STEM教育理念下的小學(xué)科學(xué)單元整合案例開發(fā)與教學(xué)實(shí)踐

姚毅鋒　許立希

關(guān)鍵詞 STEM教育理念;小學(xué)科學(xué);單元整合;“聲音”單元

中圖分類號(hào) G623.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 2095-5995（2021）12-0060-03

在《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布后，STEM教育理念在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域中被廣泛接受，科學(xué)教育也越來(lái)越受到重視，但工程教育與技術(shù)教育的普及和發(fā)展仍相對(duì)滯后。如何在小學(xué)科學(xué)課堂中有效發(fā)展STEM教育，全面提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)，是身為科學(xué)教育工作者需要思索和通過實(shí)踐探索的問題?；诖?，筆者對(duì)小學(xué)科學(xué)進(jìn)行基于學(xué)科的STEM教育整合實(shí)踐探索。本文將以教科版小學(xué)《科學(xué)》四年級(jí)上冊(cè)“聲音”單元整合教學(xué)案例——《合奏（小星星變奏曲）——設(shè)計(jì)制作小樂器》為例，說明小學(xué)科學(xué)單元整合教學(xué)案例開發(fā)設(shè)計(jì)的過程與實(shí)施路徑。

一、單元整合案例開發(fā)與設(shè)計(jì)流程

單元整合是指圍繞一個(gè)核心驅(qū)動(dòng)問題，將某一單元的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和整合，以完成一個(gè)項(xiàng)目的形式，將散落在不同課時(shí)的具體知識(shí)與技能以最優(yōu)的方式綜合，使學(xué)生在解決真實(shí)問題時(shí)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，構(gòu)建相應(yīng)的知識(shí)技能，在經(jīng)歷工程設(shè)計(jì)的過程中建立工程思維。單元整合教學(xué)案例開發(fā)與設(shè)計(jì)流程主要分為五步。

（一）選擇合適的單元

單元整合教學(xué)是以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的模式進(jìn)行，引導(dǎo)學(xué)生從解決一個(gè)真實(shí)的、劣構(gòu)性問題（富含多種解決方案、多種解決途徑的問題）出發(fā)，自主學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)與技能，經(jīng)歷工程設(shè)計(jì)的過程，最終得到一個(gè)開放性的結(jié)果。這是一種有效體現(xiàn)工程思維的教學(xué)形式，因此我們所選擇的教學(xué)單元應(yīng)具備技術(shù)工程的可開發(fā)性、可實(shí)踐性。

（二）梳理課程目標(biāo)

1.以科學(xué)學(xué)科目標(biāo)為核心，多學(xué)科目標(biāo)并行

本課程是以小學(xué)科學(xué)學(xué)科為核心的學(xué)科單元整合課程，因此課程目標(biāo)設(shè)計(jì)應(yīng)主要參照《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）對(duì)該單元的要求制定。同時(shí)，STEM教育的課程理念的突出特點(diǎn)是跨學(xué)科學(xué)習(xí)與實(shí)踐。因此除了科學(xué)學(xué)科外，小學(xué)科學(xué)單元整合課程設(shè)計(jì)還需關(guān)注本課程涉及的其他學(xué)科的課程目標(biāo)，使學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)后，能將不同學(xué)科的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，形成一個(gè)立體的、多學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)。

2.聚焦培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力

《關(guān)于深化教育體制機(jī)制改革的意見》明確指出，學(xué)校應(yīng)在“在培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的過程中，強(qiáng)化學(xué)生關(guān)鍵能力培養(yǎng)”。關(guān)鍵能力包括認(rèn)知能力、合作能力、創(chuàng)新能力和職業(yè)能力四個(gè)方面，而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的重要途徑之一。因此在設(shè)置課程目標(biāo)時(shí)，也應(yīng)將關(guān)鍵能力的培養(yǎng)列入單元整合課程目標(biāo)之中。

（三）提出核心驅(qū)動(dòng)問題

單元整合學(xué)習(xí)是圍繞解決一個(gè)真實(shí)而非假設(shè)的問題開展的一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)。單元內(nèi)容作為解決核心驅(qū)動(dòng)問題的“資源庫(kù)”，是為解決該問題而服務(wù)的。在選擇核心驅(qū)動(dòng)問題時(shí)，首先要考慮問題的理論性和實(shí)踐性，評(píng)估該問題是否能使學(xué)生主動(dòng)且有效地建構(gòu)本單元的知識(shí)與技能，否則實(shí)踐（解決問題）將會(huì)與理論（學(xué)習(xí)單元知識(shí)與技能）相分離，使教學(xué)效果大打折扣。另外，要把握好核心驅(qū)動(dòng)問題的指向性和劣構(gòu)性。核心驅(qū)動(dòng)問題的表述要清晰地指向最終產(chǎn)品（作品）及附加要求，讓學(xué)生有方向地進(jìn)行思考和設(shè)計(jì)。因此在圍繞核心驅(qū)動(dòng)問題的前提下，教師應(yīng)更多地設(shè)置劣構(gòu)性問題，允許學(xué)生用不同的方法解決同一個(gè)問題，激發(fā)學(xué)生更高的創(chuàng)造熱情，激活其創(chuàng)新思維。

