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 G623.6

文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 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踐探索的問題。基于此，筆者對小學(xué)科學(xué)進行基于學(xué)科的STEM教育整合實踐探索。本文將以教科版小學(xué)《科學(xué)》四年級上冊“聲音”單元整合教學(xué)案例——《合奏（小星星變奏曲）——設(shè)計制作小樂器》為例，說明小學(xué)科學(xué)單元整合教學(xué)案例開發(fā)設(shè)計的過程與實施路徑。

一、單元整合案例開發(fā)與設(shè)計流程

單元整合是指圍繞一個核心驅(qū)動問題，將某一單元的教學(xué)內(nèi)容進行重新設(shè)計和整合，以完成一個項目的形式，將散落在不同課時的具體知識與技能以最優(yōu)的方式綜合，使學(xué)生在解決真實問題時進行深度學(xué)習(xí)，構(gòu)建相應(yīng)的知識技能，在經(jīng)歷工程設(shè)計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)是以項目式學(xué)習(xí)的模式進行，引導(dǎo)學(xué)生從解決一個真實的、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)的知識與技能，經(jīng)歷工程設(shè)計的過程，最終得到一個開放性的結(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）對該單元的要求制定。同時，STEM教育的課程理念的突出特點是跨學(xué)科學(xué)習(xí)與實踐。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)科的知識聯(lián)系起來，形成一個立體的、多學(xué)科的知識結(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)知識和基本技能的過程中，強化學(xué)生關(guān)鍵能力培養(yǎng)”。關(guān)鍵能力包括認知能力、合作能力、創(chuàng)新能力和職業(yè)能力四個方面，而項目式學(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，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)動問題

單元整合學(xué)習(xí)是圍繞解決一個真實而非假設(shè)的問題開展的一系列學(xué)習(xí)活動。單元內(nèi)容作為解決核心驅(qū)動問題的“資源庫”，是為解決該問題而服務(wù)的。在選擇核心驅(qū)動問題時，首先要考慮問題的理論性和實踐性，評估該問題是否能使學(xué)生主動且有效地建構(gòu)本單元的知識與技能，否則實踐（解決問題）將會與理論（學(xué)習(xí)單元知識與技能）相分離，使教學(xué)效果大打折扣。另外，要把握好核心驅(qū)動問題的指向性和劣構(gòu)性。核心驅(qū)動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)生有方向地進行思考和設(shè)計。因此在圍繞核心驅(qū)動問題的前提下，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)動問題一般較為復(fù)雜、概括性強，且解決方式具有一定的開放性，因此學(xué)生甚至成人面對這些問題時常常會感到迷茫而無從下手。而學(xué)會分解問題是計算思維的體現(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)生運用這樣的計算思維，抓住問題本質(zhì)，對之進行拆分，將復(fù)雜的問題分解成一個個能被解決的子（?。﹩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)計相對應(yīng)的學(xué)習(xí)活動，使學(xué)生有依據(jù)、有順序地進行學(xué)習(xí)。

（五）采用多元評價方式

1.評價主體多元化

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。同時教學(xué)活動又是師生、生生的雙邊活動，因此在評價過程中，不僅要協(xié)同各學(xué)科教師進行評價，還要充分考慮學(xué)生在課程實施主體性，注重學(xué)生自評與互評。

