STEM理念下基于大單元教學(xué)的小學(xué)科學(xué)實(shí)踐研究

張藝士

STEM理念已經(jīng)在基礎(chǔ)教育中廣泛應(yīng)用，小學(xué)科學(xué)課程的總目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。但是在小學(xué)科學(xué)技術(shù)與工程領(lǐng)域，課堂碎片化的教學(xué)很難讓學(xué)生形成系統(tǒng)的知識(shí)框架。那么，在STEM理念下基于大單元開(kāi)展科學(xué)教學(xué)，是否可以有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成呢？基于此，以教科版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)第二單元“形狀與結(jié)構(gòu)”為例展開(kāi)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，探討STEM理念下小學(xué)科學(xué)基于大單元教學(xué)的成效。

一、STEM理念下小學(xué)科學(xué)基于大單元教學(xué)的分析

（一）傳統(tǒng)教學(xué)存在的問(wèn)題

“形狀與結(jié)構(gòu)”是教科版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)第二單元的內(nèi)容，主要分為兩部分。第一部分（第1～7課）：探究形狀與結(jié)構(gòu)所蘊(yùn)含的科學(xué)道理。其中，第1～6課分別研究條形、拱形、框架等結(jié)構(gòu)，第7課是認(rèn)識(shí)橋梁的結(jié)構(gòu)。第二部分（第8課）：設(shè)計(jì)科學(xué)合理的形狀與結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)了由淺入深地進(jìn)行探究的過(guò)程，最后進(jìn)行綜合應(yīng)用。但實(shí)際上很多學(xué)校一周只有一兩次科學(xué)課，學(xué)生學(xué)習(xí)到的是碎片化的知識(shí)，到第8課輸出時(shí)——“用紙?jiān)煲蛔鶚颉?，便很難把碎片化的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，導(dǎo)致出現(xiàn)了紙橋制作的完成率低、制作效果不佳等問(wèn)題。這樣的教學(xué)不但不利于學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，而且也導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣有所降低。

（二）STEM理念下對(duì)該單元進(jìn)行大單元教學(xué)的分析

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門(mén)學(xué)科的統(tǒng)稱，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的整合。[1]小學(xué)科學(xué)教育中的技術(shù)與工程領(lǐng)域的本質(zhì)，在于將技術(shù)與科學(xué)、工程和數(shù)學(xué)等知識(shí)進(jìn)行有效融合，這在某種程度上是STEM教育理念的具體體現(xiàn)。[2]《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》也強(qiáng)調(diào)知識(shí)點(diǎn)的講解要從理解到應(yīng)用，要求教師改變以往的教學(xué)方式，即摒棄以單個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解為主的碎片化教學(xué)方式，從知識(shí)的整體出發(fā)，重視知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)結(jié)及其應(yīng)用。[3]

崔允漷在《學(xué)科核心素養(yǎng)呼喚大單元教學(xué)設(shè)計(jì)》一文中指出，大單元教學(xué)是一種圍繞大觀念或大問(wèn)題進(jìn)行的單元教學(xué)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者和一線教師對(duì)于大單元教學(xué)的內(nèi)涵、意義以及實(shí)踐的研究表明，大單元教學(xué)的單元整合形式使知識(shí)內(nèi)容更加系統(tǒng)、課堂內(nèi)容不再重復(fù)，教學(xué)環(huán)節(jié)也更加緊湊，有一定的實(shí)踐價(jià)值。由此，基于STEM理念將大單元教學(xué)引入小學(xué)科學(xué)教學(xué)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)有著重要的價(jià)值和意義。

在STEM理念下，本單元以任務(wù)或項(xiàng)目為導(dǎo)向，讓學(xué)生經(jīng)歷主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、探究、學(xué)習(xí)和應(yīng)用的過(guò)程，在STEM理念及大單元教學(xué)的思考下，決定調(diào)整教材的架構(gòu)和順序，把整個(gè)單元的學(xué)習(xí)調(diào)整為“我是灣區(qū)橋梁小專(zhuān)家——橋的探究”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。

二、STEM理念下基于大單元教學(xué)的小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐

小學(xué)科學(xué)教材的內(nèi)容主要有四個(gè)領(lǐng)域，即物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域、生命科學(xué)領(lǐng)域、地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域以及技術(shù)與工程領(lǐng)域。[4]技術(shù)與工程實(shí)踐活動(dòng)可以使學(xué)生體會(huì)到“做”的成功和樂(lè)趣，并養(yǎng)成通過(guò)“動(dòng)手做”解決問(wèn)題的習(xí)慣。

