探索創(chuàng)客教育與科學(xué)課整合的設(shè)計(jì)

嚴(yán)軍峰

〔摘? ? 要〕? 創(chuàng)客教育是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的有效途徑。創(chuàng)客教育要重新定位師生關(guān)系，拓展教師角色內(nèi)涵，搭建全新工作模式。本文從課程目標(biāo)整合、課程內(nèi)容整合、課程實(shí)踐三個(gè)維度建構(gòu)了創(chuàng)客教育與小學(xué)科學(xué)課程整合的思路，重點(diǎn)打造探究式小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；創(chuàng)客教育；課程設(shè)計(jì)

〔中圖分類號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? ? （2024）? 13? ? 004-006

創(chuàng)客教育遵循探究體驗(yàn)的教育理念，融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等知識(shí)與技能，學(xué)生主要通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐及創(chuàng)造性學(xué)習(xí)獲得能力的提升。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，我市多個(gè)鄉(xiāng)村小學(xué)開(kāi)設(shè)了創(chuàng)客社團(tuán)，但在一些創(chuàng)客項(xiàng)目上過(guò)多地強(qiáng)調(diào)創(chuàng)客技術(shù)本身，而忽略了與其他學(xué)科的整合，比如說(shuō)科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)在創(chuàng)客課程中還有待進(jìn)一步融合。教育部于2017年２月對(duì)《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）進(jìn)行了修訂和完善，《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)小學(xué)科學(xué)教育的課程性質(zhì)、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容等做出詳細(xì)規(guī)定?！稑?biāo)準(zhǔn)》提出，不僅要讓學(xué)生掌握一般的思維方法，如分析與綜合、比較與分類、抽象與概括、歸納與演繹、聯(lián)想與想象、重組思維、發(fā)散思維、突破定式等基本的思維方法及其在科學(xué)領(lǐng)域的具體應(yīng)用，還要掌握科學(xué)思維方法，即模型理解和模型建構(gòu)、推理與論證、創(chuàng)新等科學(xué)思維方法。探究實(shí)踐指的是科學(xué)探究和工程實(shí)踐，是學(xué)生的關(guān)鍵能力之一，主要在于了解和探索自然、獲得科學(xué)知識(shí)、解決科學(xué)問(wèn)題，以及在開(kāi)展技術(shù)與工程實(shí)踐的過(guò)程中形成科學(xué)探究能力、技術(shù)與工程實(shí)踐能力和自主學(xué)習(xí)能力，強(qiáng)調(diào)“合作”“創(chuàng)造性”“批判思維”和“想象力”的培養(yǎng)。這與創(chuàng)客教育的探究式學(xué)習(xí)相一致。因此，與創(chuàng)客教育的整合是小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)的重要研究方向。

一、創(chuàng)客教育與小學(xué)科學(xué)課程整合的目標(biāo)設(shè)計(jì)

（一）建構(gòu)課程整合的目標(biāo)體系

對(duì)于課程整合而言，課程目標(biāo)的制訂直接關(guān)系到課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)、實(shí)施以及評(píng)價(jià)。小學(xué)科學(xué)的目標(biāo)包括科學(xué)探究，科學(xué)知識(shí)與技能，科學(xué)態(tài)度，情感價(jià)值觀，學(xué)科、技術(shù)與社會(huì)關(guān)系。創(chuàng)客課程的目標(biāo)是鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造，在創(chuàng)造過(guò)程中有效地使用數(shù)字化工具（包括開(kāi)源硬件、3D打印、計(jì)算機(jī)、小型車(chē)床、激光切割機(jī)等），培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探索問(wèn)題、解決問(wèn)題過(guò)程中，將自己的想法作品化，并具備獨(dú)立的創(chuàng)造思維與解決問(wèn)題的綜合能力的一種教育方式。小學(xué)科學(xué)應(yīng)在科學(xué)課程目標(biāo)中體現(xiàn)創(chuàng)客教育的相關(guān)內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)整合創(chuàng)客教育與科學(xué)課程的目的。例如，在小學(xué)科學(xué)的目標(biāo)中增加技術(shù)要點(diǎn)、工程思維以及數(shù)學(xué)問(wèn)題，從而提升學(xué)生綜合素養(yǎng)，掌握科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)。結(jié)合創(chuàng)客教育和科學(xué)課程的課程標(biāo)準(zhǔn)和培養(yǎng)目標(biāo)，可以將兩者課程目標(biāo)整合為以下幾個(gè)方面。

