xué)教師對如何將科學(xué)史融入課堂教學(xué)進(jìn)行了探索。張勇老師總結(jié)出了插入方式、再現(xiàn)方式和滲透方式的科學(xué)史教育策略，如在講授“光的顏色”時插入牛頓發(fā)現(xiàn)七色光的歷史事件[2];連勇老師在實踐后總結(jié)出組織學(xué)生講科學(xué)史故事，播放與科學(xué)史相關(guān)的微課短視頻和開展課后科學(xué)任務(wù)的教學(xué)策略，以提升科學(xué)史教育的價值[3];王曉利老師認(rèn)為從教材出發(fā)，穿插一些科學(xué)史故事或科學(xué)家故事是科學(xué)史教學(xué)的有效策略，有助于學(xué)生理解科學(xué)知識和科學(xué)本質(zhì)[4]。

不難發(fā)現(xiàn)，在中學(xué)階段開展科學(xué)史融入課堂教學(xué)的設(shè)計與研究活動較小學(xué)階段更為活躍，且科學(xué)史教學(xué)的整體性和連續(xù)性更強(qiáng)。如劉本舉老師對“細(xì)胞呼吸”進(jìn)行了整體梳理，形成了連續(xù)的科學(xué)史實驗教學(xué)設(shè)計與實施方法策略[5]，還有很多教師針對不同的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計和實踐，如“人類對細(xì)菌和真菌的利用”“胰島素的作用”“減數(shù)分裂的過程”“氣體摩爾體積”等。

從已有教學(xué)設(shè)計和課堂實踐中可以看出，在科學(xué)教學(xué)中融入科學(xué)史與技術(shù)史內(nèi)容是必要且可行的。然而，通過比較可以發(fā)現(xiàn)：小學(xué)階段進(jìn)行科學(xué)史教學(xué)主要是為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，中學(xué)階段則主要是為了幫助學(xué)生認(rèn)識科學(xué)概念的發(fā)展和形成過程;小學(xué)階段科學(xué)史的融入以點狀為主，強(qiáng)調(diào)教學(xué)策略的研究，中學(xué)階段則以縱向的線性主題融入為主，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實驗探究與概念理解。雖然小學(xué)和中學(xué)在科學(xué)史教學(xué)中存在差異，但現(xiàn)有的研究為小學(xué)階段HPST教學(xué)提供了實踐方向的指引。

二、小學(xué)HPST教學(xué)的作用與過程理解

小學(xué)科學(xué)課程對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展有著獨特的作用，在小學(xué)階段開展HPST教學(xué)能夠促進(jìn)課程功能與價值的落實。然而，在實際教學(xué)中也出現(xiàn)了HPST教學(xué)的形式化問題，HPST教學(xué)成了“走過場”，只是增加了課堂的觀賞性;有的教師使HPST教學(xué)工具化，沒有引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度思考;有的教師對HPST內(nèi)容進(jìn)行了簡單的講解，突出結(jié)論，遮蔽了科學(xué)技術(shù)史發(fā)展的背景、細(xì)節(jié)和真實歷程;有的教師對HPST內(nèi)容進(jìn)行了“輝格”解讀，即站在現(xiàn)代科學(xué)的背景下，用當(dāng)代視野來看科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，僅僅關(guān)注教材中的零散內(nèi)容[6]……由此可見，小學(xué)階段的HPST教學(xué)依然處于起步階段。在小學(xué)進(jìn)行HPST教學(xué)之前，仍需要對HPST教學(xué)的作用與過程進(jìn)行必要的理解。

