船的研究

李溯源

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》指出：“義務(wù)教育科學(xué)課程是一門體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的綜合性基礎(chǔ)課程，具有實(shí)踐性?！盵1] 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)、體現(xiàn)學(xué)習(xí)本質(zhì)的教學(xué)模式。“船的研究”是小學(xué)《科學(xué)》（教科版）新增內(nèi)容，對(duì)應(yīng)技術(shù)與工程領(lǐng)域，采用大單元組織形式，以船的發(fā)展史為主線，符合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的切入與實(shí)施[2]。如何引導(dǎo)孩子在真實(shí)問題情境中運(yùn)用科學(xué)思維和方法持續(xù)探究，做思結(jié)合，建立科學(xué)觀念呢？筆者認(rèn)為可以打造“三鏈六階二迭代”學(xué)習(xí)模型，開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。

教材解讀、學(xué)情分析與目標(biāo)定位

教材解讀

船是常見且重要的交通工具，船的發(fā)展史是人類科技進(jìn)步史的一部分，體現(xiàn)了人類發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程，蘊(yùn)含豐富的科學(xué)資源和教育價(jià)值。新的領(lǐng)域帶來新的結(jié)構(gòu)，以船的材料、構(gòu)造、動(dòng)力等演化節(jié)點(diǎn)為單元邏輯，呈現(xiàn)“產(chǎn)生問題—設(shè)計(jì)產(chǎn)品—完成項(xiàng)目”的發(fā)展過程，在提升船穩(wěn)定性、載重量和動(dòng)力性能的情境中，運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等工具，在設(shè)計(jì)、制作、測(cè)評(píng)中動(dòng)手優(yōu)化工程模型，“做中學(xué)，做中悟”的特征更加明顯（見圖1）。

學(xué)情分析

本單元實(shí)施前，教師要設(shè)計(jì)表格，做好學(xué)情調(diào)查。從調(diào)查結(jié)果（見表1）可以看出，學(xué)生對(duì)船的了解不多，想研究的問題比較多，但不盡一致。學(xué)生原有認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)有限，教學(xué)定位需適切學(xué)生學(xué)習(xí)水平。教師要把握學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)和前概念類型，找準(zhǔn)教學(xué)起點(diǎn)，做到無縫對(duì)接。

目標(biāo)定位

“船的研究”屬于技術(shù)與工程領(lǐng)域，對(duì)應(yīng)課標(biāo)的學(xué)習(xí)內(nèi)容如下：

● 12.1 技術(shù)與工程創(chuàng)造了人造物，技術(shù)的核心是發(fā)明，工程的核心是建造；

● 12.2 技術(shù)與工程改變了人們的生產(chǎn)和生活；

● 12.3 科學(xué)、技術(shù)、工程相互影響與促進(jìn)。

對(duì)應(yīng)的學(xué)科核心概念有兩個(gè)：一是“技術(shù)、工程與社會(huì)”；二是“工程設(shè)計(jì)與物化”。

跨學(xué)科概念有“系統(tǒng)與模型”和“結(jié)構(gòu)與功能”兩個(gè)。

其科學(xué)素養(yǎng)目標(biāo)分解如下。

科學(xué)觀念 ①理解工程技術(shù)的內(nèi)涵，理解科學(xué)本質(zhì)，讓學(xué)生經(jīng)歷“問題—設(shè)計(jì)—制作—測(cè)試—優(yōu)化”船的研究過程；②建立人的需求、科學(xué)技術(shù)推動(dòng)船的發(fā)展和人類文明進(jìn)程的觀念。

科學(xué)思維 嘗試將人的需求轉(zhuǎn)化為具體的工程技術(shù)問題，綜合運(yùn)用科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程等知識(shí)，提升比較與分類、分析與綜合的科學(xué)思維，形成“設(shè)計(jì)的改進(jìn)、制作的優(yōu)化、評(píng)價(jià)中認(rèn)識(shí)進(jìn)階”的迭代思想。

探究實(shí)踐 ①針對(duì)具體任務(wù)，按照“六進(jìn)階”的基本步驟設(shè)計(jì)與制作；②能將自己簡單的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)圖、模型、實(shí)物和測(cè)試評(píng)價(jià)。

