基于小學科學教材的項目化學習設計與實施

喻伯軍 徐玉紅

【摘要】新課標在實踐和創新方面對我們提出了新的育人要求，目前，小學科學教學存在的主要問題：重概念教學，輕學以致用;重活動體驗，輕創新思維;重結果評價，輕過程評價。基于小學科學教科版教材，進行項目化學習設計與實施的探索，形成了基于教材的項目研發的“可轉化、可優化、可重組”標準，構建了基于教材的項目化學習基本模型和“三可標準”的三種變式模型，為豐富科學教學方法提供了一條路徑。

【關鍵詞】小學科學;學科項目化學習;三可標準

小學科學教學改革經過20年的探索，探究式教學已經成為教師的共識。2017年新課標在實踐和創新方面對我們提出了新的要求，如何在原有的基礎上，進一步優化教學方法，提高學生的實踐能力和創新能力，成為小學科學教學發展的一個重要方向。分析當前小學科學的教學方法，主要存在著以下問題：

一是教師對概念教學重視，對運用概念解決實際問題的實踐重視不夠，導致學生的實踐能力不高。

二是在教學實踐中，教師重視學生的過程體驗，對學生創新思維的發展關注不夠，導致許多科學課堂熱熱鬧鬧，學生的科學思維發展不足。

三是在教學實踐中，教師往往注重學習結果的評價，而對相對困難的過程性評價和嵌人式評價不太重視，導致學生的發展性評價不容易達成。

通過實踐探索，我們發現借鑒項目化學習的要素進行教學，可以改進課堂教學，促進學生的思維發展和實踐能力的發展，也可以促進教師教學方法的豐富和評價手段的改進。但是教師在實施項目化教學的過程中，遇到了項目內容開發困難和項目實施時間欠缺的問題，這大大制約了一線教師，使許多教師心有余而力不足。經過我們的實踐探索，基于小學科學教材的項目化學習應該是小學科學教學改革的有效路徑，可以解決教師項目內容開發困難和項目實施時間欠缺的問題。

1.基于教材的項目研發標準

教材內容要轉化為項目，需要有路徑和方法。基于教材內容，融合項目化學習的要素，將低階認知“包裹”人高階認知，在不降低科學學科學業成績和保證科學基礎類知識與技能的情況下，通過項目化學習的設計，培育學生問題解決、批判性思維、溝通、合作與創新等重要的能力。我們以教科版小學科學教材為載體，融入項目化學習的六大要素，確定了教材內容轉化為項目的“三可標準”。

1.1可轉化標準

教科版教材的主要特點之一是大單元，許多課文內容隱含著項目化學習的內容。可轉化標準，指的是將一個單元中適合的內容，基于課標融入項目化學習要素，轉化為項目，師生用項目化方式進行學習。

1.2可優化標準

教科版教材中很多大單元的最后一課，本身就已經是項目或接近項目，只需要在一些環節上進行優化，就可以進行項目化實施。例如，從內容和結構上豐富項目的材料，從合作創新、問題解決方面豐富項目的高階思維。

1.3可重組標準

教材中一個單元中的幾節課或整個單元具有相關性，可以通過對單元核心知識的梳理，創設適合的項目情境，對此單元內容進行項目化重組。

依據“三可標準”，我們重新梳理了基于教材的項目。“三可標準”下篩選出的內容，必須根據師生的實際情況進行設計，通過實踐檢驗后可在一線教學中實施。

2.基于教材內容的項目實施基本模型

基于教材內容的項目化學習，盡管學習內容的領域、年級有所不同，但基本的學習過程都包含以下四大步：明確學習任務一設計驅動問題一制訂項目計劃一項目實施與評價。這四大步是一個不斷反復的過程（見圖1）。

2.1明確學習任務

首先研讀教材內容，對照課程標準，借鑒教參意見，結合學生的能力水平，設計本節課的學習任務。找到核心概念，明確學習目標，列出項目任務，這是一個不斷調整的過程。尤其是當課程標準中的要求與區域評價的要求有所不同時，可以根據學生的能力水平確定學習任務。當學生不能理解時，教師需要思考給予學生怎樣的支架。

例如，教科版（2017年版）小學科學四年級下冊《電路中的開關》一課，課程標準中建議“觀察常用的各種開關，了解控制電路的方法，制作簡易開關”，教材中第一句話就介紹了開關的概念：“開關是電路中控制電流通斷的元件。”所以可以這樣描述科學概念方面的目標：了解各種開關的類別，理解開關是用來控制電路中電流通斷的。通過對歷年區域真題的分析，我們發現對設計小開關也是有要求的，最終褚老師這樣描述探究實踐目標：根據提供的材料，為底座、連接點與閘刀選擇合適的材料（導體4種，絕緣體4種），自主設計并制作一個可以控制電路中電流通斷的開關。另外，工程設計需要考慮可利用的條件和制約因素，并不斷改進和完善，小開關設計的制約因素就是每小組研發經費20元。這位褚老師確定了學習任務，即通過設計、制作小開關來幫助學生理解開關的作用，又通過結構化的材料和制約條件給學生提供創造性思維支架。