（一）從興趣激發(fā)到素養(yǎng)培育的轉(zhuǎn)變

在小學(xué)科學(xué)課堂中引入科學(xué)與技術(shù)史料圖片、科學(xué)家故事、科學(xué)發(fā)明等內(nèi)容，并在簡約化后進(jìn)行教學(xué)，目的是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，增強(qiáng)其對科學(xué)事件和科學(xué)家的了解[7]，作為常規(guī)教學(xué)的點綴。對于科學(xué)與技術(shù)史教學(xué)的作用，袁維新老師在分析的基礎(chǔ)上總結(jié)出四點，分別是促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)知識的建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的批判與創(chuàng)新精神，同時提高學(xué)生的人文素養(yǎng)[8]。還有很多學(xué)者也認(rèn)為HPST教學(xué)有助于普及科學(xué)知識，幫助學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)[9]，促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)概念，發(fā)展科學(xué)思維，全面認(rèn)識人類文明[10]?？梢姡琀PST教學(xué)的作用不能僅僅局限于激發(fā)興趣，而應(yīng)該向培育科學(xué)課程核心素養(yǎng)的方向轉(zhuǎn)變?！?022年版課標(biāo)”將科學(xué)課程核心素養(yǎng)歸為科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、責(zé)任態(tài)度四個方面，HPST教學(xué)能夠有效促進(jìn)科學(xué)課程核心素養(yǎng)的培育，達(dá)成教育目標(biāo)。

（二）從穿插融入到單元貫穿的轉(zhuǎn)變

在科學(xué)教學(xué)中，HPST的內(nèi)容通常只會在其中某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)，如教學(xué)開始的導(dǎo)入和結(jié)束時的拓展，也有部分教師從某一科學(xué)技術(shù)史內(nèi)容出發(fā)進(jìn)行課時教學(xué)設(shè)計與實施。但無論是片段教學(xué)還是課時教學(xué)，HPST都是穿插在常規(guī)教學(xué)中的補(bǔ)充，而未作為科學(xué)教學(xué)的重要與必要組成。單元是學(xué)科教學(xué)的基本單位，開展單元設(shè)計能有效落實學(xué)科核心素養(yǎng)，并且能夠較好地回應(yīng)教學(xué)目標(biāo)、探究活動和學(xué)生評價之間的一致性[11]。小學(xué)階段的HPST教學(xué)需要從點綴與穿插轉(zhuǎn)變?yōu)橐訦PST的單元整體設(shè)計為基礎(chǔ)，從科學(xué)發(fā)展和本質(zhì)的視角出發(fā)，為學(xué)生整體設(shè)計HPST內(nèi)容和情境以及科學(xué)探究活動。遵循學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的規(guī)律并在單元設(shè)計中加以體現(xiàn)，能夠發(fā)揮HPST教學(xué)培育課程核心素養(yǎng)的獨特價值。

（三）從點線設(shè)計到立體呈現(xiàn)的轉(zhuǎn)變

很多科學(xué)教師認(rèn)為科學(xué)課程的目的是傳授當(dāng)前公認(rèn)的科學(xué)知識與方法，引入科學(xué)技術(shù)史的目的是為了強(qiáng)化科學(xué)知識教學(xué)。這樣科學(xué)技術(shù)史就成了說服學(xué)生的工具，HPST教學(xué)就成了“輝格式科學(xué)史”教學(xué)，即以現(xiàn)代科學(xué)知識為標(biāo)準(zhǔn)來衡量和評價歷史事件以及對當(dāng)今科學(xué)知識的貢獻(xiàn)程度，沒有考慮真實以及復(fù)雜的社會與歷史背景[12]。傳統(tǒng)的涉及科學(xué)史的課堂中，教師以引入科學(xué)家故事、科學(xué)事件等散點為主要教學(xué)方式。且為了突出教學(xué)效果，教師會對很多內(nèi)容進(jìn)行加工與處理，最終在學(xué)生頭腦中留下的是一個個平面的片段。在科學(xué)課程深度改革的今天，開展HPST教學(xué)，需要教師對科學(xué)發(fā)展歷史進(jìn)行全面了解，將當(dāng)時的歷史現(xiàn)實融入其中，同時根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，從關(guān)注科學(xué)知識與結(jié)論轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注過程發(fā)展與問題的提出和解決，為學(xué)生呈現(xiàn)立體的科學(xué)事件與科學(xué)人物。這些事件既包括科學(xué)知識和概念的形成與更替，又包括科學(xué)發(fā)展過程中的成功與失敗，能夠為學(xué)生呈現(xiàn)鮮活的科學(xué)發(fā)展歷程和有靈魂的科學(xué)家。