態(tài)度責(zé)任 包括愿景認(rèn)同、責(zé)任分擔(dān)和協(xié)商共贏。①體驗(yàn)“造船”的成功與樂趣，激發(fā)運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)與工程研究和解決問題的興趣；②在“造船”中愿意溝通交流，綜合考慮小組成員的意見，形成集體的觀念；③培養(yǎng)實(shí)事求是、樂于探究和實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度，具備可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)責(zé)任感。

“三鏈六階二迭代”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模型的界定與特點(diǎn)

界定

“三鏈六階二迭代”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（見圖2），“三鏈”是指問題鏈、活動(dòng)鏈、思維鏈，以活動(dòng)鏈為載體，問題鏈為動(dòng)力，思維鏈為目標(biāo)?！傲A”是指讓學(xué)生經(jīng)歷“任務(wù)驅(qū)動(dòng)—量規(guī)前置—多元設(shè)計(jì)—制作模型—檢測(cè)改進(jìn)—展示評(píng)價(jià)”6個(gè)階段，促進(jìn)科學(xué)觀念、科學(xué)實(shí)踐、科學(xué)思維和態(tài)度責(zé)任協(xié)同發(fā)展。其中，“檢測(cè)改進(jìn)”環(huán)節(jié)會(huì)促進(jìn)前置量規(guī)的完善?！岸笔侵疙?xiàng)目式學(xué)習(xí)要經(jīng)歷兩次迭代，一次在“多元設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)草圖，屬于設(shè)計(jì)思維的迭代；第二次在“檢測(cè)改進(jìn)”與“展示評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié)，優(yōu)化船型作品，屬于工程思維的迭代，二者相互依存，相互促進(jìn)。

問題鏈——精準(zhǔn)提問，“問”到好處 問題鏈，即問題成鏈，通常具有“做什么—什么要求—怎么想—怎么說—怎么測(cè)—怎么評(píng)”的推進(jìn)路徑。

活動(dòng)鏈——結(jié)構(gòu)探究，“探”顯邏輯 科學(xué)探究是以活動(dòng)為載體，設(shè)置成6 個(gè)環(huán)節(jié)，形成活動(dòng)鏈：①任務(wù)驅(qū)動(dòng)，指向研究對(duì)象；②制訂量規(guī)，明確評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；③多元設(shè)計(jì)，暴露原有認(rèn)知；④制作模型，完成物化雛形；⑤檢測(cè)改進(jìn)，提出調(diào)整建議；⑥展示評(píng)價(jià)，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

思維鏈——激活思維，“思”達(dá)深度 思維鏈以問題鏈為指向，抓住科學(xué)的本質(zhì)特征，進(jìn)行深度思考，以評(píng)促行。

特點(diǎn)

進(jìn)階上升 經(jīng)歷“提出問題—分析問題—解決問題”典型認(rèn)識(shí)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階。

協(xié)同發(fā)展 問題鏈驅(qū)動(dòng)活動(dòng)鏈，活動(dòng)鏈促進(jìn)思維鏈，思維鏈衍生新的問題鏈。三者相互依存，相互促進(jìn)，螺旋上升，協(xié)同發(fā)展。

實(shí)施：制作“真實(shí)產(chǎn)品”，體現(xiàn)工程迭代

任務(wù)驅(qū)動(dòng)，指向研究對(duì)象

感知 第1 課“船的歷史”從觀看視頻入手，通過觀察發(fā)現(xiàn)船的發(fā)展經(jīng)歷了“舟筏時(shí)代、帆船時(shí)代、蒸汽機(jī)船時(shí)代、燃油機(jī)船時(shí)代……”的過程，豐富學(xué)生認(rèn)知。

疑惑 觀察完畢，讓學(xué)生交流船的發(fā)展史，提出感興趣的問題，如船的內(nèi)部結(jié)構(gòu)怎樣？船為什么可以浮在水面上？船的制作方法有哪些？船的運(yùn)行原理是怎樣的？

發(fā)布 任務(wù)聚焦應(yīng)符合學(xué)生的日常生活，將比較抽象的深?yuàn)W的本質(zhì)問題轉(zhuǎn)為驅(qū)動(dòng)性問題，形成學(xué)習(xí)動(dòng)力。

“小小造船師”項(xiàng)目圍繞“人們是怎么造船的？造船的過程中需要用到哪些技術(shù)？你想自己設(shè)計(jì)并制作一艘小船嗎？”的驅(qū)動(dòng)性問題展開，符合學(xué)生的年齡特點(diǎn)，適切學(xué)生研究水平，引起學(xué)生的探究熱情，迸發(fā)思維火花。