1.科學(xué)知識(shí)與工程技術(shù)

掌握物質(zhì)、生命、地球與宇宙、工程與技術(shù)、數(shù)學(xué)領(lǐng)域的基本原理和知識(shí)；

把握物質(zhì)、生命、地球與宇宙、工程與技術(shù)、數(shù)學(xué)領(lǐng)域之間的跨學(xué)科概念；

了解在工程實(shí)踐中，不同學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)例，闡述各學(xué)科知識(shí)的結(jié)合機(jī)制；

掌握基于硬件的簡(jiǎn)單編程、機(jī)械結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)等基本知識(shí)。

2.科學(xué)探究與工程實(shí)踐

獲得科學(xué)知識(shí)的過(guò)程有計(jì)劃、有目的；

了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐的一般概念，掌握兩者的共同之處；

掌握科學(xué)探究與工程實(shí)踐的一般方法以及兩者之間的關(guān)系；

重點(diǎn)理解數(shù)學(xué)當(dāng)中的抽象模型、坐標(biāo)、比例尺等量化工具和相關(guān)概念；

培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)探究能力和批判思維，培養(yǎng)提問(wèn)能力；

培養(yǎng)充分利用科學(xué)知識(shí)和技術(shù)資源的能力，實(shí)現(xiàn)基于工程問(wèn)題的創(chuàng)新實(shí)踐。

3.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)生活

形成勤于探究、樂(lè)于合作、尊重事實(shí)、踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；

培養(yǎng)對(duì)于科學(xué)事業(yè)和與工程、科學(xué)、技術(shù)相關(guān)職業(yè)的尊重感、崇拜感和期待感；

辯證看待科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境之間的關(guān)系；

培養(yǎng)從問(wèn)題出發(fā)，利用技術(shù)和資源改善生活的創(chuàng)造意識(shí)；

培養(yǎng)從生活出發(fā)，從多角度營(yíng)造綠色家園的環(huán)保意識(shí)；

培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)生活的熱愛(ài)。

（二）課程目標(biāo)融入創(chuàng)新的能力要求

根據(jù)創(chuàng)客教育與小學(xué)科學(xué)課程整合的目標(biāo)模型，小學(xué)科學(xué)課需體現(xiàn)相應(yīng)的創(chuàng)客素養(yǎng)，其中創(chuàng)造力是最為關(guān)鍵的能力?？箵粢咔槠陂g，在進(jìn)行基于“創(chuàng)客理念”設(shè)計(jì)小學(xué)科學(xué)“居家保學(xué)”系列公開(kāi)課課程中，凸顯了對(duì)創(chuàng)造力的具體培養(yǎng)要求，并落實(shí)到每節(jié)課的具體要求中。例如，第一課時(shí)《我是防疫小博士》的具體目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)認(rèn)識(shí)新冠肺炎，學(xué)會(huì)正確佩戴口罩，從而科學(xué)防疫。通過(guò)“自制口罩”活動(dòng)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、表達(dá)能力等，這些能力都屬于創(chuàng)客素養(yǎng)。

二、創(chuàng)客教育與小學(xué)科學(xué)課程整合的內(nèi)容設(shè)計(jì)

（一）課程內(nèi)容注重交叉融合

筆者對(duì)小學(xué)科學(xué)課程和創(chuàng)客課程的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了梳理和比較，兩者之間有部分可以融合的內(nèi)容和素養(yǎng)。小學(xué)科學(xué)課程的內(nèi)容（生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、宇宙科學(xué)）構(gòu)成創(chuàng)客課程中“科學(xué)”元素的主要內(nèi)容；創(chuàng)客教育（機(jī)器人、激光切割、３Ｄ打印、編程）成為小學(xué)科學(xué)課程中“藝術(shù)”與“技術(shù)”元素的補(bǔ)充；兩門(mén)課程內(nèi)容的交叉融合形成科學(xué)、藝術(shù)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)圍繞“工程問(wèn)題”構(gòu)成的課程內(nèi)容主體結(jié)構(gòu)。