2.2設計驅動問題

“一個好的驅動性問題一方面能引發高階思維，另一方面能提供問題化的組織結構，為信息和內容提供有意義的目的。”也就是說，好的問題不僅能吸引學習者的注意力，使其投人項目中，還能給學習者提供一個廣闊的、多維度的探索空間。它既能激發學習者學習的內在動力，也能指出持續思考、自我探索的方向。如何將目標概念轉化為一個好的驅動性問題，需要時間和思考，驅動性問題可能來自很多方面：個人經驗，學生的興趣和習俗，愛好和個人興趣，報紙和電視，其他教師，各個版本的教材、教參或網絡等。

例如，教科版（2017年版）小學科學四年級上冊《用橡皮筋驅動小車》一課中，如果把“橡皮筋在車軸上纏繞的圈數與小車行駛的距離有什么關系？為什么會有這樣的關系？”作為驅動性問題，看起來也可行，但是實踐過后會發現，很多學生游離在問題探究之外，甚至學霸也不太感興趣，因為對他們來說不夠有趣或不夠有挑戰性。我們將它轉化為驅動性問題：制作一輛“精準”到站的小車。此時學生們的好勝心被激發了，要想讓小車“精準”到站（見圖2），獲得100分可不是那么容易的，要靈活運用所學知識，準確調整橡皮筋在車軸上纏繞的圈數和方向，因此這個驅動性問題也更具持續性。

2.3制訂項目計劃

為了覆蓋重要的教學目標和適應學生的需要，教師在制訂項目計劃時需要設計一些知能準備課，或幫助學生學習項目中難懂的概念、講授實驗技術、學習新的探究技能、模仿設計、協助團隊建設或刺激求知欲。如果從頭開始原創設計，對于一線教師來說，其難度太大，比較耗時，而且質量也很難保證，可以對教材中已有的與項目相關的內容進行利用、整理或修改。

例如，教科版（2017年版）小學科學四年級上冊《用橡皮筋驅動小車》項目，這是《運動和力》這一單元的第3課。在第2課《用氣球驅動小車》中，學生已經學習了用氣球噴氣產生的反沖力作為動力，所以學生已經掌握了研究力的大小與小車運動快慢關系的方法，在一定程度上也能用實驗數據作為證據證明自己的推測，想要讓小車精準到站，學生們還需要：

①掌握用橡皮筋驅動小車的技術;②能夠自主探究橡皮筋在車軸上纏繞的圈數與小車行駛距離的關系;③逆向思維，減少橡皮筋在車軸上纏繞的圈數，使小車精準到站。前面兩個正好可以設計成兩個支架任務，第①個支架任務可以通過微課演示幫助學生掌握;第②個探究活動可以在小組合作中進行，教師巡回協助，個別指導。

2.4項目實施與評價

項目的實施，主要讓學生根據計劃，有序地進行探索和實踐。教師在這個過程中，要注意把握實施過程中的計劃性、問題指導、時間控制和迭代提升。實施與評價相結合，可以更好地把過程性評價和結果性評價有機地融合起來，讓評價更好地引導學生的學習。

由于項目化學習中評價主體的多元化，主觀判斷各有不同，因此評價需要前置，也就是說學生之間、學生和教師之間應該在項目化學習一開始就分享評價細則并達成共識。實施全程評價前可以強調關鍵的評價維度，給學生充分的指導，讓學生知道什么是好的表現、成果，什么是不能接受的表現、成果，并對照自己和同伴的行為，引發學生自我反思，引導學生更地深層次探索、創造與合作。

2.4.1深入年級，細化評價進度

無論是教學還是評價，學生都是主體。在科學實踐測評設計中，同樣也要基于學生已有知識基礎和經驗基礎、已有的操作技能和探究能力確定目標。本研究以年級為基點，根據兒童心理年齡的特點，細化評價的維度，夯實評價的過程。

在教科版（2017年版）小學科學二年級上冊《做一頂帽子》中，帽子的功能明確，但設計者提供了多種可供選擇的材料，先選擇能與功能匹配的材料，再進行帽子的設計，最終作出防曬帽子設計的決策。根據二年級學生的認知特點，首先添加了拼音，然后簡化了記錄，學習支持單中的勾一勾設計材料，畫一畫設計圖，說一說遇到的困難，想一想自己做到的內容，將創新能力、問題求解能力、決策力、反思評價等高階思維能力都融入到教學中，并且通過項目過程，用支持單記錄了下來，自然形成過程性評價。