（四）分解形成若干子問題

核心驅(qū)動(dòng)問題一般較為復(fù)雜、概括性強(qiáng)，且解決方式具有一定的開放性，因此學(xué)生甚至成人面對(duì)這些問題時(shí)常常會(huì)感到迷茫而無(wú)從下手。而學(xué)會(huì)分解問題是計(jì)算思維的體現(xiàn)，也是一種高效解決問題的方法。因此教師可在課堂上以“頭腦風(fēng)暴”的形式引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用這樣的計(jì)算思維，抓住問題本質(zhì)，對(duì)之進(jìn)行拆分，將復(fù)雜的問題分解成一個(gè)個(gè)能被解決的子（?。﹩栴}，然后列出子問題清單，并說明解決問題的步驟。之后，教師就可以根據(jù)預(yù)設(shè)的子問題清單設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，使學(xué)生有依據(jù)、有順序地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（五）采用多元評(píng)價(jià)方式

1.評(píng)價(jià)主體多元化

基于STEM教育理念的單元整合課程開發(fā)涉及多學(xué)科教師的共同合作。同時(shí)教學(xué)活動(dòng)又是師生、生生的雙邊活動(dòng)，因此在評(píng)價(jià)過程中，不僅要協(xié)同各學(xué)科教師進(jìn)行評(píng)價(jià)，還要充分考慮學(xué)生在課程實(shí)施主體性，注重學(xué)生自評(píng)與互評(píng)。

2.評(píng)價(jià)方式多樣化

單元整合課程涉及的知識(shí)技能綜合且復(fù)雜，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程性強(qiáng)，形式也較為多樣，這要求教師設(shè)置的課程評(píng)價(jià)方式不能單一。因此教師應(yīng)將多種評(píng)價(jià)方式相結(jié)合。例如教師可以將評(píng)價(jià)置于真實(shí)情境中，引入評(píng)價(jià)量表、成長(zhǎng)檔案袋等評(píng)價(jià)方式關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)。

二、單元整合教學(xué)過程設(shè)計(jì)實(shí)例與實(shí)施路徑

美國(guó)教育家杜威認(rèn)為，兒童在現(xiàn)實(shí)情境中生活，他們認(rèn)識(shí)世界的活動(dòng)是連續(xù)的、綜合的，而已歸了類的學(xué)科將學(xué)生認(rèn)識(shí)世界的過程割裂開來(lái)，因此他主張課程應(yīng)與兒童的生活經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，摒棄固定的、現(xiàn)成的觀點(diǎn)，讓學(xué)生在“做中學(xué)”。單元整合的課程希望學(xué)生能夠在真實(shí)情境中學(xué)習(xí)如何解決問題，主動(dòng)習(xí)得與該單元相關(guān)的知識(shí)與技能，同時(shí)發(fā)展關(guān)鍵能力，使學(xué)生體驗(yàn)如工程師那樣完成一個(gè)項(xiàng)目的過程。通過團(tuán)隊(duì)的探索與實(shí)踐，我們以工程設(shè)計(jì)的一般過程為主線，將單元整合融入一般的教學(xué)過程，提出了單元整合教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施路徑（如圖1）。

（一）導(dǎo)入環(huán)節(jié)

單元整合教學(xué)的導(dǎo)入環(huán)節(jié)主要由概要講授相應(yīng)知識(shí)、布置任務(wù)、公布過程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)量表組成。以“聲音”單元為例，本環(huán)節(jié)教學(xué)過程具體如下：

發(fā)布驅(qū)動(dòng)任務(wù)：制作能演奏兒歌《小星星》的小樂器，并出示評(píng)價(jià)量表，讓學(xué)生根據(jù)量表監(jiān)控自己和小組的學(xué)習(xí)活動(dòng)，引導(dǎo)小組成員之間的合作與評(píng)價(jià)。

對(duì)總?cè)蝿?wù)進(jìn)行分解是學(xué)生形成分解與抽象思維的關(guān)鍵步驟。本環(huán)節(jié)中教師引導(dǎo)學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴的方式將“設(shè)計(jì)制作小樂器”這個(gè)大而復(fù)雜的“工程系統(tǒng)”分解成若干個(gè)待解決的任務(wù)，列出樂器制作所需的條件，思考需要解決哪些問題，進(jìn)而將每個(gè)任務(wù)分解為幾個(gè)小但可以解決的子任務(wù)，然后列出問題清單，并確定解決問題的步驟。如要使樂器具備發(fā)出不同音調(diào)的聲音的條件，就要解決聲音的高低（即音調(diào)）與什么有關(guān)、如何改變聲音的高低的問題，從而幫助學(xué)生有方向、有針對(duì)性地解決問題。此階段學(xué)生有很大的自主性，教師也應(yīng)及時(shí)、全面地了解各小組的學(xué)習(xí)情況，從而對(duì)各組進(jìn)行有針對(duì)性的輔導(dǎo)。

