促進學科實踐的小學科學STREAM教學研究

彭婷?李健

［摘要］ STREAM教育是踐行新課程標準、推進小學科學課程教學改革的有效方法。當前，示范課程資源缺乏，STREAM教育的實施受到限制。以“測量降水量”教學為例，通過做中學、悟中學、用中學、創中學，實現真實性問題的科技融通探究，具身化制作的數學思想感悟，模擬式情境的測量工程應用，多樣化作業的科技寫作，培養訓練學生的創新能力和核心素養，踐行新課程的探究實踐指向，為小學科學開展STREAM教學提供參考。

［關鍵詞］ 小學科學；STREAM教學；學科實踐；降水量

STREAM（科學、技術、讀/寫、工程、藝術和數學）教育繼承了STEAM教育以項目、問題為核心的教學方式，強調學生能力發展和跨學科教育，支持學生以學科整合的方式認識世界，以綜合創新的形式改造世界，促進學生解決實際問題。2022年4月發布的《義務教育科學課程標準（2022年版）》強調，科學課程要推進科學、技術與工程等的融合和閉環形成，在探究實踐中提升學生的核心素養，培養未來創新型與復合型人才。因此，科學課程本身具備的綜合性、實踐性、整合性特征，為實施STREAM教育提供了豐富的素材，也成為當前踐行新課程標準、推進小學科學課程教學改革的重要內容。由于缺乏課程標準和示范指導，對課程的設計缺乏共識，加之對開展跨學科教學信心不足，導致STREAM教育理念難以在一線教學過程中實施。當前的課堂教學改革中，普遍采用“做中學”“悟中學”“用中學”“創中學”等教學方式，分別從不同維度為踐行STREAM教育理念提供了路徑選擇。為此，根據新課程標準，融合做、悟、用、創四個維度開展科學課程的STREAM教育改革，有利于發揮STREAM教育的跨學科整合實踐育人特質，為教師教學所借鑒應用，提升STREAM教育成效，從而更好地實現培養未來創新型與復合型人才的目標，服務國家科技創新戰略。

“測量降水量”為教育科學出版社小學科學三年級上冊“天氣”單元的教學內容，安排在“空氣”單元之后，“天氣”單元的第4節。學生在學習該節內容之前，已經全面了解了空氣的特征，學習了各種天氣現象，認識了溫度計，還學習使用了溫度計測量氣溫，初步建立起對天氣進行度量的思想，知識儲備比較全面。該節課主要通過制作簡易雨量器測量降雨量，根據24小時降雨量等級標準對降雨進行等級判斷，進而延展至測一場雪或冰雹的降水量。如下表所示，教學過程涉及工具設計制作和使用、結果統計分析等比較豐富的內容，涵蓋科學、技術、工程、藝術、數學等多個學科，通過做、悟、用、創四個維度實施STREAM教育，充分發揮本節課的綜合育人作用，培養學生的跨學科綜合素養。

一、做中學：真實性問題的科技融通探究

“做中學”教育體現的建構主義和實踐共同體理念，以及在學生獲得方法性知識等方面的優勢，是當前科學課程教學改革的重要內容。韋鈺院士認為，“做中學”科學教育改革有利于激發好奇心，增強探究實踐技能，提升科學思維和科學讀寫能力，訓練團隊精神，培養適應知識經濟時代發展的未來人才。顯然，“做中學”與STREAM教育在開展跨學科綜合育人、培養未來創新型人才等方面，在一定意義上是相互融合、相互促進的。在STREAM教育的科技設計、工程制作等環節，貫徹“做中學”理念，可以通過探究實踐，激發學生的好奇心，促進學生方法性知識的獲得，提升創新能力、團隊合作能力和解決問題能力，助力學生成長為未來需要的創新型人才。為了在“測量降水量”一節教學中體現“做中學”的理念，筆者在課前準備、情境創設、任務設立、設計制作、改進優化等方面，突出學生動手做，實現科學、技術和工程的融通。

