小學科學工程類課程微項目教學策略研究

摘要針對小學科學教師在工程類課程項目化教學過程中遇到的項目內(nèi)容開發(fā)困難、項目體量大、實施時間不足、課程缺少思維含量等問題，開發(fā)以核心素養(yǎng)為導向的微項目學習，通過對教材的挖掘、迭代和創(chuàng)生，設計現(xiàn)實性微項目、體驗性微項目、虛擬性微項目，使學生在產(chǎn)品優(yōu)化過程中完成對科學概念的創(chuàng)建和探究，達成認知鏈與素養(yǎng)鏈的并進，實現(xiàn)做思共生。關(guān)鍵詞小學科學；工程類課程；微項目學習；跨學科融合；做思共生《義務教育科學課程標準（2022年版）》首次將工程設計與物化列為學科核心概念之一，并且指出科學課程要培養(yǎng)的學生核心素養(yǎng)，而項目化學習是一種很好的可以養(yǎng)成科學課程核心素養(yǎng)的課程樣態(tài)[1]。實踐探索表明：借鑒項目化學習的要素進行教學，可以改進課堂教學，促進學生思維的發(fā)展和實踐能力的發(fā)展，也可以促進教師教學方法的豐富和評價手段的改進[2]。但是教師在實施項目化教學的過程中，遇到了項目內(nèi)容開發(fā)困難、項目體量大、實施時間不足、課程缺少思維含量等問題。項目化學習遭遇形式大于內(nèi)涵之困。一、小學科學工程類課程項目化學習的現(xiàn)狀剖析1.“假”情境，“弱”驅(qū)動，項目難落地項目化學習是有利于問題解決的學習，問題本身就是項目化學習的內(nèi)容。有意義的學習，問題本身的真實性和挑戰(zhàn)性成為關(guān)鍵特征。因此，設計適切的情境至關(guān)重要。而在實際教學過程中，由于缺少對教材內(nèi)容資源的開發(fā)，教師往往會設計一個教材之外的項目。同時，由于缺少對學生已有知識、經(jīng)驗和技能的充分了解，設計的情境或遠離學生的生活，或?qū)W生的能力要求過高（過低），或空設假情境，使其成為空中樓閣。導致學生因知識儲備不足或任務過于簡單，抑或不感興趣，而難以被驅(qū)動，最終使課堂走向無趣、低效，流于形式。2.“虛”探究，“淺”思維，項目難深入科學思維的培養(yǎng)是科學課的“靈魂”所在。而目前許多項目化學習重視學生的實踐，忽略了對學生科學思維的培養(yǎng)，關(guān)注了動手卻忽略了動腦，科學味不足，使科學課變?yōu)閯诩颊n或綜合實踐課。究其原因，是教師缺少對教材資源的系統(tǒng)開發(fā)，在開發(fā)時沒有將項目化學習和探究式教學有機結(jié)合起來，使學生浮于淺層次的探究，沒有推動學生思維進一步發(fā)展，這本質(zhì)是一種低階學習[3]。3.“重”產(chǎn)品，“輕”作品，項目難提質(zhì)在項目化學習中，教師往往認為更有利于展示的物化的工程產(chǎn)品才是成果。但在項目化學習中，學生所追求的問題、活動、成果和表現(xiàn)，都要協(xié)同服務于真正重要的理智的目的，而不是作為傳統(tǒng)課程后的一個展示、表演、附加實踐或作為例證的部分[4]。因此，成果的形式也應多元，學生的思維成果可以不局限于物化的產(chǎn)品，也可以是虛擬的作品、創(chuàng)作等。二、微項目學習融通工程設計的做思共生之路在將核心素養(yǎng)作為科學教育要點的當下，科學學習更關(guān)注學生學習核心概念的方式與關(guān)鍵能力養(yǎng)成的融合性發(fā)展。經(jīng)對縣域內(nèi)的學生學習需求與教師教學調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學生在科學學習中更愿意在適切的情境任務驅(qū)動下，完成一項微小的項目，在此過程中主動學習與此任務相關(guān)的科學概念。因此，可以將嚴密的科學概念與工程實踐進行融合，體量較小的微項目學習樣態(tài)將成為培育學生科學思維的可行方案。1.微項目學習“做中創(chuàng)思”聚心學習微項目學習力圖打破傳統(tǒng)的理想且良構(gòu)的學習樣態(tài)，撬動學生學習方式的變革，引入現(xiàn)實生活中真實的情境或案例，學生通過學習活動的探究來解決問題、創(chuàng)造產(chǎn)品，并在此過程中建構(gòu)新的知識體系。這是典型的由內(nèi)驅(qū)力主導的學習行為，實現(xiàn)在真實任務情境中由物品創(chuàng)造思維，讓學生全身心沉浸式聚心于學習。2.微項目學習“做中促思”聚智學習微項目學習將知識與實踐深度關(guān)聯(lián)。