三、HPST教學(xué)視野下的單元設(shè)計

“2022年版課標(biāo)”建議小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)從教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，按照學(xué)習(xí)進(jìn)階的規(guī)律設(shè)計促進(jìn)學(xué)生自主探究、獨立思考、合作交流的教學(xué)活動，并且指出從單元出發(fā)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計與評價是整體落實課程目標(biāo)，發(fā)展核心素養(yǎng)的有效方法。因此，從單元出發(fā)進(jìn)行HPST教學(xué)設(shè)計是落實“2022年版課標(biāo)”的探索嘗試。筆者對國內(nèi)外科學(xué)史教學(xué)設(shè)計與實踐模式進(jìn)行了梳理，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合單元教學(xué)設(shè)計要求制作了HPST單元設(shè)計與教學(xué)模式（如圖1）。HPST單元設(shè)計是指以單元為整體開展的系統(tǒng)化、科學(xué)化的教學(xué)設(shè)計，是在對科學(xué)技術(shù)史整體分析與梳理的基礎(chǔ)上，對單元教學(xué)目標(biāo)、活動、作業(yè)、評價與資源進(jìn)行整體設(shè)計的過程?！皢卧笨梢允墙滩闹械膬?nèi)容單元，也可以是教師在對教材進(jìn)行梳理與重組之后的單元，還可以是教師根據(jù)自身理解自行擬定的單元。HPST單元一般由三個以上的課時組成，每個課時教學(xué)包含5個具體環(huán)節(jié)。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)實際情況對教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行靈活調(diào)整。

在完整的HPST課時教學(xué)中，第一階段是“情境、任務(wù)導(dǎo)入”，可以呈現(xiàn)歷史性處理后的現(xiàn)象、情境或任務(wù)及早期科學(xué)家或科學(xué)發(fā)展歷史的主題。第二階段為“發(fā)現(xiàn)問題、引出觀念”，即利用各種方法啟發(fā)學(xué)生，收集學(xué)生的問題、觀念，可利用問答程序、概念圖、繪圖、實例等，鼓勵學(xué)生提出多樣問題和多元觀點，啟發(fā)學(xué)生感受科學(xué)家不僅僅是發(fā)現(xiàn)“科學(xué)事實”，還通過他們的創(chuàng)造力和想象力來“構(gòu)建”事實。同時提供合適的機(jī)會讓學(xué)生表達(dá)對情境、任務(wù)的理解，意識到他們現(xiàn)有的思維與早期科學(xué)思維之間的相似之處。第三階段為“科學(xué)探究與實踐”，即給予學(xué)生足夠的時間進(jìn)行實驗探究、實踐活動。在此環(huán)節(jié)中，教師根據(jù)需要讓學(xué)生開展科學(xué)技術(shù)史的研究，也可給出HPST的資料與信息。比如當(dāng)時的政治、經(jīng)濟(jì)和社會背景、科學(xué)技術(shù)史發(fā)展的簡要年表、當(dāng)時的一些數(shù)據(jù)和支持證據(jù)、科學(xué)技術(shù)史上與情境、任務(wù)相關(guān)的例子及觀點，包括同一時期不同科學(xué)家對同一事件的不同觀點。第四階段為“問題解決、觀念重構(gòu)”，是在學(xué)生深入探究與實踐后的梳理，也是對現(xiàn)代科學(xué)觀點的介紹。目的是讓學(xué)生意識到現(xiàn)代科學(xué)觀點不是單一的、毫無疑問的觀點，科學(xué)觀點不是簡單的斷言，現(xiàn)代科學(xué)為一些現(xiàn)象提供了更準(zhǔn)確的解釋，所以得到了更廣泛的應(yīng)用。最后是“評價、思考與拓展”，即讓學(xué)生以小組的方式進(jìn)行討論，對學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思，對科學(xué)觀點進(jìn)行評價，使學(xué)生意識到歷史上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是人類智慧的體現(xiàn)，科學(xué)思想也并不總是建立在“不言而喻”的基礎(chǔ)上，很多時候需要用到人們的想象力和創(chuàng)造性思維。