首先，“做中”暖場準備，活躍氛圍。用小雨、大雨、暴雨分別替換“幸福”，依次用拍肩、拍手和跺腳來對應，改編《幸福拍手歌》，讓學生動起來，一起熱身，活躍氛圍，與不同降雨等級建立初步聯系，為課程開展做好鋪墊。緊接著，“做中”導入，模擬真實情景，基于真實情況，發布小組任務。教師用噴壺模擬降雨，請不同學生感受并說出降雨量的大小，引發學生對同一場降雨大小判斷不同的沖突，導入測量和標準的概念，提出解決的方法就是用雨量器來測量；再根據真實性情景和合作探究實踐的原則，將班級學生分成9個組，每組5人，分別以重慶市9個區的名字命名，將小組作為一個城區的氣象觀測站，共同完成降雨量的觀測，并向所在區群眾報告。然后，“做中”開展技術設計和工程優化。提供不同材質和形狀的杯子、不同材料和長度的刻度條，供同學們選擇使用，在老師的指導下，小組討論選出最優組合和設計方案，共同完成小組的雨量器制作。接下來，“做中”配合，學生齊動手、全實踐，完成模擬降雨和觀察測量。在教師指導下，各小組選擇裝有不同水量的噴壺，小組成員輪換進行模擬降雨、測量、記錄和報告，實際檢驗讀數和操作細節；在教師統一指導下依次完成三場模擬降雨，每場降雨的時間由教師隨機確定，累計模擬總時間等于24小時。最后，“做中”完成課后延展和實踐作業。課后延展作業設計為：如果在室外連續測量一個月的降水量，該對雨量器做哪些改進？如果是降雪或冰雹呢？要求學生課后自行選擇材料制作、改進雨量器，在住所附近選擇區域每天測量并記錄，進一步鞏固課堂成果。綜上，以如何判斷降雨等級這一日常生活問題為核心，以“做中學”為路徑和主線，通過課前準備、課程導入、設計制作、測量實踐和課外延展等環節的“動手實踐”，在科學探究實踐中融通科學知識、技術設計和工程實施。

二、悟中學：具身化制作的數學思想感悟

STREAM教育通過整合多個學科知識和技能，在學生合作學習和探究實踐中體悟和內化知識，使學生獲得以價值性知識為內容的、適應未來發展需要的遷移能力和創新能力。在“做中學”的基礎上，“悟中學”指向學生價值性知識的學習，讓學生經歷體驗、反思、比較、權衡、取舍、相互激發、借鑒、建構等體悟過程，指向價值創造，形成個人的價值和信仰系統。而嘗試錯誤的過程是“悟中學”的重要路徑，是培養學生獲得可遷移知識和技能、培養創新能力的重要方法。為此，根據STREAM教育理論，創設具身化的探究實踐活動，創造試錯的條件和機會，讓學生在小組合作中進行討論、爭辯、分析、綜合、解釋、運用等思維訓練，體悟論證、推理、判斷等數學思想就顯得尤為重要。

首先，在師生互動中進行真實感悟。課堂開始，播放雷電聲音，由教師模擬一場降雨，邀請學生用手感受降雨量的大小，其他同學觀察降雨量的大小，然后各自說出自己對雨量大小的判斷，產生現場沖突，為引出問題和數學的標準思想埋下伏筆。其次，通過典型化的實驗材料設計帶來試錯體悟。在透明直筒杯之外設置典型干擾項——透明帶手柄飲料瓶和不透明直筒杯2種典型干擾材料；在設計刻度數字不帶方向性的透明刻度條之外，也設置干擾項——只有厘米的透明刻度條和不透明的紙質刻度條。從實驗材料的提供上，給學生試錯創造機會，小組成員在討論、爭辯、比較、推理、相互激發的過程中達成一致的設計方案，體悟試錯中的討論、交流、合作的學習過程，真切體悟不同計量單位的意義和價值，進而培養數學思想。最后，在連貫性、具身化的工程實踐中獲得領悟。完成雨量器的材料選擇和設計方案之后，小組成員合作，討論刻度條的粘貼方向和位置，經歷討論、爭辯等思維訓練達成一致意見，親自動手制作雨量器，從中領悟工程實踐中追求精準、嚴謹的數學性思想，領會體驗美學藝術和“工匠精神”在工程實踐中的意義和價值。如此，在具身化的情景中，學生由伸手觸摸、眼睛觀察的感覺，到材料選擇和設計中的錯誤體驗，最后在切身制作和工程實踐中獲得領悟；教師按照學生的認知規律漸次推進，通過“悟中學”幫助學生建立基于數學思想的，將科學、技術、工程、藝術素養相互融合的價值方法和思想認識，提升學生的問題解決能力。