前置量規(guī)，明確評(píng)價(jià)要求

拆解 制造一艘船是一個(gè)系統(tǒng)工程，包括船的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力、載重、穩(wěn)定等子系統(tǒng)，需要拆解任務(wù)，分項(xiàng)設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌考慮。

定標(biāo) 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可以采用逆向設(shè)計(jì)的方法。發(fā)布任務(wù)后，需要學(xué)生參與量規(guī)的制訂。

量規(guī)可以從內(nèi)容維度、內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、表現(xiàn)指標(biāo)和等級(jí)評(píng)定展開（見表2）。①科學(xué)觀念（船的結(jié)構(gòu)、船的功能與學(xué)科聯(lián)結(jié)）；②科學(xué)思維（推理論證與創(chuàng)新思維）；③科學(xué)探究（方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制作、修正完善與評(píng)價(jià)反思）；④科學(xué)態(tài)度（分工合作與個(gè)人貢獻(xiàn)）。有了量規(guī)，就可以做到教、學(xué)、評(píng)一致。

權(quán)衡 前置項(xiàng)目量規(guī)幫助學(xué)生明晰項(xiàng)目任務(wù)，激發(fā)團(tuán)隊(duì)合作積極性，保證項(xiàng)目的順利實(shí)施，規(guī)避后期評(píng)價(jià)時(shí)“走過場(chǎng)”的情況。在“小小造船師”項(xiàng)目實(shí)施前教師呈現(xiàn)清晰的活動(dòng)任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生不僅知道做什么，也明白要怎么做與做成什么樣，突出本項(xiàng)目的針對(duì)性與進(jìn)階性。

多元設(shè)計(jì)，暴露原有認(rèn)知

創(chuàng)意 發(fā)布任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生初步設(shè)計(jì)想要制作的小船，滲透創(chuàng)新思維、設(shè)計(jì)思維、工程思維。

拋出“你想設(shè)計(jì)怎樣的小船”的問題，學(xué)生暢所欲言，奇思妙想，發(fā)散思維，有的小組想制作雙體帆船，有的小組想制作能夠坐人的小船，還有的小組想用家鄉(xiāng)百丈的竹子制作竹筏……

制圖 按照識(shí)別問題與需要設(shè)計(jì)草圖，列明材料清單與成本，要求設(shè)計(jì)圖有尺寸及對(duì)應(yīng)的材料標(biāo)注，繪圖比例合理。以“虎虎生威”

小組為例，一開始他們并沒有用直尺，也沒有標(biāo)注設(shè)計(jì)的尺寸與細(xì)節(jié)說明，設(shè)計(jì)圖經(jīng)歷了多次迭代以后顯得非常清楚，學(xué)生對(duì)技術(shù)與工程的認(rèn)識(shí)、分析的習(xí)慣和能力得到顯著提升（見圖3）。

闡述 舉行設(shè)計(jì)交流會(huì)，結(jié)合圖片交流小組的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行自由組隊(duì)討論設(shè)計(jì)。通過集思廣益，“FMVP”小組在第2 次設(shè)計(jì)小船時(shí)在兩側(cè)增加2 個(gè)大礦泉水瓶，提高穩(wěn)定性（見圖4）。

模型制作，完成物化雛形

選材 根據(jù)制作要求與設(shè)計(jì)圖，綜合成本、屬性等因素，選擇最優(yōu)材料。以“FMVP”組為例，組員對(duì)比了塑料袋、廣告紙、透明膠、泡沫膠等材料，最后選擇了廣告紙、透明膠，突破小船防水的難點(diǎn)。

制作 基于設(shè)計(jì)圖的模型尺寸，制作真實(shí)船模，盡可能達(dá)到模型與設(shè)計(jì)圖的“復(fù)刻”。

“FMVP”組組員嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖將泡沫板裁剪成尖形船首，用硬紙板對(duì)船進(jìn)行加固，經(jīng)過通力合作，完成了小船實(shí)物模型（見圖5）。

診斷 模型與設(shè)計(jì)圖的相似度是診斷的關(guān)鍵。“FMVP”組組員通過對(duì)實(shí)物模型進(jìn)行診斷，發(fā)現(xiàn)模型的尺寸、結(jié)構(gòu)確實(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行，模型與設(shè)計(jì)圖的相似度極高。

