依托科研院所資源設(shè)計小學(xué)科學(xué)STEM校本課程

鄔丹妮

如何推進(jìn)基于小學(xué)科學(xué)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)？有條件的學(xué)校可以依托區(qū)域內(nèi)科研院所的科學(xué)探究資源，按照《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）建設(shè)STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）校本課程。筆者所在學(xué)校所處的寧波國家高新區(qū)是寧波市實施科教興市“一號工程”和建設(shè)創(chuàng)新型城市的核心載體，集聚了全市約1/3的重點科研院所、1/2的公共技術(shù)服務(wù)平臺、2/3的檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)。筆者依托區(qū)域內(nèi)豐富的現(xiàn)代科技教育資源，結(jié)合校情，按照“入校體驗—入院提高—校院聯(lián)合培優(yōu)拓展”的思路，設(shè)計了三級階梯STEM校本課程模式，踐行以學(xué)校為本位，由學(xué)校自主確定課程并與國家課程、地方課程相對應(yīng)的理念，堅持“校院賽”三位一體，培養(yǎng)適應(yīng)未來社會的人才。

一、科研院所STEM教育資源

STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的簡稱。STEM教育強(qiáng)調(diào)打破學(xué)科界限，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)綜合發(fā)展。STEM教育誕生于美國，在高等教育領(lǐng)域率先提出。隨著STEM教育理念的普及，STEM教育逐漸向基礎(chǔ)教育拓展。國外科研院所開發(fā)STEM教育資源，重心逐漸轉(zhuǎn)向中小學(xué)教育[1]，并基于具體的科研優(yōu)勢，設(shè)計了科學(xué)探究系列課程，如美國費米實驗室開發(fā)了“兒童發(fā)明家”等。

國外成熟的STEM基礎(chǔ)教育資源開發(fā)經(jīng)驗值得借鑒。校院合作可以開發(fā)適合本土的STEM教育資源。例如，寧波市產(chǎn)品食品質(zhì)量分析檢測研究院開發(fā)了一系列適用于小學(xué)的STEM教育資源（見表1），助力學(xué)校開展STEM課堂教學(xué)探究活動。

二、校內(nèi)外結(jié)合的STEM課程設(shè)計原則

（一）以《課標(biāo)》為理論指導(dǎo)

校內(nèi)外合作開發(fā)STEM教育資源，應(yīng)依照《課標(biāo)》，加強(qiáng)前沿科研教育資源轉(zhuǎn)化，積極耦合，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。課程設(shè)計團(tuán)隊?wèi)?yīng)根據(jù)《課標(biāo)》中的學(xué)段目標(biāo)與不同學(xué)段學(xué)生的素養(yǎng)培養(yǎng)要求，合理利用科研院所課程資源，在設(shè)定教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)評價等過程中，考慮學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，分階段科學(xué)安排課程，滿足學(xué)生的需要，循序漸進(jìn)地推進(jìn)STEM課程教學(xué)。寧波市產(chǎn)品食品質(zhì)量檢測研究院和筆者所在學(xué)校共同設(shè)計了小學(xué)科學(xué)STEM課程資源與教學(xué)目標(biāo)（見表2），為參與STEM探究活動（主要針對小學(xué)中高年級學(xué)生）提供理論指導(dǎo)和資源支撐。

（二）深度融合信息技術(shù)

2018年，教育部發(fā)布了《中小學(xué)數(shù)字校園建設(shè)規(guī)范》，要求“實現(xiàn)校園環(huán)境數(shù)字化”，促進(jìn)校本教育教學(xué)實踐與信息技術(shù)深度融合，充分實現(xiàn)信息化教學(xué)常態(tài)化與創(chuàng)新發(fā)展；建設(shè)智慧校園，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)與教研，探索數(shù)字化教學(xué)，積累、開發(fā)和利用各種數(shù)字化資源。2019年6月，中共中央、國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于深化教育教學(xué)改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見》，要求“促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)融合應(yīng)用”，積極探索基于互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)模式，推進(jìn)教學(xué)與信息技術(shù)深度融合。