HPST單元設(shè)計與教學(xué)模式為科學(xué)技術(shù)史教學(xué)提供了支架。在實際教學(xué)中，教師可根據(jù)不同的科學(xué)、技術(shù)史內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，延展教學(xué)的時間與空間，由此發(fā)展學(xué)生的科學(xué)課程核心素養(yǎng)，同時認(rèn)識到科學(xué)教育如果不涉及科學(xué)、技術(shù)發(fā)展歷史和性質(zhì)，就會成為口號。

四、HPST教學(xué)的實踐與反思

在對HPST教學(xué)價值和模式進(jìn)行理解的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)梳理相關(guān)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材內(nèi)容，而后進(jìn)行具體的單元設(shè)計與教學(xué)實踐，在實踐中完善HPST教學(xué)方法，關(guān)注教學(xué)過程中學(xué)生的經(jīng)歷與發(fā)展。某教師以“時間”主題，進(jìn)行了HPST教學(xué)的課堂實踐。

（一）HPST單元設(shè)計——“時間”

無論是對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還是對學(xué)生對自然、科學(xué)的認(rèn)識、學(xué)習(xí)，“時間”都有著非常重要的作用。人類對“時間”的感知有著漫長的歷史，計時工具與技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了多個時期，因此該主題非常適合開展HPST單元教學(xué)。在分析了目前與“時間”相關(guān)的教學(xué)實踐的優(yōu)點與不足后，教師進(jìn)行了“時間”單元的教學(xué)設(shè)計，具體如圖2。

“時間”單元由三大內(nèi)容組成，分別是日晷、漏刻和擺鐘，既體現(xiàn)了人類對時間的認(rèn)識與理解過程，又有利于學(xué)生理解技術(shù)發(fā)展對計時工具的改變。這些內(nèi)容也較為適合小學(xué)生的認(rèn)知水平。三大內(nèi)容由不同的課時組成。如“感受時間”包括“快與慢”“時間的估計”兩個內(nèi)容，用一至兩個課時完成教學(xué);“漏刻”包括“沉沒時間”“水鐘”“中國的漏刻”等內(nèi)容，可以根據(jù)實際需要確定課時?？傮w上，“時間”單元共設(shè)計了16個課時的教學(xué)，既可以整體實施，又可以分成三個主題分別進(jìn)行教學(xué)。對于主題之間的聯(lián)系，教師需要進(jìn)行鋪墊與介紹，讓學(xué)生對科學(xué)、技術(shù)的發(fā)展有整體的認(rèn)識，由此在充分的科學(xué)實踐中促進(jìn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

（二）HPST課堂教學(xué)實踐

在單元設(shè)計后進(jìn)行扎實的課堂教學(xué)實踐才能保證HPST教學(xué)目標(biāo)的落實。通過實踐不僅能夠完善HPST教學(xué)模式，還能對科學(xué)技術(shù)史出現(xiàn)的方式和時機(jī)進(jìn)行論證。

1.HPST主題教學(xué)實踐與反思

“時間”單元的內(nèi)容豐富，涉及到的教學(xué)時間較長，主題較多。在實施過程中，教師可以根據(jù)實際情況進(jìn)行靈活的處理與調(diào)整。如“日晷”主題教學(xué)，教師改變了以往僅制作日晷和使用日晷的教學(xué)方式，從HPST教學(xué)模式出發(fā)進(jìn)行了實踐，取得了較好的教學(xué)效果。