?? 檢驗(yàn)評(píng)估，提出調(diào)整建議測(cè)試 學(xué)生自主進(jìn)行多次測(cè)試并記錄，搜集各項(xiàng)測(cè)試的真實(shí)參數(shù)，強(qiáng)調(diào)公平、公正。以“揚(yáng)帆起航”組為例，小組成員對(duì)制作的雙體帆船進(jìn)行了3 次測(cè)試，測(cè)試情況見表3。

甄別 客觀分析數(shù)據(jù)內(nèi)涵，加深理解量規(guī)的意義，甄別所遇問題，以便對(duì)癥下藥。

調(diào)整 針對(duì)問題，作出改進(jìn)（見表4）。

改進(jìn)完善，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

評(píng)判 組織船模交流會(huì)，匯報(bào)者結(jié)合前期問題，清晰表達(dá)數(shù)據(jù)分析后的設(shè)計(jì)，展示并詳述船模的效果。教師應(yīng)著重關(guān)注學(xué)生之間的合作與交流，適時(shí)提醒學(xué)生傾聽，明白交流者的意思，在傾聽完整表述后進(jìn)行回應(yīng)。其他學(xué)生擔(dān)任評(píng)委，進(jìn)行綜合評(píng)判打分（見圖6 和表5）。

推介 團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步修改設(shè)計(jì)圖，并按照最新設(shè)計(jì)圖制作，使船模最優(yōu)化，迭代模型，凸顯科學(xué)思維，最終推介成品。

提升 橫向比較團(tuán)隊(duì)與個(gè)人綜合表現(xiàn)，提升技術(shù)與工程實(shí)踐能力、自我反思能力，形成樂于接受新挑戰(zhàn)的品質(zhì)。不少學(xué)生回顧了設(shè)計(jì)制作船的過程與經(jīng)歷，明白這并不是一蹴而就的，如果有需要改進(jìn)的地方，就要修改方案重新設(shè)計(jì)圖紙，再進(jìn)行制作測(cè)試，從中體會(huì)到了工程技術(shù)的“不簡單”。

此外，將實(shí)踐成果以科技小論文等形式進(jìn)行發(fā)表，再一次感受技術(shù)與工程的魅力，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的相互融合與滲透（見圖7）。

總結(jié)與啟示：拓寬科學(xué)視野，強(qiáng)化學(xué)科融合

量化能力進(jìn)階

依托前置的評(píng)分量表，監(jiān)測(cè)學(xué)生能力的提升，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階，使評(píng)價(jià)更具科學(xué)性。為避免組內(nèi)自評(píng)誤差，可結(jié)合學(xué)生互評(píng)與教師評(píng)價(jià)，減少誤差幾率，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我監(jiān)控，促進(jìn)客觀公正。此外，還可運(yùn)用雷達(dá)圖分析，多維度對(duì)比、分析、綜合學(xué)生主體能力（見圖8）。

強(qiáng)化研究推廣

● 依托“學(xué)?！彝ァ鐣?huì)”一體化關(guān)聯(lián)，打破課堂時(shí)空壁壘，進(jìn)一步拓寬思維型項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施渠道與場(chǎng)域。

● 積極將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)整理成案例報(bào)告，申報(bào)地方精品課程，促進(jìn)案例走向成熟，引導(dǎo)更多的學(xué)生更具創(chuàng)造性地展開實(shí)踐活動(dòng)。

綜上所述，“三鏈六階二迭代”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種理想的學(xué)習(xí)模型，體現(xiàn)素養(yǎng)導(dǎo)向下的教學(xué)理念，指向核心問題，助力實(shí)證探究，促進(jìn)科學(xué)思維，最終培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部．義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M]．北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.4．

[2] 夏雪梅．項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)：學(xué)習(xí)素養(yǎng)視角下地國際與本土實(shí)踐[M]．北京：教育科學(xué)出版社，2021.3．

專家點(diǎn)評(píng)

本文完整呈現(xiàn)了“船的研究”這個(gè)小學(xué)《科學(xué)》（教科版）新增內(nèi)容的案例。案例以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，通過問卷調(diào)查準(zhǔn)確全面地了解學(xué)生的學(xué)情，在對(duì)教材與課程標(biāo)準(zhǔn)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)定了詳細(xì)的教學(xué)目標(biāo)。案例中設(shè)計(jì)了“三鏈六階二迭代”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模型，讓整個(gè)探究活動(dòng)更加有邏輯、有深度。本文寫作線索清晰，內(nèi)容翔實(shí)，語言簡練，值得推薦。