引領學生在概念學習中參與“工程實驗”

◇屠雪婷（浙江：嘉善縣第二實驗小學）

技術工程與科學概念融合發(fā)展是將工程設計與物化的方法過程，融合在科學概念的探究學習中，具有“實驗探究”和“工程設計與物化”兩者的學習特征，因此我們稱之為“工程實驗”?！肮こ虒嶒灐笔且詫W生為中心，對現(xiàn)實生活或學習過程中的真問題、真任務、真情境等進行真實參與和解決，以工程活動為主線，在完成工程活動的過程中，學習知識、發(fā)展能力的學習模式。本文以教科版小學科學二年級上冊《不同的季節(jié)》學習為例，嘗試引領學生在概念學習的過程中，參與“工程實驗”的全過程，將課堂教學從知識中心向人的素養(yǎng)發(fā)展本位回歸。

一、審視：當前學習的問題表現(xiàn)與發(fā)展困境

教科版二年級上冊“我們的地球家園”單元《不同的季節(jié)》一課，通過展現(xiàn)不同顏色的梧桐葉，引發(fā)學生展開“不同的季節(jié)有什么特點”“季節(jié)變化又會對地球上的動物植物和人類產(chǎn)生什么樣的影響”的學習。

教學前，通過對關鍵問題“描述季節(jié)的變化”的調查發(fā)現(xiàn)，學生能以“夏季炎熱、冬季寒冷”等感性的經(jīng)驗和記憶加以描述，并會想到“春季桃花開”等有季節(jié)代表性的動植物；通過對關鍵問題“說說季節(jié)對動植物和人類的影響”的調查發(fā)現(xiàn)，學生能對“春天種子發(fā)芽，秋天大雁南飛，冬天穿厚衣”等基于經(jīng)驗的認識加以籠統(tǒng)分類和歸納。這在一定程度上表明：學生已經(jīng)積累了有關“四季變化現(xiàn)象”豐富的感性經(jīng)驗，他們對于“季節(jié)變化對動植物和人們生活的影響”有一些較為粗淺的認識。

有效的學習應該基于學生已知，并提供適合的學習活動。通過觀察發(fā)現(xiàn)，如果機械遵照《不同的季節(jié)》教材的編排開展教學，學生學習效果并不理想。

（一）以靜態(tài)化的設計屏蔽動態(tài)的思維共振

采用圖片或視頻的單線式推進方式喚醒學生對四季的記憶，以交流、匯報作為學生學習四季概念的方式，更多的是站在單個季節(jié)的層面，靜態(tài)梳理與添加學生的事實性知識，缺少四季現(xiàn)象、四季更替及引發(fā)因素三者間的縱向認知，導致學生形成的四季概念的模型是獨立與靜止的。

（二）以碎片化的活動代替完整的思維軌跡

通過零散、籠統(tǒng)的課堂活動，學生不能建立季節(jié)現(xiàn)象、變化以及內(nèi)在原因的系統(tǒng)認識，且探究欲望也比較弱。因而，教師應該以真實的情境任務和具體的實物模型為載體，讓學生經(jīng)歷科學問題表征的思維可視過程。

（三）以淺層化的表述遮蔽多維的學習結果

淺層對話，是指師生就教材內(nèi)容或拓展資源展開簡單的、淺層次的交流回答?！恫煌募竟?jié)》一課中，教師提出：“通過這幾張圖片，你發(fā)現(xiàn)了什么？你知道季節(jié)變化對生物有什么影響嗎？”學生通過“看圖說話”即可了解教材表達的含義，但難以體會并表達其中的意蘊，更多的是已有經(jīng)驗的復現(xiàn)。

二、破局：“工程實驗”的設計詮釋與內(nèi)涵特征

科學是知識與實踐融合統(tǒng)一的學科。“工程實驗”將概念學習的科學探究與技術工程統(tǒng)一為一體，在核心概念的統(tǒng)整下，設計和實施工程活動，使學生在問題解決的過程中，建構學科知識體系，并且將知識、事物與個體自我進行有機整合。

（一）內(nèi)線：“工程實驗”背景下科學概念的發(fā)展

“工程實驗”設計的內(nèi)在依據(jù)是核心概念的發(fā)展過程。概念的發(fā)展被形象地比喻為“概念煉制”，其實質是學生經(jīng)歷一系列豐富的“工程實驗”活動，在關聯(lián)性問題串的驅動下、多樣化學習支架的引導下以及綜合性學習評價的推進下，解構其錯誤或不完整的先前概念，循序漸進地建構科學概念的過程。

（二）中介：“工程實驗”背景下學習地圖的設計

“工程實驗”學習活動中整體性的問題設計是構建科學學科概念的載體，它是將核心概念轉化為具體的“工程實驗”中介，進而將以科學知識為主線的科學學習轉變?yōu)檎鎸嶒寗有詥栴}的解決過程。整體問題的設計是圍繞驅動性問題，再將其按照核心概念的發(fā)展路徑轉化為關聯(lián)緊密的問題序列，讓學生在經(jīng)歷問題解決過程中發(fā)展科學核心能力。

（三）外線：“工程實驗”背景下學習過程的布局

引入“工程實驗”理念，以“設計制作季節(jié)館”為主體活動，將概念學習的科學探究與模型建模的技術工程融為一體，將驅動性的問題分解成相關的子問題，將學科概念細化、具體為一個個可操作的真實性學習活動，促進了技術與工程、學科核心概念和跨學科概念的融合發(fā)展。