（1）情境、任務(wù)的導(dǎo)入實踐

在“日晷”主題教學(xué)中，教師先從“感受時間”開始，讓學(xué)生寫一寫“做什么比較快，做什么比較慢”。同時在小組內(nèi)交流介紹自己寫的“快”與“慢”的事件，與同伴比較一下有沒有重合的事件。這一設(shè)計為學(xué)生認(rèn)識“時間”的重要性創(chuàng)設(shè)了情境。通過活動，學(xué)生對自己和同伴有了更深的認(rèn)識。如有學(xué)生在梳理自己的“快”與“慢”時，會發(fā)現(xiàn)自己與其他同學(xué)存在矛盾的地方。以“完成作業(yè)”一事為例，有的同學(xué)寫在“快”類，有的寫在“慢”類。經(jīng)過思考討論，學(xué)生認(rèn)識到快和慢是相對的，只有以一定時間為參考標(biāo)準(zhǔn)才能確定是快還是慢。

隨后，教師組織學(xué)生進(jìn)行“時間估計”活動（如表1），如估計完成“穿針”“將10顆玻璃球從一個碗里夾到另一個碗里”“頭上頂一本書走20米”等事情需要的時間。在導(dǎo)入任務(wù)后，學(xué)生認(rèn)識到計時方法和計時工具的重要性。

對寫作內(nèi)容進(jìn)行梳理之后，學(xué)生表示從太陽每天的移動、“我們”在慢慢長大、爺爺奶奶在慢慢變老、冬天會下雪、每年秋天樹葉會掉落等現(xiàn)象中都能感受到時間的變化。還有學(xué)生寫道：“時間意味著我們每個人的生命都有開始和結(jié)束，意味著四季變換和春去秋來?！盚PST教學(xué)的目的不僅僅是介紹科學(xué)、技術(shù)的發(fā)展，更在于讓學(xué)生進(jìn)入教師設(shè)計的歷史情境與任務(wù)中，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生問題，形成對現(xiàn)象的認(rèn)識。

（2）“發(fā)現(xiàn)問題、引發(fā)觀念”的實施

在情境與任務(wù)的引導(dǎo)下，學(xué)生會自然地產(chǎn)生比較多的問題，對現(xiàn)象也會有自己的認(rèn)識。如在了解了太陽影子的變化規(guī)律后，學(xué)生進(jìn)行了設(shè)計日晷的活動，該活動環(huán)節(jié)層層遞進(jìn)。學(xué)生先思考古人的計時方法，再思考太陽影子變化與時間之間的關(guān)系，最后確定南北方向（如圖3），為日晷的設(shè)計和制作做了充分的準(zhǔn)備。

對于古人的計時方式，很多學(xué)生能說出用看太陽或者影子位置變化的方法，還有學(xué)生說出用沙漏計時、滴水計時等方法，但他們對于古人準(zhǔn)確計時工具的科學(xué)名稱知道的并不多，且對古代計時工具的結(jié)構(gòu)和制作方式也產(chǎn)生了疑問。如對于日晷如何準(zhǔn)確計時這一問題，學(xué)生產(chǎn)生了許多困惑。通過討論，學(xué)生意識到自己面臨的問題與古人曾經(jīng)面臨的問題是相似的，并受到了古人的鼓舞。下面是其中一個小組在活動中的交流對話。

生A：老師怎么不提供制作方法或步驟呢？

生B：我們碰到了很多問題，需要幫助呀！

生C：想象一下，如果我們在1000多年前，該怎么來設(shè)計和制作呢？

生A：是的，古人面臨的問題可能比我們還多，我們自己再想想吧。

在設(shè)計制作日晷的過程中，學(xué)生產(chǎn)生了大量的問題。10個小組中，完成日晷制作的小組有7個，但在使用制作的日晷進(jìn)行計時后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這些日晷都無法準(zhǔn)確計時，于是產(chǎn)生了對“日晷到底應(yīng)該是什么樣的”“如何才能制作出能準(zhǔn)確計時的日晷”等問題的探究欲望。讓學(xué)生提出問題并嘗試解決問題是科學(xué)課堂教學(xué)的重要目標(biāo)，也是輸入HPST內(nèi)容與信息的最佳時機(jī)。