2.評價方式多樣化

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

二、單元整合教學(xué)過程設(shè)計實例與實施路徑

美國教育家杜威認為，兒童在現(xiàn)實情境中生活，他們認識世界的活動是連續(xù)的、綜合的，而已歸了類的學(xué)科將學(xué)生認識世界的過程割裂開來，因此他主張課程應(yīng)與兒童的生活經(jīng)驗相結(jié)合，摒棄固定的、現(xiàn)成的觀點，讓學(xué)生在“做中學(xué)”。單元整合的課程希望學(xué)生能夠在真實情境中學(xué)習(xí)如何解決問題，主動習(xí)得與該單元相關(guān)的知識與技能，同時發(fā)展關(guān)鍵能力，使學(xué)生體驗如工程師那樣完成一個項目的過程。通過團隊的探索與實踐，我們以工程設(shè)計的一般過程為主線，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)計與實施路徑（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、布置任務(wù)、公布過程性評價和終結(jié)性評價量表組成。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)動任務(wù)：制作能演奏兒歌《小星星》的小樂器，并出示評價量表，讓學(xué)生根據(jù)量表監(jiān)控自己和小組的學(xué)習(xí)活動，引導(dǎo)小組成員之間的合作與評價。

對總?cè)蝿?wù)進行分解是學(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)計制作小樂器”這個大而復(fù)雜的“工程系統(tǒng)”分解成若干個待解決的任務(wù)，列出樂器制作所需的條件，思考需要解決哪些問題，進而將每個任務(wù)分解為幾個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、全面地了解各小組的學(xué)習(xí)情況，從而對各組進行有針對性的輔導(dǎo)。

（二）設(shè)計方案與工程制作環(huán)節(jié)

設(shè)計方案與工程制作環(huán)節(jié)主要由收集資料與聚焦問題、完成設(shè)計方案、動手創(chuàng)作、實驗修正四個部分組成。成功的工程常常需要在設(shè)計與制作之間多次循環(huán)迭代，因此四個部分并不是單向的、順序性的，而是相互支撐、促進的閉環(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)、樂理等知識儲備后，從本環(huán)節(jié)開始，學(xué)生將著手設(shè)計與制作小樂器。教師應(yīng)向?qū)W生介紹設(shè)計的一般過程，并指導(dǎo)學(xué)生撰寫設(shè)計方案，鼓勵學(xué)生大膽想象，對設(shè)計進行創(chuàng)新。設(shè)計方案一般由設(shè)計思路、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行方案設(shè)計。教師應(yīng)注意提醒學(xué)生充分考慮現(xiàn)實問題，如作品的結(jié)構(gòu)性、材料的選擇、成本的限制、工程計劃等因素。當(dāng)學(xué)生能考慮方方面面的要求時，其系統(tǒng)性思維方式就逐漸培養(yǎng)起來了。

迭代、優(yōu)化是工程實踐的要求，是工程實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)計和制作之后，教師要引導(dǎo)學(xué)生對自制樂器進行實驗修正，對其所設(shè)計的樂器的音高、音量等進行調(diào)試和優(yōu)化。

（三）測試反思環(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。因此在這兩個環(huán)節(jié)中，教師要著重培養(yǎng)學(xué)生的表達與交流能力，同時也要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會傾聽他人建議、對他人的作品進行客觀的評價。本環(huán)節(jié)教學(xué)流程如下：

全班共同制定評分標(biāo)準(zhǔn)，針對樂器的聲音、

結(jié)構(gòu)等設(shè)置科學(xué)的測試方案和評分標(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各組的演奏與作品進行評分，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，展示各組成員的收獲與反思。同時，教師也需要對照本節(jié)課的知識目標(biāo)，提前準(zhǔn)備一份知識技能架構(gòu)圖，以備補充學(xué)生遺漏的知識點。

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，教師要在各項活動中有意識地培養(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、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;在匯報展示時，教師要關(guān)注學(xué)生是否能邏輯清晰地表達，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：從學(xué)生角度看，通過單元整合教學(xué)，學(xué)生接受知識的廣度和容量遠遠大于常規(guī)教學(xué)模式，其應(yīng)用能力和解決問題的能力更強，并能享受解決問題后帶來的成就感和滿足感;從教師的角度看，在這個過程中不同學(xué)科的教師相互交流、研討，拓寬了知識面，同時在更為復(fù)雜的教學(xué)場景中，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，實現(xiàn)資源利用最大化。

責(zé)任編輯：劉源