2.4.2更新理念，拓寬評價維度

新學習方式的評價既有對概念性知識、高階認知策略的評價，也包含對低階的基礎知識和基本技能的評價，如教科版五年級上冊《光》單元第7課《做個太陽能熱水器》。

首先確定《光》單元的單元目標：光的傳播特點一直線傳播和反射現象，另外認識到太陽具有熱能，探究陽光強弱和溫度的關系。引入真實的生活情景，冬天新疆阿克蘇很冷，小朋友很想用熱水洗手，從這個問題出發，去思考怎樣設計并制造太陽能熱水器。學習完本單元內容以后，我們將運用所學基礎知識和基本技能設計并制造太陽能熱水器模型，并進行迭代改進。

學生對光的傳播特點、光的路徑和反射、光的強度與熱之間的相互關系已經略有知曉，但如何綜合運用這些知識來解決實際問題的能力不足。在STEM理念下，學生以小組為單位，各抒己見，將已知的光和熱的知識進行梳理，并提出一些有疑惑的和要用到但還未學習的知識，在項目進行過程中邊做邊學，這樣單元中的基本知識與基本技能就能被很好地卷人高階思維的過程中，拓寬了評價的維度，同時也讓學習過程變得既有趣又有意義。

3.基于“三可標準”的項目學習模型變式

我們對教科版小學教材中適合項目化學習的內容進行了分類，并且在基于教材的項目化學習基本模型的基礎上，根據內容來源不同提煉了以下三種變式。

3.1可轉化變式

將一個單元中本身不是項目，但是適合項目化的課，基于課標、教材轉化為項目，師生用項目化方式進行學習。

例如，教科版（2017年版）小學科學二年級上冊《材料》這一單元第4課，《神奇的紙》中有一個“摸一摸”活動，在常態課堂上學生會領取一杯熱水，用白紙貼著杯子感受冷熱程度;換用瓦愣狀紙，再次感受冷熱程度，并對比有什么區別，教學指向“材料經過加工、改造、優化后其性能會發生改變”。

怎樣將這個活動轉化為一個項目呢？“摸一摸”活動，要轉化為“隔熱紙杯墊”項目，首先需根據課標中工程與技術領域有關的要求和學情，轉化為包括低階學習的高階認識目標：①知道不同材質的紙有不同的特征，能根據自己的需求選擇合適的紙材料;②初步知道草圖繪制的要求并能進行簡單的繪制;③能根據實際的需求，通過改變或優化材料的性能來制作符合一定功能需要的物品;④能將自己的想法繪制成草圖并制作出來，在他人的建議下不斷地修正和完善自己的制作;⑤測量紙杯墊的長度、寬度和厚度，制作最合適的紙杯墊;⑥計算紙杯墊的用紙成本。

好的驅動性問題應該聯系學生的生活實際，與重要、真實世界的問題有關。創設真實情境，招待客人時熱水杯會燙壞桌子，可以用報紙來制作一個隔熱紙杯墊，但是平的報紙隔熱作用不明顯，可以改變材料的性能來制作一個真正具有隔熱功能的紙杯墊。引出驅動性問題“利用一張報紙給水杯（杯底長7cm，寬5cm）制作一個隔熱墊”，既有一定的挑戰性，又符合二年級學生的認知水平。

學生們在解決這個驅動性問題的過程中，需要整合“有關紙的特征，材料結構的比較與選擇，設計圖的繪制，紙杯墊長度、寬度和厚度的測量，紙杯墊成本的計算”等科學基礎知識和技能。接著制訂項目計劃，就是設計基礎課和探究活動，來學習項目涉及的科學基礎知識和技能。本項目來自二年級教材，因此評價也需要根據二年級兒童心理年齡的特點來制訂。

比對基于教材的項目化學習基本模式，把一節課或一個活動轉化為一個項目，需要將教材中這節課或這個活動的學習目標“轉化為高階認知目標”（見圖3），把原來指向概念理解的目標轉化為運用概念進行決策、解決問題等。而這個高階認知目標需要覆蓋原教材中的核心概念，就像“隔熱紙杯墊”的認知目標覆蓋了《神奇的紙》中“材料經過加工、改造、優化后其性能會發生改變”這一概念的認知。

3.2可優化變式

教科版小學科學新教材中的一些課，尤其是大單元的最后一課，本身就已經是項目或接近項目，只需要在一些環節進行優化，就可以進行項目化實施。例如，從內容和結構上豐富項目的材料，從合作創新、問題解決方面豐富項目的高階思維培養。

情境1：在活動中學習“生態系統”

李老師在上教科版五年級科學上冊第6課《做一個生態瓶》時，先與學生一起分析池塘中生物與生物之間的關系，再引出“生態系統”，請學生閱讀課本上生態系統的概念并記住，然后簡單討論如何設計一個生態瓶，接著每個組領取李老師提前準備好的材料，設計制作一個生態瓶。