（3）HPST教學(xué)的深入實施階段

在HPST內(nèi)容與信息輸入后應(yīng)進(jìn)行科學(xué)探究與實踐、問題解決與觀念重構(gòu)兩個環(huán)節(jié)。日晷的發(fā)展與形成經(jīng)過了漫長的歷史，教學(xué)時間不允許教師在課堂上呈現(xiàn)完整的過程，但教師可以根據(jù)目標(biāo)，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行過程的延伸與拓展。在“時間”單元中，學(xué)生在產(chǎn)生強(qiáng)烈學(xué)習(xí)需求之后，利用教師提供的豐富多樣的材料進(jìn)行了日晷的制作，在制作完成后與不同小組進(jìn)行比較，找出差異，并從提供的材料與信息中了解日晷的結(jié)構(gòu)與功能，具體過程如圖4。

在HPST教學(xué)的深入實施階段，教師需要遵循以下幾個原則。首先是給予學(xué)生充足的時間。在制作日晷和了解日晷結(jié)構(gòu)功能活動中，教師安排了1個課時進(jìn)行教學(xué)，同時多次利用課后服務(wù)時間組織學(xué)生進(jìn)行拓展活動。其次是提供足夠充分的資源支持。教師在單元設(shè)計中將教學(xué)資源的準(zhǔn)備作為重點，為學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)資源包。除了動手制作的材料、活動任務(wù)單之外，學(xué)習(xí)資源還包括文字、圖片和視頻等。同時還提供移動終端供學(xué)生查閱歷史文獻(xiàn)資料，幫助學(xué)生完成撰寫日晷使用說明書的任務(wù)。最后是凸顯科學(xué)、技術(shù)發(fā)展歷史在人類文化積累過程中的重要性。日晷是科學(xué)技術(shù)發(fā)展過程中的重要成果，除了讓學(xué)生領(lǐng)悟日晷設(shè)計的精妙之外，教師還需要對日晷在人類發(fā)展過程中的作用進(jìn)行深入分析，讓學(xué)生進(jìn)一步了解中國人和中華文化對時間的關(guān)注。

2.HPST教學(xué)方式的設(shè)計與實施

對“時間”單元進(jìn)行整體設(shè)計、系統(tǒng)實施的同時，教師還基于科學(xué)課程核心素養(yǎng)，開展了多樣的教學(xué)活動。具體而言，核心素養(yǎng)包括學(xué)生利用統(tǒng)計圖表等記錄和整理信息，并進(jìn)行比較與推理的能力。在“漏刻”主題教學(xué)中，教師帶領(lǐng)學(xué)生開展了統(tǒng)計不同壓力下帶孔盒子的沉沒時間的活動（如圖5），在統(tǒng)計和繪制圖表后了解漏刻計時的方法與原理。

除此之外，在“時間”單元中，教師還設(shè)計了鼓勵學(xué)生提出問題的活動，對素養(yǎng)中“提出可探究的科學(xué)問題”的要求進(jìn)行落實;設(shè)計了科學(xué)寫作的活動，培養(yǎng)學(xué)生采用不同方式呈現(xiàn)探究過程與結(jié)論的能力;在了解中國漏刻的活動中，設(shè)計了讓學(xué)生閱讀不同時期描寫漏刻的古文獻(xiàn)，幫助學(xué)生在任務(wù)單的支持下，形成對漏刻動態(tài)變化的認(rèn)識;在擺的探究活動中，除了帶領(lǐng)學(xué)生探究擺的規(guī)律，還設(shè)計了利用沙擺了解擺動模式的活動，讓學(xué)生提出一些新穎、合理的觀點，同時進(jìn)行簡單的創(chuàng)意設(shè)計;在了解完不同階段計時工具的發(fā)展后，引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)、技術(shù)、社會等方面思考科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過程，培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度與價值觀念。

基于HPST教學(xué)的單元設(shè)計與教學(xué)是落實“2022年版課標(biāo)”和促進(jìn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的有效探索與嘗試，旨在讓學(xué)生系統(tǒng)了解科學(xué)、技術(shù)史的發(fā)展，彌補(bǔ)單課時教學(xué)的不足。實踐證明，只有在單元多個課時的疊加與迭代實施中，學(xué)生的素養(yǎng)培育才能真正落地。

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（上海市金山區(qū)教育學(xué)院? ?201508）