（二）課程內(nèi)容注重層級(jí)分布

小學(xué)科學(xué)課程與創(chuàng)客課程的融合目標(biāo)需在不同年級(jí)體現(xiàn)層級(jí)性。例如，對(duì)比四年級(jí)和五年級(jí)《從分子到有機(jī)體：結(jié)構(gòu)和過(guò)程》這一課的素養(yǎng)要求，不同年級(jí)對(duì)科學(xué)與工程實(shí)踐考察、核心概念及內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)有所不同。針對(duì)四年級(jí)學(xué)生的能力水平，本課可以證據(jù)為基礎(chǔ)，用證據(jù)、數(shù)據(jù)或者模型的形式來(lái)呈現(xiàn)一個(gè)觀點(diǎn)，用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在結(jié)構(gòu)與功能上，動(dòng)植物都有內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)，它們起著關(guān)鍵作用。針對(duì)五年級(jí)學(xué)生的能力要素，除了用證據(jù)、數(shù)據(jù)或者模型的形式來(lái)呈現(xiàn)一個(gè)觀點(diǎn)之外，還要質(zhì)疑。在能量和物質(zhì)的內(nèi)容上，能量在有機(jī)體中進(jìn)行輸入、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存、輸出?？梢钥闯?，五年級(jí)的課程內(nèi)容和素養(yǎng)表現(xiàn)比四年級(jí)的更有深度，更加契合五年級(jí)學(xué)生的發(fā)展需要和能力要素。所以，建構(gòu)小學(xué)科學(xué)與創(chuàng)客教育的課程體系，需要在每一個(gè)年級(jí)中將學(xué)科核心概念與工程實(shí)踐、跨學(xué)科概念進(jìn)行整合。

（三）課程內(nèi)容注重與生活聯(lián)系

基于創(chuàng)客理念設(shè)計(jì)的小學(xué)科學(xué)課程整合的研究，教師可以選擇來(lái)源于生活的課題，鏈接學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。例如《我是防疫小博士》這一課，面對(duì)突如其來(lái)的疫情，武漢封城，全民居家隔離，口罩變得供不應(yīng)求。第一課時(shí)教師運(yùn)用信息輸入的方式讓學(xué)生了解了新冠病毒和如何阻止病毒傳播，對(duì)身體免疫機(jī)制進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過(guò)人體“免疫”功能的數(shù)據(jù)模型介紹，引導(dǎo)學(xué)生了解人體的免疫系統(tǒng)，建立科學(xué)健康的生活觀念。第二課時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)一步走近病毒，了解病毒的由來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生建立“生命平等”的意識(shí)。第三課時(shí)學(xué)生通過(guò)了解人類與病毒作戰(zhàn)的歷史，認(rèn)識(shí)對(duì)抗病毒強(qiáng)有力的武器“疫苗”，知道科學(xué)技術(shù)在抗疫過(guò)程中的重要作用。

三、創(chuàng)客教育與小學(xué)科學(xué)課程整合的《凈化空氣》案例

（一）課程導(dǎo)入

謎語(yǔ)導(dǎo)入：教師通過(guò)謎語(yǔ)“說(shuō)個(gè)寶，道個(gè)寶，萬(wàn)物生存離不了，生你身邊看不見(jiàn)，越往高處它越少”來(lái)引起學(xué)生的興趣。

詢問(wèn)學(xué)生：你最近有沒(méi)有關(guān)注有關(guān)空氣的新聞？根據(jù)學(xué)生的談?wù)?，引發(fā)學(xué)生對(duì)空氣污染問(wèn)題的思考。

（二）探究活動(dòng)1：空氣

1.猜一猜

猜猜袋子里有什么？

多個(gè)牛皮紙袋，里面裝了不同的物品，其中有一個(gè)紙袋里面什么都沒(méi)裝。

2.步驟

讓學(xué)生通過(guò)觸覺(jué)感知，在不打開(kāi)袋子的情況下，猜猜袋子里有什么；

學(xué)生可以用觸摸、輕敲等方式猜測(cè)；

當(dāng)學(xué)生認(rèn)為有一個(gè)袋子什么也沒(méi)裝時(shí)，教師提問(wèn)：袋子里如果什么都沒(méi)裝，怎么會(huì)鼓起來(lái)呢？