學(xué)校開展STEM課程教學(xué)有一定時間跨度，受很多客觀、主觀因素影響，如學(xué)生在校學(xué)習(xí)時間與科研院所專家講授課程時間沖突，導(dǎo)致部分課程無法在線下開展，不同學(xué)生對于課程的理解程度不同、需求不同、困難不同。筆者認(rèn)為教師開展STEM校本課程教學(xué)應(yīng)有一定的靈活性，在當(dāng)前建設(shè)智慧校園的背景下，可深度融合信息技術(shù)開展教學(xué)活動。教師可借助信息技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計、模型構(gòu)建，基于信息化教學(xué)系統(tǒng)或平臺實現(xiàn)課上與課下的銜接，提供學(xué)習(xí)交流環(huán)境，展示探究過程或創(chuàng)作成果，高效實施STEM課程[2]。教師應(yīng)主動嘗試跨學(xué)科備課，提高信息素養(yǎng)，將數(shù)字化教學(xué)理念滲透到STEM校本課程中。學(xué)校積極應(yīng)用信息技術(shù)，創(chuàng)設(shè)多種架構(gòu)，建立不同層次的可重復(fù)播放、可直接連線反饋的數(shù)字化平臺，使STEM課程有拓展性，使之更加靈活，更加具有針對性、連續(xù)性，促進(jìn)學(xué)生個性化發(fā)展。

（三）校本化、個性化設(shè)計課程

學(xué)校的課程教學(xué)以辦學(xué)理念為依托，同時滿足學(xué)生的需求，充分發(fā)揮學(xué)校的資源優(yōu)勢，體現(xiàn)自身辦學(xué)特色。教學(xué)團(tuán)隊將知識、實踐活動與學(xué)校實際情況相結(jié)合，開設(shè)不同種類的課程供學(xué)生選擇。教師通過篩選、改編、重組、優(yōu)化、拓展等方式，發(fā)揮學(xué)校優(yōu)勢，對課程進(jìn)一步完善，使之更符合學(xué)生的特點和需要。此外，學(xué)校在實施STEM課程過程中充分發(fā)揮教師的主觀能動性，在設(shè)計新課程過程中對學(xué)生的學(xué)習(xí)需求進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的評估，充分利用好學(xué)校所屬區(qū)域的課程資源，以學(xué)生為主體，開發(fā)能夠發(fā)展學(xué)生個性特長的、多元化的、真正滿足需求的課程。

三、校內(nèi)外結(jié)合的三階梯STEM課程模式

在小學(xué)科學(xué)新課改的背景下，學(xué)校開展校外科技教學(xué)活動勢在必行。為此，教師應(yīng)建立一種可操作、可評價的教學(xué)模式，確定教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生通過真實的活動實踐，運用跨學(xué)科知識與思維，主動構(gòu)建新知識，提升敢于探索的創(chuàng)新意識和理性思維水平，提高科學(xué)實踐能力。

學(xué)校充分挖掘已有的科技教學(xué)活動與STEM校本教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，按照“入校傳授—入院提升—校院聯(lián)合培優(yōu)拓展”的思路，設(shè)計三級階梯STEM校本課程模式并加以實踐，堅持“校院賽”三位一體，兼顧基礎(chǔ)需求和進(jìn)階需求。

（一）一級課程：校內(nèi)開展基礎(chǔ)課程

依托區(qū)教育主管部門支持的課后服務(wù)體系，科研院所選派代表以“入校傳授”的形式開展STEM校本課程，以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維為主。在此基礎(chǔ)上，教師結(jié)合學(xué)校智慧校園的特色，采用網(wǎng)絡(luò)直播的形式，提高參與體驗學(xué)生的覆蓋范圍。一級課程適用于零基礎(chǔ)的學(xué)生，教學(xué)材料容易獲得，學(xué)校開設(shè)課程的時間與地點可控性強(qiáng)。

以“微生物與健康”為例，課程主要面向小學(xué)五、六年級學(xué)生，學(xué)校借助寧波市產(chǎn)品食品質(zhì)量檢測研究院的微生物實驗室資源，請該實驗室的科研人員入校指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)規(guī)范地進(jìn)行基礎(chǔ)微生物實驗的操作，包括配制適合不同菌種的培養(yǎng)基、平板稀釋涂布法的應(yīng)用、微生物計數(shù)、微生物的滅菌、致病菌的鑒別等。學(xué)生在“尋找識別致病菌”任務(wù)驅(qū)動下，接受科研人員指導(dǎo)通過實驗操作驗證自己的猜想；通過實驗操作、觀察辨別、記錄分析，調(diào)用已有知識，建構(gòu)新的學(xué)科概念框架，實現(xiàn)知識更新；通過總結(jié)實踐經(jīng)驗，學(xué)生對探索周圍未知事物更感興趣，學(xué)會用科學(xué)思維與方法解決問題，具備一定的分析能力和實踐能力。