教師在實踐中借助各種物品，作為學生操作、學習的中介工具（如科學史料、實物、模型、視頻、實驗工具等），通過對各種資源的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、交互使用、合理分配，讓學生在實踐中尋求最優(yōu)的工程解決方案，習得核心概念，促進思維的發(fā)展，聚智于學習。3.微項目學習“做中顯思”聚力學習微項目學習以學科的本源性問題為項目化學習的驅(qū)動力，學生通過產(chǎn)品制作、模型展示、藝術(shù)表演等形式顯示其思維的探究成果。發(fā)展學生學科融合運用能力，提升其精神和品格，觸發(fā)多項關(guān)鍵能力的協(xié)同生長，聚力于學習過程之中。三、小學科學工程類課程微項目教學策略的架構(gòu)微項目學習可以作為一種操作性較強的課程樣態(tài)，使項目化學習在現(xiàn)實課堂里真實發(fā)生，讓盡可能多的學生自由地發(fā)展科學課核心素養(yǎng)?；趯πW科學教學中實施項目化學習存在問題的分析，結(jié)合微項目學習的關(guān)鍵要素，研究者對教材進行挖掘、迭代、創(chuàng)生，提出現(xiàn)實性微項目、體驗性微項目和虛擬性微項目三種設計和實施樣態(tài)，從而解決項目化學習體量大、思維含量低、難以與教材融合等問題，試圖構(gòu)建適合小學科學學科特點的項目化學習基本要素和實施樣態(tài)，為一線教師提供可以借鑒的設計思路和典型案例。1.挖掘：現(xiàn)實性微項目聯(lián)結(jié)學習樣態(tài)現(xiàn)實性微項目是指利用工程與技術(shù)的方法解決現(xiàn)實世界正在真實發(fā)生的問題。這一類問題一般較為復雜，干擾因素較多，此時，教師需要去繁從簡，建立與本課教學相關(guān)聯(lián)的較為輕盈、凝練的問題模型。研究者按其探究任務將其分為“工程產(chǎn)品類微項目”和“生活物品類微項目”兩類。（1）挖掘現(xiàn)實性微項目①工程產(chǎn)品類微項目。這一類微項目大多以設計、制作工程類產(chǎn)品為驅(qū)動任務，如設計制作太陽能滴灌裝置、凈水裝置、塔臺等。學生為完成工程產(chǎn)品，必須自主學習科學概念，完成實驗探究，得出實驗結(jié)論。在活動過程中思維通過產(chǎn)品這一媒介得以逐步創(chuàng)建和展示，用高階思維包裹低階程序性知識，以工程產(chǎn)品為載體創(chuàng)造科學思維。②生活物品類微項目。這一類微項目聯(lián)結(jié)生活實際，從學生熟悉的環(huán)境著手，凝練生活問題，以制作、改良或發(fā)明生活物品為驅(qū)動任務，如設計制作防滑鞋、改良滅蚊燈、發(fā)明運水神器等。學生用良構(gòu)環(huán)境下的實驗結(jié)論鏈接生活實際，以解決生活中的問題，完成產(chǎn)品的制作。（2）創(chuàng)生聯(lián)結(jié)學習樣態(tài)①入項活動：聯(lián)結(jié)現(xiàn)實性問題情境?，F(xiàn)實性微項目與現(xiàn)實生活聯(lián)結(jié)，可以實現(xiàn)知識的學習、思維的創(chuàng)建。在入項前，密切聯(lián)系學生的實際生活，利用身邊的事物與現(xiàn)象作為科學探索的對象，了解學生已有的生活經(jīng)驗和生活中感興趣的話題，梳理學生的關(guān)注點和興趣點，繼而轉(zhuǎn)化為微項目活動的主題，設計各種探究活動，不斷激活、提升學生的生活經(jīng)驗。如“雪天如何防滑”“非洲人民怎樣便捷運水？”“車窗如何除霧？”等聯(lián)結(jié)摩擦力、水的三態(tài)變化等知識的現(xiàn)實性問題情境。②研項活動：創(chuàng)造社會性產(chǎn)品主題。微項目學習與單一的勞動制作最大的不同之處在于蘊含有層級的、進階的科學思維。在研項活動中，學生常常會出現(xiàn)思維瓶頸，對此教師要利用有結(jié)構(gòu)的材料設計“步步為營”的思維支架幫助學生聚焦與突破。利用進階式任務支架、錦囊式資料支架、多維度問題支架幫助學生完成探究，從而完成社會產(chǎn)品的創(chuàng)造。③出項活動：現(xiàn)實性產(chǎn)品路演?，F(xiàn)實性微項目產(chǎn)品的展示，可以通過路演的形式，即在校園的科技廣場上向路過的同學展示、大聲地演說、互動、答辯，針對老師、同學提出的意見再次進行設計、制作與完善。通過這樣的方式，學生既完成了思維的輸出，又獲得了思維的碰撞，是展示亦是評價。2.