基于信息技術(shù)的“科工融合”教學(xué)策略思考與實(shí)踐

姚毅鋒 楊暖

【摘 要】“科工融合”的小學(xué)科學(xué)課堂可以讓學(xué)生經(jīng)歷完整的科學(xué)探究與工程設(shè)計(jì)過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與工程思維，而信息技術(shù)的應(yīng)用又能為科學(xué)課堂注入新的活力?；诖耍疚膹男畔⒓夹g(shù)應(yīng)用視角提出了小學(xué)科學(xué)中的“科工融合”教學(xué)策略，包括技術(shù)型腳手架支持工程理解；建立“科工融合”的學(xué)習(xí)環(huán)境；借助計(jì)算機(jī)輔助形成伴隨式評(píng)價(jià)等。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；科工融合；教學(xué)策略

【中圖分類號(hào)】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）06-081-02

引? 言

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中倡導(dǎo)以探究和實(shí)踐為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動(dòng)參與、動(dòng)手動(dòng)腦、積極體驗(yàn)，經(jīng)歷科學(xué)探究以及技術(shù)與工程實(shí)踐的過程[1]?？茖W(xué)和工程的融合，為理科類教師進(jìn)行跨學(xué)科教學(xué)提供了一個(gè)“超學(xué)科”研究范疇?！翱乒と诤稀奔饶転閷W(xué)生創(chuàng)設(shè)更加真實(shí)合理的問題情境，又能夠激發(fā)學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，也為課堂實(shí)施提供了多方位賦能。因此，本研究將從信息技術(shù)視角進(jìn)一步探索如何在科學(xué)課堂中有效滲透“科工融合”。

“科工融合”的邏輯起點(diǎn)分析

基于學(xué)生的認(rèn)識(shí)特點(diǎn)分析“科工融合”的邏輯起點(diǎn)。學(xué)生的科學(xué)認(rèn)識(shí)過程有其獨(dú)特之處，葉寶生指出：學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)時(shí)既有重演律特征，又有現(xiàn)象學(xué)特征[2]。重演律特征指個(gè)體科學(xué)學(xué)習(xí)過程重演人類科學(xué)認(rèn)識(shí)過程，而現(xiàn)象學(xué)特征則指兒童科學(xué)認(rèn)識(shí)會(huì)傾向于關(guān)注科學(xué)現(xiàn)象，但難以接受規(guī)律性的學(xué)習(xí)。因此，學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐與科學(xué)認(rèn)識(shí)相輔相成：在科學(xué)實(shí)踐之中接收不同的現(xiàn)象，理解科學(xué)知識(shí)的規(guī)律性；同時(shí)在不斷試錯(cuò)中修正單一的認(rèn)識(shí)，全面認(rèn)識(shí)科學(xué)現(xiàn)象，形成良好的“認(rèn)識(shí)—實(shí)踐”循環(huán)。

學(xué)生的工程學(xué)習(xí)聚焦于現(xiàn)實(shí)生活中會(huì)遇到的具有現(xiàn)實(shí)意義的、開放性的問題，為學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)提供了充分的實(shí)踐平臺(tái)?？茖W(xué)探究與工程設(shè)計(jì)二者互相融合能夠促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。一方面，工程設(shè)計(jì)可以被看作是一種應(yīng)用性的科學(xué)實(shí)踐，作為一種科學(xué)教學(xué)方法；另一方面，科學(xué)知識(shí)在工程設(shè)計(jì)的過程中又能作為子系統(tǒng)被調(diào)用?！翱乒と诤稀本褪窍Ｍ囵B(yǎng)“像科學(xué)家一樣思考，像工程師一樣解決問題”的學(xué)生。

“科工融合”的科學(xué)教學(xué)能夠在貼近生活情境的工程問題中引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷完整的科學(xué)探究與工程設(shè)計(jì)過程，學(xué)生在充分理解問題以及限制條件的基礎(chǔ)上對(duì)必要的科學(xué)概念與科學(xué)規(guī)律展開探究，掌握一定的基礎(chǔ)知識(shí)。并以基礎(chǔ)知識(shí)為依托，借助工程思維設(shè)計(jì)問題解決方案、進(jìn)行測試與改進(jìn)，使方案最優(yōu)化。

基于“科工融合”的科學(xué)教學(xué)策略

1.技術(shù)型腳手架支持工程理解

工程設(shè)計(jì)具有一定的挑戰(zhàn)性，需要教師提供腳手架為學(xué)生降低準(zhǔn)入門檻。教育技術(shù)中的腳手架傾向于用來描述工具提供的支持，工具和資源不僅能夠使學(xué)習(xí)的知識(shí)、學(xué)生的思維甚至學(xué)習(xí)的過程可視化，并且能夠促進(jìn)同伴互動(dòng)。

“科工融合”所面臨的一大問題就是工程設(shè)計(jì)過程被“手工化”，被等同于動(dòng)手拼搭等基本操作。因此，需基于思維可視化建立學(xué)生的工程意識(shí)。首先，需要讓學(xué)生理解“工程是什么”“怎么做工程”兩大問題。同時(shí)，工程設(shè)計(jì)過程具有復(fù)雜性和不確定性，它并不是一個(gè)線性的、一成不變的靜態(tài)框架，而是一個(gè)非線性的、循環(huán)的過程。學(xué)生需要在反復(fù)的設(shè)計(jì)、測試、再設(shè)計(jì)循環(huán)中反思自己的失敗原因，澄清并矯正原有的錯(cuò)誤認(rèn)知，形成自己的學(xué)習(xí)和實(shí)踐方式。借助思維可視化的技術(shù)型腳手架能夠更好地幫助學(xué)生完成工程設(shè)計(jì)過程，既能起到厘清思路、活化思維的顯性作用，也有探查思維缺陷、發(fā)展思維的隱性作用。