將袋子里的“東西”通過(guò)導(dǎo)管放進(jìn)水里，發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生。

（三）探究活動(dòng)2：空氣的成分

1.出示數(shù)據(jù)圖

通過(guò)空氣物質(zhì)分布餅圖，告訴學(xué)生空氣中除了包含氧氣占21％、氮?dú)饧s占78％、其他氣體1％之外，還有許多顆粒物。直徑小于2.5微米的懸浮顆粒聚集之后形成“霾”。

2.觀看視頻

3.思考

請(qǐng)你們思考一下：空氣中的霾會(huì)對(duì)我們的健康造成什么危害呢？

（四）探究活動(dòng)3：顯微鏡下的霾

1.顯微鏡的使用

教師提前準(zhǔn)備一個(gè)生物結(jié)構(gòu)，安放在載玻片上，讓學(xué)生依次到目鏡前觀察，并調(diào)節(jié)目鏡和物鏡的倍數(shù)，使被觀察的物質(zhì)更加清楚，確保在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生能夠正確地使用顯微鏡進(jìn)行觀察，為下面的實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。

2.查閱相關(guān)資料

猜測(cè)剛才在顯微鏡下觀察到的是什么物質(zhì)。

（五）遷移：自制空氣凈化器

霧霾會(huì)影響我們的健康，如何讓居住環(huán)境的空氣變得更好呢？除了保護(hù)環(huán)境之外，我們還可以自制一個(gè)空氣凈化器，為我們的健康保駕護(hù)航。教師可補(bǔ)充講解植物的呼吸作用、蒸騰作用以及對(duì)環(huán)境的影響。

1.材料

塑料板、電動(dòng)小風(fēng)扇、電池組、手工刀、密封膠帶、空氣過(guò)濾網(wǎng)。

2.思路

利用風(fēng)扇將空氣吸進(jìn)管道中，經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾網(wǎng)的過(guò)濾，減少空氣中的霾等雜質(zhì)，達(dá)到凈化空氣的作用。

以上課例以“凈化空氣”為主題，從知識(shí)與技能、內(nèi)容和方法、情感態(tài)度價(jià)值觀三個(gè)維度考慮小學(xué)科學(xué)課程與創(chuàng)客課程的整合要素。在知識(shí)與技能設(shè)計(jì)中，使學(xué)生了解空氣的組成，了解霧霾是什么，學(xué)習(xí)處理霧霾的方法。通過(guò)視頻和小實(shí)驗(yàn)的方式，讓學(xué)生知道空氣的組成；通過(guò)聯(lián)系身邊的環(huán)境，讓學(xué)生知道空氣中霧霾對(duì)身體的危害；通過(guò)顯微鏡觀察，找到霧霾的特點(diǎn)以及除掉霧霾的方法。在情感態(tài)度與價(jià)值觀的設(shè)定上，考慮到認(rèn)識(shí)保護(hù)空氣質(zhì)量的重要性；保護(hù)自己的健康，遠(yuǎn)離霧霾的危害；積極宣傳環(huán)保，加強(qiáng)自身環(huán)保意識(shí)。最后，讓學(xué)生通過(guò)創(chuàng)客技術(shù)自制凈化器，使探究成果物化，實(shí)現(xiàn)科學(xué)與創(chuàng)客的融合。另外，學(xué)生參與創(chuàng)客和科學(xué)課程活動(dòng)需要有具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)需要根據(jù)知識(shí)與技能、內(nèi)容和方法、情感態(tài)度價(jià)值觀三個(gè)維度來(lái)設(shè)置。

筆者希望通過(guò)創(chuàng)客整合的小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)研究，為科學(xué)教育和創(chuàng)客教育的研究提供理論支持。筆者也希望通過(guò)該類課程目標(biāo)體系的構(gòu)建、課程內(nèi)容模型的設(shè)計(jì)，為學(xué)生提供一個(gè)有意義的、充實(shí)的、快樂(lè)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

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