調(diào)整后，整個(gè)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)涉及的學(xué)科知識(shí)有科學(xué)、美術(shù)、語(yǔ)文、綜合實(shí)踐。其中以科學(xué)為主，項(xiàng)目以“我是灣區(qū)橋梁小專(zhuān)家，我為灣區(qū)設(shè)計(jì)建造一座橋”（見(jiàn)表1）為驅(qū)動(dòng)型任務(wù)，第一課，首先引導(dǎo)學(xué)生觀察和認(rèn)識(shí)廣州的黃埔大橋、珠江大橋、海珠橋、廣州大橋、獵德大橋、江灣大橋、洛溪大橋……然后拋出任務(wù)（如果你是灣區(qū)橋梁小專(zhuān)家，你會(huì)如何設(shè)計(jì)和建造一座橋來(lái)解決交通難題），以激發(fā)學(xué)生了解橋、學(xué)習(xí)橋、設(shè)計(jì)建造橋的熱情和興趣。再布置任務(wù)——調(diào)查和分組講解一座橋，可以是廣州的橋，也可以是家鄉(xiāng)的橋等。第二課，學(xué)生分組講解，認(rèn)識(shí)身邊的橋，進(jìn)一步點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。接下來(lái)先讓學(xué)生考慮如果設(shè)計(jì)和制造一座橋需要考慮什么問(wèn)題，然后再去講解有關(guān)橋梁的形狀與結(jié)構(gòu)的知識(shí)。這樣，結(jié)合“形狀與結(jié)構(gòu)”單元的知識(shí)，由一個(gè)任務(wù)衍生出多個(gè)問(wèn)題，比如，什么是橋？為什么人類(lèi)要建造橋梁？橋梁的功能是什么？橋的分類(lèi)有哪些？你見(jiàn)過(guò)的橋是什么類(lèi)型的？等等。學(xué)生通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的探究，加深了對(duì)橋的認(rèn)識(shí)和理解，能夠感受到技術(shù)與工程對(duì)我們生活的影響。

在開(kāi)展STEM理念大單元學(xué)習(xí)中，學(xué)生參與了設(shè)計(jì)的四類(lèi)實(shí)踐：審美性實(shí)踐、社會(huì)性實(shí)踐、探究性實(shí)踐和技術(shù)性實(shí)踐。學(xué)生以考察者的身份去調(diào)查了解廣東各式各樣的橋，了解橋的歷史和背后的故事，體驗(yàn)城市的發(fā)展變化；以攝影師的身份去記錄橋，向同學(xué)、老師展現(xiàn)不同橋梁的建筑美；以建筑學(xué)家的角色去研究橋梁的結(jié)構(gòu)，收集數(shù)據(jù)，做實(shí)驗(yàn)，探究橋的建造里包含的科學(xué)原理；以設(shè)計(jì)師和工程師的身份去設(shè)計(jì)建造橋，從美學(xué)、生態(tài)學(xué)、科學(xué)、建筑學(xué)等不同學(xué)科的角度綜合考慮?？此品稚⒌男』顒?dòng)實(shí)際構(gòu)建了大活動(dòng)，借助參觀、調(diào)研、考察、動(dòng)手、實(shí)驗(yàn)等形式，注重學(xué)生的問(wèn)題解決過(guò)程，逐步形成學(xué)科內(nèi)綜合以及跨學(xué)科多主題（體驗(yàn)類(lèi)、知識(shí)類(lèi)、探究類(lèi)、動(dòng)手類(lèi)等）的活動(dòng)內(nèi)容。

通過(guò)前期的學(xué)習(xí)，學(xué)生在設(shè)計(jì)建造橋的時(shí)候會(huì)考慮多種因素，如采用什么樣的材料，是否只有報(bào)紙才可以。在今天，很多家庭都不怎么買(mǎi)報(bào)紙了，能否用3D打印的材料，是做拱形橋還是拉索橋，支撐橋面的結(jié)構(gòu)是用圓柱形的空心紙筒組合還是用三角形的組合，是否用橫梁加固橋面，橋柱做成什么樣的形狀抗彎曲能力比較強(qiáng)，都是他們?cè)俅慰紤]和討論的問(wèn)題。這時(shí)，教師需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)材料和設(shè)計(jì)建造橋的要求進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步討論，讓學(xué)生參與到評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定中。在計(jì)算材料和評(píng)估制作的費(fèi)用、評(píng)估橋的抗彎曲能力時(shí)，需要數(shù)學(xué)知識(shí)。為了讓橋的設(shè)計(jì)更美觀，甚至可以讓學(xué)生去咨詢和參考美術(shù)老師的意見(jiàn)，或嘗試用電腦軟件畫(huà)圖。這在某種程度上也體現(xiàn)了完成一個(gè)技術(shù)和工程任務(wù)，確實(shí)是多學(xué)科融合，也需要多個(gè)學(xué)科的知識(shí)。