三、用中學：模擬式情境的測量工程應用

STREAM教育以其跨學科整合與實踐的方式，將知識的獲取、方法和工具的利用，以及創新生產的過程有機統一，致力于培養學生解決真實問題的能力。STREAM教育能夠有效促進工學、理學、社會學、人文學和藝術學之間的交流、合作與創新，給學生提供更為完整的知識背景，使其在系統化的知識體系中加深對各學科內容的理解；強調讓學生在真實情境中，通過綜合運用各學科知識，認識、分析和解決現實問題，將跨學科的內容、高級思維能力發展與真實生活環境之間建立聯系，實現個人發展和生活需求的有機整合。因此，STREAM教育的核心要義和終極目標，在一定程度上就是促進學生把獲得的知識、技能、創新意識、批判思維等綜合能力在未來不確定場景下進行應用。“用中學”是在當前時代背景下對“做中學”在形式上的超越、理念上的繼承，指向實踐能力的發展，有助于達成學習與實踐的雙向建構，是實現STREAM綜合教育理念的切實路徑。結合單節教學目標和教學過程的實際，在課堂教學中創設層階遞進的模擬化測量情景，通過“用中學”落實STREAM綜合教育理念。

首先，試用雨量器初級產品促進優化。小組合作完成雨量器制作后，跳過常用的學生對雨量器的優劣進行討論評價的環節，直接通過模擬降雨試用來檢驗雨量器制作是否成功，不僅能模擬真實的工程實踐場景，還能增強課堂探究活動的連貫性，讓學生在制作產品的試用中發現問題、優化改進。接著，使用雨量器學會測量。本節課程的教學，制作雨量器只是手段，使用雨量器測量才是目標，會不會、如何用、如何讀數、如何記錄等都需要在實際的使用中完成。在教學中，筆者為了增加學生的實用機會和情景模擬的真實性，每個小組成員輪換操作，分別模擬三場降雨，隱含科學研究中通常用到的“3”的重復思想。最后，采用降雨量等級標準學會判斷。模擬降雨時，按照6秒（模擬6小時）、8秒（模擬8小時）、10秒（模擬10小時）的時間進行，用24秒模擬24小時，為引入判斷標準做好鋪墊。實用雨量器得到測量結果后，加之前面的鋪墊，就能自然地引入24小時降雨量等級標準。降雨等級標準的采用和雨量器的成型，最終使得工程制作的產品得到應用，測量工程的結果得以呈現，數學的度量思想也得到進一步深化，各小組最終完成所代表地區的降雨量測量任務。總的來說，按照試用改進、實用測量、基于標準的判斷，通過“用中學”，讓學生在模擬真實的測量和工具應用情景中，初步認識技術設計和工程實踐的一般規律，獲得STREAM教育的跨學科整合能力，有助于培養學生的技術素養、工程素養、藝術素養和數學標準意識。

四、創中學：多樣化作業的科技寫作

“創中學”有效實現了既有做也有學、做學共進的目標，促進了創客教育實踐的整合和發展，鏈接了真實世界，讓學生站在課程中央。“創中學”通過可見成果的展演評價提升學生的學習動力；鼓勵學生發現、分析和解決真實世界中的問題，在解決問題的過程中學習，通過實踐應用將知識內化，把新舊知識與經驗關聯形成創意，將自己心中具有創新性、技術性挑戰的設計意圖和想法轉變為現實。“創中學”、創客教育與STREAM教育目標相通，特征與優勢互補，兩者在小學全學段的整合有很強的理論意義和實踐價值。在本節課教學中，為了訓練學生的讀寫能力和創新意識，筆者巧妙設計多樣化的課堂訓練項目和課后作業，通過“創中學”的路徑提升學生的STREAM創新素養。

首先，報告分享促交流。小組完成三場降雨測量后，統計分析每場雨和全部三場雨的降雨量，完成學習記錄單，并根據24小時降雨量等級標準，整理制作氣象測量結果報告；繪制對應柱狀圖，綜合應用讀寫交流能力、數據分析能力、藝術繪圖能力，模擬天氣預報員完成測量結果報告。其次，展示原型促拓展。探究實踐的最后，展示氣象部門使用的真實雨量器原型，讓學生與自己的作品相比較，提出室外使用和測量雪的降水量的改進方法，通過對比，拓展應用場景，激發學生的二次創造。最后，多樣作業促發展。在課后作業方面，安排了探究實踐、天氣日歷和科技寫作三類作業。探究實踐作業要求學生設計自制簡易雨量器，進行連續實地測量并記錄降水量；天氣日歷作業要求學生根據實際測量和記錄結果繪制本地區的降水量柱狀圖；科技寫作則要求根據課堂學習和課后自制，以第一人稱編寫雨量器的制作說明書、使用說明書或改進說明書，三者擇其一。總之，通過口頭報告嘗試、拓展應用場景激發、基于探究實踐的科技寫作，課堂內外結合，將“創中學”貫穿做、用、說、繪、寫的全過程，踐行STREAM教育理念，培養學生面向未來、解決未知問題的能力，最終實現章節教學目標的達成。

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彭 婷? ?重慶師范大學附屬實驗小學。

李 健? ?重慶市高新區教育事務中心，特級教師。