迭代：體驗性微項目遷移學習樣態(tài)體驗性問題聚焦于現(xiàn)實生活中的一個點或幾個點進行遷移性探究，是建立在真實世界中問題的凝練，凸顯了思維的可遷移性。遷移是知識的應用，是“知識—真實世界”的遷移，是更高層次的思維發(fā)展。體驗性微項目借助作品進行科學實踐、探究，促進思維的生長。（1）迭代體驗性微項目①音樂排演類微項目。在“聲音”“身體結(jié)構(gòu)”等相關(guān)內(nèi)容的學習中，可實施音樂排演類微項目，以呈現(xiàn)一定要求的表演作為驅(qū)動任務。在此過程中，學生完成如“聲音高低、強弱”“骨、關(guān)節(jié)、肌肉的協(xié)同運動”等相關(guān)內(nèi)容的探究，并將探究結(jié)果遷移運用至“小演員”的體驗活動中，實現(xiàn)音樂與科學的融合。②天體模型類微項目。在“天體”“宇宙”一類的科學學習中，由于此類內(nèi)容遠離學生的生活經(jīng)驗，因此較為抽象、枯燥。對此，教師可以設置天體模型類微項目，借助詳實的數(shù)據(jù)信息，使學生經(jīng)歷“數(shù)據(jù)處理—模型設計—模型制作—模型展示”的過程，從而促進他們對宇宙等宏大世界的思維感知。同時，多元的模型呈現(xiàn)還可以實現(xiàn)美術(shù)與科學的融合。（2）創(chuàng)設遷移學習樣態(tài)①入項活動：遷移體驗性問題情境。蘇霍姆林斯基曾說：“兒童就其天性來講，是富有探索精神的探索者，是世界的發(fā)現(xiàn)者?！痹诳茖W學習中，很多內(nèi)容學生無法獲得具身的經(jīng)驗，但是可以從學生感興趣的問題出發(fā)，用類似的體驗激發(fā)學生的探究心理。如舉辦“班級演唱會”“個人模型展”等體驗性活動，幫助學生卷入情境。②研項活動：創(chuàng)作藝術(shù)性作品主題。在微項目任務的驅(qū)動下，學生經(jīng)歷“科學探究—小組合作—創(chuàng)意發(fā)揮”等研項過程，通過與現(xiàn)實情境相似的體驗性活動，將實驗結(jié)論進行遷移運用，最終通過藝術(shù)作品的呈現(xiàn)，運用跨學科思維，將科學與藝術(shù)融合起來。③出項活動：藝術(shù)性作品展演。根據(jù)微項目情境，設置相應的藝術(shù)作品展演。如各小組利用發(fā)聲材料演奏以“強—強—弱”為基調(diào)的樂曲、展出地球海陸分布模型等作品。學科融合作品的展示是學生綜合素養(yǎng)的體現(xiàn)。3.創(chuàng)生：虛擬性微項目演繹學習樣態(tài)虛擬性問題情境適用條件為受多種條件限制，學生無法在實景中進行實踐探究，因而創(chuàng)設虛擬情境，促使學生的角色代入，學生角色的“卷入”即思維方式的沉入。（1）創(chuàng)生虛擬性微項目①設計投標類微項目。在“小小工程師”等工程設計類單元的學習中，可以召開模擬“投標會”，創(chuàng)設“甲方”和“乙方”等虛擬情境。在設計階段，學生代入的角色為“工程師”，用的是“乙方思維”解決問題；而在展示評價階段，臺下的學生又代入“老板”的角色，用“甲方思維”給臺上的“工程師”提出問題和需求。這樣的角色切換，大大提升情境的代入感，使學生“卷入”角色，更為全面地考慮問題，真正感受工程的復雜性和系統(tǒng)性。②角色扮演類微項目。在“食物營養(yǎng)”“人體神經(jīng)傳遞機制”等課程的學習中，可以設置角色扮演類微項目。學生通過扮演“專家”“某一人體器官”等角色，將較為隱性的知識內(nèi)化，并以顯性、直觀的方式演繹出來。（2）創(chuàng)建演繹學習樣態(tài)①入項活動：演繹虛擬性問題情境。兒童的學習是以直接經(jīng)驗為基礎，在游戲和日?；顒又羞M行的。在進行抽象內(nèi)容的學習時，可以轉(zhuǎn)化成學生更易接受、更形象的角色演繹來顯示思維過程。虛擬性問題情境多為促進學生的角色代入、角色互換，角色的“卷入”即思維方式的沉入。②研項活動：角色卷入項目主題。將學生代入“專家”“老板”“營養(yǎng)師”等角色，學生為匹配該角色，必須經(jīng)歷對此項目的深入探究，卷入式的研項活動培養(yǎng)學生的專家思維，演繹的呈現(xiàn)方式又將思維轉(zhuǎn)化為顯性呈現(xiàn)。③出項活動：虛擬性角色表演。在工程類項目中，學生可演繹甲乙雙方思維的博弈；在食物營養(yǎng)類項目中，學生可演繹專業(yè)的營養(yǎng)學家給大眾答疑解惑；在神經(jīng)的傳遞項目中，小組學生可以共同演繹神經(jīng)系統(tǒng)之間的協(xié)同配合工作機理。將隱性的知識內(nèi)化，并將思維成果轉(zhuǎn)化為顯性的表達。工程