《不同的季節(jié)》工程實驗過程圖

三、推進：“工程實驗”的案例剖析與實踐探索

運用“工程實驗”的《不同的季節(jié)》學習，以幫助“浙里四季”欄目組設計與制作一個符合季節(jié)特色的“季節(jié)館”為情境，展開“四季變化的典型現(xiàn)象與季節(jié)變化對動植物和人類生活的影響”的探究。

（一）關聯(lián)性問題串：從認知激發(fā)到概念建構的媒介

1.任務統(tǒng)領：喚醒原認知，統(tǒng)整核心概念

學生對“不同的季節(jié)”的認識有著豐富的經(jīng)驗，只是他們的認識還存在一定的局限性。通過“浙里四季”欄目組發(fā)出的邀請函引發(fā)真實挑戰(zhàn)任務——布置具有季節(jié)特點的季節(jié)館。一是將學生的前概念正向遷移到本節(jié)課的學習中；二是梳理歸納學生對季節(jié)的感受，給四季定下主基調。學生在真實情境任務的驅動下，喚醒原有認知結構中的經(jīng)驗，開始投入工程實踐。

2.子任務攻略：串起思維鏈，關聯(lián)概念序列

為解決布置季節(jié)館（體現(xiàn)季節(jié)特色）這一核心問題，需要將關鍵的問題分解成多個子問題，形成多個子任務，從而具體為一個個可操作的真實性學習活動，促進學生主動探究。因此根據(jù)學生的認知困惑，筆者將總任務分解成3個子任務。

子任務1：“季節(jié)小偵探”。學生通過“季節(jié)小偵探的活動”，先“辨一辨”照片拍攝的季節(jié)，再用“我判斷這是……季節(jié)，因為……”的句式“說一說”，引導學生關注一年四季的典型現(xiàn)象，激發(fā)學生的探究興趣。

子任務2：“季節(jié)布置師”。學生通過閱讀《四季圖冊》，思考并感悟四季是怎樣影響動植物和人類生活的；在理解和完善“四季對生物的影響”的概念后，選擇合適的模型材料制作布置季節(jié)館。“季節(jié)布置師”活動把概念的學習和動手實踐結合起來，讓學習的過程充滿樂趣，體現(xiàn)了教學的素養(yǎng)導向。

子任務3：“季節(jié)代言人”。學生給季節(jié)代言人選擇合適的衣著，參加季節(jié)館活動并設計解說詞，向參觀者介紹季節(jié)館的特色。學生在理解相關概念的同時，解釋“季節(jié)館模型”，加深了對季節(jié)變化的辨析與表達。

（二）多樣性支架：從學習資源到助力概念內(nèi)化的橋梁

教師需要搭建“成長的支架”，提供學習資源、學習策略等，指導與推進學生在“工程實驗”完成過程中的深度學習，促進“工程實驗”成果的生成。

1.沙盤演繹：捕捉動態(tài)生成，營造學習體驗場域

“工程實驗”的核心是產(chǎn)品制作，它以“實踐”的方式整合了知識、技能、活動等，在設計和制作中形成知識的生成與應用。在《不同的季節(jié)》教學中，季節(jié)館的布置就借助沙盤模型，通過模型及時捕捉課堂問題的動態(tài)生成，層層深入，讓學生通過感官或實踐去布置，獲得高峰體驗。

2.材料自助：另類思維體操，可視化學習結果

“工程實驗”需要提供豐富的、有結構的材料。設置材料區(qū)——“四季超市”，使其成為“自助餐式”材料站，為不同的學生提供個性的材料，如形象生動的《四季圖冊》學習材料、形態(tài)各異的動植物模型。有聲有色的氛圍感材料，讓學生在探究過程中更自主。

材料的選擇體現(xiàn)了學生對季節(jié)的理解，并且通過小組介紹“我們組制作的是X 季節(jié)館”“我們選用的材料有……”“我們選擇的理由是……”，將學生已有的經(jīng)驗梳理歸納，形成一定的認識并且以可視化的結果呈現(xiàn)出來，便于學生修正和建構核心概念。

（三）綜合性評價：從表達走向對話的概念解釋

“工程實驗”給予學生的不僅是知識和能力的增量，更是真實情境的參與，而“工程實驗”評估與成果展示是其中一個重要組成部分。

1.解說代言：引領學習進階，突顯“工程實驗”表現(xiàn)力

在“工程實驗”中，教師遵循學生的認知規(guī)律，提供真實的學習情境展示機會，能提升學生“工程實驗”成果的表現(xiàn)能力。季節(jié)館布置完成后，組織學生開展圖片、文字結合的解說詞設計，并選擇代言人介紹小組的成果，讓學生的成果得到呈現(xiàn)。由于二年級學生在語言表達上尚處于發(fā)展階段，教師可以提供解說范式給予點撥引領。

2.成果展示：激發(fā)思維碰撞，提升工程學習元認知

“工程實驗”物化的成果要以公開的形式向同伴、教師等展示，并以評價的方式，判斷學習成效。學生將自己的季節(jié)館沙盤展示在平臺上，小組中2名學生在作品展示區(qū)介紹自己的作品，另外2 名學生參觀其他組的作品，并投票。游園評價的形式，讓學生用學習到的概念對季節(jié)館做出解釋，以實現(xiàn)重組知識、應用遷移能力的創(chuàng)造性發(fā)展。

“季節(jié)館”游園評價表

總之，“工程實驗”旨在促進學生對科學概念的深度理解和核心素養(yǎng)的提升。一方面，“工程實驗”讓科學概念獲得了豐富的呈現(xiàn)方式，另一方面，學生在完成“工程實驗”的過程中，掌握了科學方法，培養(yǎng)了探究實踐能力，實現(xiàn)了掌握知識到提升素養(yǎng)的有效轉化。