（二）設(shè)計(jì)方案與工程制作環(huán)節(jié)

設(shè)計(jì)方案與工程制作環(huán)節(jié)主要由收集資料與聚焦問題、完成設(shè)計(jì)方案、動(dòng)手創(chuàng)作、實(shí)驗(yàn)修正四個(gè)部分組成。成功的工程常常需要在設(shè)計(jì)與制作之間多次循環(huán)迭代，因此四個(gè)部分并不是單向的、順序性的，而是相互支撐、促進(jìn)的閉環(huán)，直到得到最優(yōu)產(chǎn)品。本環(huán)節(jié)教學(xué)過程具體如下：

在學(xué)生有了一定的聲學(xué)、樂理等知識(shí)儲(chǔ)備后，從本環(huán)節(jié)開始，學(xué)生將著手設(shè)計(jì)與制作小樂器。教師應(yīng)向?qū)W生介紹設(shè)計(jì)的一般過程，并指導(dǎo)學(xué)生撰寫設(shè)計(jì)方案，鼓勵(lì)學(xué)生大膽想象，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新。設(shè)計(jì)方案一般由設(shè)計(jì)思路、總體構(gòu)想、核心技術(shù)分析、可行性分析、確定方案等步驟組成，在教師介紹后，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生參照這些步驟有條理地進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。教師應(yīng)注意提醒學(xué)生充分考慮現(xiàn)實(shí)問題，如作品的結(jié)構(gòu)性、材料的選擇、成本的限制、工程計(jì)劃等因素。當(dāng)學(xué)生能考慮方方面面的要求時(shí)，其系統(tǒng)性思維方式就逐漸培養(yǎng)起來(lái)了。

迭代、優(yōu)化是工程實(shí)踐的要求，是工程實(shí)施過程必不可少的環(huán)節(jié)。學(xué)生在完成作品的初步設(shè)計(jì)和制作之后，教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自制樂器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)修正，對(duì)其所設(shè)計(jì)的樂器的音高、音量等進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化。

（三）測(cè)試反思環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)由成果展示和反思與建議組成。在科學(xué)單元整合課程中，教師應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流這一關(guān)鍵能力。因此在這兩個(gè)環(huán)節(jié)中，教師要著重培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)與交流能力，同時(shí)也要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)傾聽他人建議、對(duì)他人的作品進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)。本環(huán)節(jié)教學(xué)流程如下：

全班共同制定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)樂器的聲音、

結(jié)構(gòu)等設(shè)置科學(xué)的測(cè)試方案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

各組介紹自制樂器并用其演奏《小星星》，各科教師及其他小組對(duì)各組的演奏與作品進(jìn)行評(píng)分，最后全班一起合奏《小星星》。隨后，各組整理課程學(xué)習(xí)過程資料，形成單元思維導(dǎo)圖，并依次匯報(bào)，展示各組成員的收獲與反思。同時(shí)，教師也需要對(duì)照本節(jié)課的知識(shí)目標(biāo)，提前準(zhǔn)備一份知識(shí)技能架構(gòu)圖，以備補(bǔ)充學(xué)生遺漏的知識(shí)點(diǎn)。

三、成效與反思

單元整合課程能有效地培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。因此在教學(xué)過程中，教師要在各項(xiàng)活動(dòng)中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的“隱性目標(biāo)”（學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的情感體驗(yàn)、學(xué)習(xí)的態(tài)度及發(fā)展性學(xué)習(xí)、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)等）。如在小組合作中，教師要關(guān)注學(xué)生間的合作氛圍和合作效率，關(guān)注各小組的任務(wù)分配是否做到分工明確、責(zé)任到人;在匯報(bào)展示時(shí)，教師要關(guān)注學(xué)生是否能邏輯清晰地表達(dá)，是否能大方地回應(yīng)觀眾。

與常規(guī)的探究式教學(xué)模式相比，基于學(xué)科的單元整合課程有以下優(yōu)勢(shì)：從學(xué)生角度看，通過單元整合教學(xué)，學(xué)生接受知識(shí)的廣度和容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)教學(xué)模式，其應(yīng)用能力和解決問題的能力更強(qiáng)，并能享受解決問題后帶來(lái)的成就感和滿足感;從教師的角度看，在這個(gè)過程中不同學(xué)科的教師相互交流、研討，拓寬了知識(shí)面，同時(shí)在更為復(fù)雜的教學(xué)場(chǎng)景中，各學(xué)科教師也提升了自己的教學(xué)組織管理能力和應(yīng)變能力;從學(xué)校的角度來(lái)看，單元整合課程模式可以充分地利用學(xué)校的硬件設(shè)施資源，如創(chuàng)客空間、木工坊等，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。

責(zé)任編輯：劉源