學生很喜歡在參與活動的過程中學習新的知識，但是實際上學生制作的生態系統并沒有基于他們自己的設計。對于池塘的分析、生態系統概念的記憶，除了考試中會出現，學生并不知道它們怎樣與自身的生活相聯系。

情境2：在項目中學習“生態系統”

吳老師也在上《做一個生態瓶》這一課，“我們學校生態池里養著的小魚，隔一段時間就會死掉幾條，你們覺得小魚死掉的原因可能是什么？”學生們根據自己的已有認知提出了很多猜測，吳老師接著引導學生們根據自己的猜測想出解決的方法，“大家認為這些因素都可能會導致小魚死亡，那我們有什么辦法解決這些問題，把生態池建設得更好呢？”接著提出怎樣去驗證自己的猜想的問題，“同學們說的這些方法真的可以讓生態池建設得更好嗎？我們有什么可操作的辦法來檢驗嗎？”通過一個問題串創設真實的校園情境，引出項目驅動性問題，引起學生思考和解決問題的興趣。

情境2中，吳老師與學生一起商量確定評價量規，學生們自學生態瓶的制作方法，模仿校園的生態系統設計，并按照自己小組的設計選擇材料，制作一個生態瓶。最后小組展示匯報生態瓶建設的生物種類、數量和非生物情況，其他小組運用生態系統概念和評價量規舉牌打分評價。

對比發現，情境1中的李老師的教學過程中的探究和生態瓶的設計具有一定的局限性，吳老師提供了豐富可選的項目材料，優化了學習任務（見圖4），創設了真實的情境，優化了驅動性問題，優化了評價過程，學生能在真實的問題驅動下，學習“生態系統”的概念，并運用所學知識解決問題。

3.3可重組變式

教材中一個單元中的幾節課或整個單元具有相關性，可以通過單元核心知識梳理，創設適合的項目情境，對此單元內容進行項目化重組。

例如，教科版（2017年版）四年級上冊《聲音》這一單元，按照原來的設計，學生將認識聲音是由發聲物體振動產生的，聲音的高低與發聲物體的長短和粗細有關，但是沒有充分的感知和實踐體驗，更沒有自己動手嘗試制作喜歡的樂器，以及進行調音演奏的經歷，無法學以致用。

《制作我的小樂器》項目包括三個任務，它們分別是制作尤克里里、小小調音師和我們的音樂會。創設真實的制作演奏“尤克里里”情境，通過組裝調試尤克里里及用多種樂器合奏《小星星》的體驗學習，幫助學生深人理解聲音的產生原理，探究影響琴發出的聲音的高低與琴弦的長短、粗細和松緊的關系，并學習使用螺絲刀等工具，整個項目可以說是科學、技術、工程、藝術四個方面的深度融合。一邊享受著科學和藝術結合帶來的快樂，一邊鍛煉自己的動手實踐和問題解決能力。

先梳理明確單元學習任務，再對單元核心知識進行重組。教材中也有《制作我的小樂器》一課，已有高階認知目標，此項目沒有用教材中的內容，而是創造性地選用了“尤克里里”，從試教中學生的反應來看，學生的學習興趣濃厚，實施效果也較好。所以基于教材的項目化學習的可重組變式，在基本模式上還需要加上一個核心知識重組環節（見圖5），有時候也需要轉化為高階認知目標。

基于教材，聚焦培養學生高階思維和問題解決能力的學科項目化教學，經過兩年多的實踐探索，項目化學習的教育理念，已為許多教師所理解和內化。如何開發更加適合的學科項目，如何把探究式教學和項目化學習有機地結合起來，不斷豐富、完善師生教學方式，優化課堂教學模式和策略，提升學生綜合素養，還有待繼續探索。

（本文作者喻伯軍系浙江省教研室小學科學特級教師;本文作者徐玉紅系浙江省杭州市基礎教育研究室附屬學校中小學一級教師）

參考文獻：

[1]陳如平，李佩寧.美國STEM課例設計[M].教育科學出版社，2018.4.

[2]【美】羅伯特.M·卡普拉羅等.基于項目的STEM學習[M].上海科技教育出版社，2017.9.

[3]夏雪梅.項目化學習設計[M].教育科學出版社，2018.11.

[4]方凌雁.借鑒與融合：STEAM教育本土化的綜合實踐活動路徑[J].中國教師，2019，（9）.

[5]林琳，沈書生.美國“設計思維融入課堂教學項目”研究[J].比較教育研究，2019，（7）.

[6]田雪，陳曦，郭偉.基于培養學生科學素養目標的STEM教育本土化研究[J].基礎教育參考，2019，（12）.

[7]李美晴.STEAM教育本土化問題及其解決策略的研究[J].基礎教育論壇，2018，（28）.