2.建立“科工融合”的學(xué)習(xí)環(huán)境

建立“科工融合”的學(xué)習(xí)環(huán)境有助于學(xué)生的連貫性理解以及自主學(xué)習(xí)能力的形成，主要呈現(xiàn)形式是基于網(wǎng)絡(luò)的整合性學(xué)習(xí)環(huán)境。不同的功能被嵌入到該學(xué)習(xí)環(huán)境中，包括但不限于交流討論、制作概念圖、檔案評(píng)價(jià)等功能。如科學(xué)探究環(huán)境WISE基于知識(shí)整合的理論原則將科學(xué)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵步驟凝煉成科學(xué)探究程序和對(duì)應(yīng)任務(wù)，同時(shí)利用模擬、可視化工具、建模工具突破抽象概念學(xué)習(xí)的阻力[3]。其中，在“科工融合”的科學(xué)課程中設(shè)置計(jì)算建模環(huán)境可以幫助學(xué)生更清晰地表征復(fù)雜現(xiàn)象和數(shù)學(xué)關(guān)系，幫助學(xué)生更好地進(jìn)行作品迭代，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。科學(xué)可視化則是能夠通過直觀的表征助力學(xué)生的工程設(shè)計(jì)，幫助他們了解潛在的科學(xué)概念以及每項(xiàng)工程決策的后果。

然而，在“科工融合”的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生可能無法自主尋找腳手架支持自己學(xué)習(xí)的意識(shí)，因此，教師的適度引導(dǎo)也是必不可少的。教師引導(dǎo)需要具有適時(shí)性、適度性與引導(dǎo)性。適度性指的是教師需要充分診斷學(xué)生的學(xué)情，確定學(xué)生現(xiàn)有水平與教學(xué)目標(biāo)之間的差距，以此為依據(jù)提供強(qiáng)度適宜的腳手架。適時(shí)性指的是把握不同腳手架的呈現(xiàn)時(shí)機(jī)，也就是不同的教學(xué)環(huán)節(jié)需要針對(duì)學(xué)生的需求提供不同的腳手架。引導(dǎo)性指的是教師需要引導(dǎo)學(xué)生有意識(shí)地借助腳手架達(dá)成自己的目的，而非放任不管。

3.借助信息技術(shù)平臺(tái)輔助形成伴隨式評(píng)價(jià)

在科學(xué)課中融入工程教育核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的工程思維與科學(xué)思維，使其在遇到真實(shí)問題時(shí)能夠自主地運(yùn)用這兩種思維進(jìn)行思考。因此，若一味地給學(xué)生提供腳手架而不去考慮腳手架的撤除，則難以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性。教師需要在監(jiān)測學(xué)生發(fā)展的基礎(chǔ)上逐漸將學(xué)習(xí)責(zé)任轉(zhuǎn)移給學(xué)生，使學(xué)生跨越不同階段的最近發(fā)展區(qū)，真正地提升自己的能力。

逐步讓渡責(zé)任模式認(rèn)為，在教學(xué)過程中，教師可以隨著學(xué)生能力的發(fā)展轉(zhuǎn)變角色，從主要推動(dòng)者轉(zhuǎn)變成為參與較少的指導(dǎo)者與幫助者，使學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中承擔(dān)更多、更重要的責(zé)任。皮爾遜和加拉格爾提出，認(rèn)知負(fù)荷應(yīng)該緩慢而有目的地從教師開始轉(zhuǎn)移，以示范、共同負(fù)責(zé)、獨(dú)立實(shí)踐和應(yīng)用作為路徑最終轉(zhuǎn)移至學(xué)生身上。在這個(gè)模型中，教師在一段時(shí)間內(nèi)通過調(diào)整教學(xué)支架逐漸將執(zhí)行任務(wù)的責(zé)任轉(zhuǎn)移給學(xué)生，這段時(shí)間可能是一個(gè)小時(shí)、一個(gè)星期、一個(gè)月或更長，取決于所教授技能的復(fù)雜性。逐步釋放責(zé)任學(xué)習(xí)理論與傳統(tǒng)的顯性教學(xué)理論不同，它認(rèn)為“學(xué)習(xí)是通過與他人的互動(dòng)發(fā)生的”。這些交互是有意的，能夠推動(dòng)具體學(xué)習(xí)的發(fā)生。目前，最為公認(rèn)的逐步讓渡責(zé)任模式主要是遞進(jìn)式三個(gè)階段，即從示范到指導(dǎo)下的實(shí)踐，再到獨(dú)立實(shí)踐[4]，為“科工融合”的小學(xué)科學(xué)教學(xué)提供了一定的思路。

而逐步讓渡責(zé)任的基礎(chǔ)是學(xué)生的個(gè)性化評(píng)價(jià)與監(jiān)測，研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)用信息技術(shù)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境能夠較準(zhǔn)確地評(píng)估學(xué)生的工程設(shè)計(jì)過程，勾勒學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡。因此，可以利用結(jié)構(gòu)化工具對(duì)學(xué)生需要掌握的重要技能，尤其是高階學(xué)習(xí)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。以此為學(xué)生提供伴隨式的個(gè)性化指導(dǎo)，挖掘和分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的系列影響因素，對(duì)學(xué)習(xí)支架的強(qiáng)度與提供力度進(jìn)行調(diào)整，從而促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)。

注：本文系深圳市教育科研專家工作專項(xiàng)課題“素養(yǎng)導(dǎo)向的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)案例開發(fā)與評(píng)價(jià)研究”（課題編號(hào)：kyzj4p020）成果之一

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