（二）二級課程：校外開展選擇性課程

學(xué)校統(tǒng)計整理區(qū)內(nèi)各科研院所STEM基礎(chǔ)教育資源，分析其優(yōu)勢和特點，結(jié)合教材，梳理課程內(nèi)容，重構(gòu)具有校本特色和區(qū)域優(yōu)勢的課程體系，為學(xué)生開設(shè)多元化的可選擇課程。二級課程可以是一級課程的補充，用以彌補器材設(shè)備不足等物資缺乏造成的課程短缺。受科研院所一次性容納人數(shù)限制，二級課程主要針對STEM項目式學(xué)習(xí)特別有興趣的中、高年級學(xué)生開設(shè)。教師按年級控制參與的學(xué)生人數(shù)，通過“高年級帶低年級”，營造良好的入院STEM學(xué)習(xí)氛圍。

以“食物中的營養(yǎng)”為例，課程主要面向四年級學(xué)生，旨在讓學(xué)生認(rèn)識不同食物中含有不同的營養(yǎng)素，如蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、糖類、維生素和水等。教師利用色譜分析及相關(guān)信息技術(shù)，將食物中營養(yǎng)素的定性研究轉(zhuǎn)化為更精準(zhǔn)的定量研究，將不可見的營養(yǎng)素含量用直觀的數(shù)據(jù)圖表進(jìn)行表達(dá)，解決“不同品牌牛奶的蛋白質(zhì)含量哪個更高”等高難度問題。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中深入理解學(xué)科概念，并進(jìn)一步利用所學(xué)知識解決真實情境中的問題，促進(jìn)科學(xué)思維、技術(shù)思維和工程思維等高階思維發(fā)展。

（三）三級課程：校內(nèi)外聯(lián)合開展拓展性課程

科研院所和學(xué)校聯(lián)合開展旨在培優(yōu)的拓展性課程。學(xué)校根據(jù)各科研院所的優(yōu)勢和特點，按照各級各類賽事要求，搭建學(xué)生學(xué)習(xí)平臺。在三級課程教學(xué)中教師側(cè)重提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，增強(qiáng)學(xué)生的整體架構(gòu)能力、團(tuán)隊協(xié)作能力。

以寧波市青少年科技創(chuàng)新大賽為例，大賽舉辦方每年都設(shè)有“青少年科技創(chuàng)新成果”項目，分?jǐn)?shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、微生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物化學(xué)等13個領(lǐng)域進(jìn)行評比，要求參賽學(xué)生提交研究報告、研究性學(xué)習(xí)成果等材料。筆者所在學(xué)校設(shè)備資源不足，師資力量薄弱，以前參賽成績均不理想，但借助研究院得天獨厚的優(yōu)勢資源后，開展了學(xué)生感興趣的項目研究，如“不同抗生素抗菌效果的特異性研究”“不同洗滌對果蔬農(nóng)藥殘留量的影響”“重金屬污染性土壤中不同植物重金屬含量的比較分析”等一系列研究，有了明顯進(jìn)步。

實踐證明，三級階梯STEM校本課程模式是科學(xué)可行的，且能發(fā)揮學(xué)科育人價值。教師借助科研院所的資源融合信息技術(shù)，立足基礎(chǔ)課程，孵化選擇性課程，優(yōu)化拓展性課程，分層教學(xué)，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而且提升了學(xué)生的知識技能，讓他們接觸社會、科技、經(jīng)濟(jì)前沿，緊跟時代發(fā)展節(jié)拍，從小樹立“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的意識。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭慶，喬翠蘭，朱宗宏，等.國外大科學(xué)裝置機(jī)構(gòu)STEM教育資源開發(fā)的啟示[J].自然科學(xué)博物館研究，2021（3）：40-49.

[2] 陳慧娟，辛濤.我國基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測與評價體系的演進(jìn)與未來走向[J].華東師范大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2021（4）：42-52.

（作者系浙江省寧波高新區(qū)信懋小學(xué)教師）

責(zé)任編輯：祝元志