在STEM的理念下開(kāi)展大單元學(xué)習(xí)，學(xué)生以任務(wù)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行自主探究和小組合作學(xué)習(xí)，以小組為單位進(jìn)行調(diào)查、設(shè)計(jì)、分工合作。在進(jìn)行建造、交流和分享的過(guò)程中，教師要尊重學(xué)生的主體作用，充分發(fā)揮自身的主導(dǎo)作用，及時(shí)給予學(xué)生指導(dǎo)和幫助。但評(píng)價(jià)是為了支持與促進(jìn)學(xué)習(xí)，所以在STEM理念下開(kāi)展大單元學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)也需要采用多種形式，包括過(guò)程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)。過(guò)程性評(píng)價(jià)是讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)中的參與度、積極性、合作性等幾個(gè)方面進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，突出評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的作用，使評(píng)價(jià)更加全面和科學(xué)。過(guò)程性評(píng)價(jià)量表的評(píng)價(jià)維度主要包括學(xué)生能力、合作、學(xué)習(xí)態(tài)度三個(gè)方面。詳見(jiàn)表2。圖1、圖2是學(xué)生討論、設(shè)計(jì)橋的過(guò)程圖和最后的成品圖展示。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)STEM理念下的大單元教學(xué)實(shí)踐，把單一的一課一課學(xué)習(xí)的知識(shí)轉(zhuǎn)化成一個(gè)項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)，既給學(xué)生創(chuàng)設(shè)了情境，又有主題，打破了課本上用報(bào)紙去做一做“橋”的局限。另外，在材料的選擇上比較多元，可以用紙板、木條、廢舊物品等，又有一定的開(kāi)放性，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)既可以考慮承重性，又可以考慮創(chuàng)意和美觀。在教師的引導(dǎo)下，每位學(xué)生有事可做，有的進(jìn)行設(shè)計(jì)，有的進(jìn)行制作，有的進(jìn)行美化，有的進(jìn)行拉票，有的準(zhǔn)備材料，為小組合作貢獻(xiàn)自己的力量。對(duì)比傳統(tǒng)教學(xué)，STEM理念下的“形狀與結(jié)構(gòu)”的大單元教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生參與度高，合作能力強(qiáng)，最終85.6%以上的學(xué)生高質(zhì)量地完成了做橋的任務(wù)。

綜上所述，STEM理念下開(kāi)展的大單元教學(xué)實(shí)踐相較之前進(jìn)行的傳統(tǒng)教學(xué)對(duì)于學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)化的知識(shí)有著積極的意義；教學(xué)以項(xiàng)目化任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，關(guān)聯(lián)多學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)和運(yùn)用，不斷地引導(dǎo)和驅(qū)動(dòng)學(xué)生達(dá)成概念知識(shí)的學(xué)習(xí)和進(jìn)階。而學(xué)習(xí)過(guò)程中的調(diào)查、運(yùn)用和設(shè)計(jì)制作也進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生的知識(shí)體系，培養(yǎng)了學(xué)生的社會(huì)參與度，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)技術(shù)和生活關(guān)聯(lián)的感受，最終既促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念的掌握和理解，又培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用、動(dòng)手操作的實(shí)踐能力，在實(shí)踐中發(fā)展學(xué)生的工程性科學(xué)思維。

參考文獻(xiàn)：

［1］余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式［J］.開(kāi)放教育研究，2015，21（4）：13-22.

［2］董艷，徐淑華，楊洋.SSI教育與STEM教育的融合路徑研究［J］.中國(guó)電化教育，2022（10）：64-71.

［3］崔允漷.學(xué)科核心素養(yǎng)呼喚大單元教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.上海教育科研，2019（4）.

［4］李玉峰，盧巍.大概念統(tǒng)領(lǐng)的小學(xué)科學(xué)課例開(kāi)發(fā)［J］.現(xiàn)代教育，2022（1）：61-64.

（作者單位：廣州市天河區(qū)華景小學(xué)）

編輯：溫雪蓮