基于STEM的小學科學導學單的設計與實施

◇王 月

在課堂中合理使用導學單有助于教師對教學實施過程進行正確的把控和得到有效的反饋。STEM是跨學科、多融合的教學課堂，合理使用導學單對教學有積極的作用。但是，目前小學科學的STEM導學單的設計并沒有完整的理論體系。在觀察杭州某小學在STEM課程《小建筑家》學習過程中使用常規導學單的教學后，發現常規導學單在使用過程中出現以下幾個問題：（1）前導學習不夠深入，止于表面；（2）實踐活動分工不明，功能混亂；（3）內容缺乏指向性，導致學生匯報時條理不清晰，對作品評價較為混亂；（4）設計方案與成果產出差異較大。針對這些問題，提出了符合STEM教學過程的導學單設計方法，并提出了設計導學單需要遵循的三個原則：引導性原則、科學性原則和個性化原則。

一、引言

STEM課程核心是培養學生運用已學的科學、數學等知識解決真實問題的能力，是基于項目的學習方式。要求學生在完成工程設計、解決問題、動手實踐、合作交流的同時，激發學習動機，提高學習能力，提升學習創新力，鍛煉學習毅力，從而達成培養學生學習力的目標。實驗記錄是科學探究學習過程中的重要環節。在教育部2017年2月頒布的《義務教育小學科學課程標準》中的“科學探究學段目標”板塊明確指出：三至四年級的學生應當具備“在教師引導下，能用比較科學的詞匯、圖示符號、統計圖表等方式記錄整理信息，陳述證據和結果”的能力。在科學課堂當中，記錄單實現了“備忘錄”的功能，有效地科學記錄對于學生科學素養的提升有著積極作用。而基于STEM教學下的導學單在設計上應當與傳統的實驗記錄單不同，它對引導學生發現問題、解決問題有著至關重要的作用。目前，基于STEM的小學科學導學單的設計尚未形成完整的理論體系，因此，本課的教學與實施有助于理解導學單設計過程中應當遵循的三大原則。

二、研究過程

（一）研究背景

《小建筑家》是基于浙江教育出版社出版的《STEM工作室D2》“STEM未來計劃”案例一冊“什么是設計過程”研發的，適用于四年級學生使用。考慮到四年級學生已具備初步的設計、繪畫、制作、統計和表達等能力，而《小建筑家》課程是指導四年級學生如何將這些能力總體有效地運用在STEM課程上的一次探索與嘗試。

（二）研究內容

《小建筑家》教學過程如下：

1.學習了解中國不同地域的傳統民居建筑風格與形成原因

2.小組選擇并確定設計方案

小組成員討論畫出本組建筑示意圖，確定建筑搭建的設計方案。

3.建筑模型搭建

4.建筑各項要素的等級評定

總分=成本得分*40%+抗風得分*40%+外觀*20%

成本得分：成本得分=100-造價成本

抗風得分：運用風力測試儀，對模型進行抗風性能測試，記錄測試結果，所得分數為風擋*10。

外觀得分：滿分50分，由8個小組組內自評與組間互評共同組成，去掉一個最高分，去掉一個最低分，取6組平均分。

5.觀察、分析與反思

根據制作過程從抗風能力、外觀設計以及成本三方面評價自己的作品。

（三）內容分析

本節課的教學對象為杭州市某小學四年級4個班的學生。在教學實踐過程中發現常規導學單會出現以下問題：

1.前導學習不夠深入，止于表面：學生對傳統建筑的認識只停留在最初的印象，對其的特點和成因了解不深。

2.實踐活動分工不明，功能混亂：學生在小組活動中身兼數職，導致分工混亂，無法有效推進小組合作。

3.學生匯報時條理不清晰，對作品評價較為混亂，缺乏指向性。

4.設計方案與成果產出差異較大：畫設計圖時，學生的思維是天馬行空的，想把自己所有的設計都加入建筑中，但會發現建筑師的設計與平常的繪畫有非常大的差異，涉及材料的選擇和用量、結構的穩定等方面，因此在真正制作中結果往往與預設大有出入。

（四）實施新的導學單

基于教學流程獲得的課堂實錄有助于了解學生對不同導學單使用前后的認識，分析學生的課堂探究能力表現。基于上述教學現象，對導學單重新設計，具體的操作和分析如下：

教學片段一（注：本片段是結合更新后的導學單下開展的教學活動）。

1.學習了解中國不同地域傳統民居的建筑風格與形成原因

（1）學習中國傳統民居相關閱讀資料。

（2）將小卡片的建筑和他們的名稱一一對應，將圖片貼在導學單手冊上（圖1）。

圖1 擺一擺

圖2 成本統計單

2.小組選擇任一地域確定設計方案

（1）小組成員討論畫出本組建筑示意圖及搭建的幾種設計方案。

（2）小組討論后，在已提出的設計方案中選擇其中一個方案，將它的詳細尺寸示意圖畫在坐標紙上。

3.建筑模型搭建

合理分工，每個小組有總策劃、總建筑師、總設計師和總會計師，根據自己模型的要求，合理地選擇材料，并在整個過程中，及時地做好成本（部分物品單價如下）與其他各項記錄，最后統計本次建造模型的耗材成本（圖2）。

4.建筑各項要素的等級評定

總分=成本得分*40%+抗風得分*40%+外觀*20%

成本得分：成本得分=100-造價成本

抗風得分：運用風力測試儀，對模型進行抗風性能測試，記錄測試結果，所得分數為風擋*10。

外觀得分：滿分50分，由8個小組組內自評與組間互評共同組成，去掉一個最高分，去掉一個最低分，取6組平均分。

5.觀察、分析與反思

（1）我們組的總策劃是_____，會計是_____，設計師是____，建筑師是____。

（2）我們在設計的時候參考了___，因為____它的特點是____。我們使用了_____等材料來制作模型。

（3）如果實際與設計比較接近，與大家分享你們有哪些好的做法；如果實際與設計不太接近，思考是哪方面出了問題，導致你們做出了怎樣的調整措施，也與大家分享。

（4）如果再來做這個項目，你會怎么調整或改進？

（五）結果分析

導學單中增加詳細的學習資料和小卡片與對應的建筑配對環節后，一方面增加了學生的學習興趣，另一方面通過動手操作增強了學生對各個地域特色建筑的認識。將理論知識以小活動的形式呈現，知識更加立體，而當認知出現偏差時，也可以隨時回顧。

將小組成員的分工細致、明確化以后，增強了學生的自我認同感和參與積極性，每個人都有自己主要負責的領域。同時，這四個領域也是本節課需要學生協同完成作品的四個方面，有助于課堂教學的深入展開。

增加成本統計物品費用細則后，學生在材料的選擇和使用方面更加方便合理，按需取材，有助于培養學生節約材料的意識。

在展示環節增加匯報的具體內容后，學生更加言之有物，知道圍繞著建筑搭建過程的事項進行語言組織，有助于學生在自評、互評的環節中相互學習，有利于培養學生傾聽、反思的能力。

三、STEM導學單設計建議

STEM是一門探索性的綜合課程，導學單的設計對學生的有效學習具有導向作用。在STEM教學中，導學單的設計應當遵循以下幾個原則：

（一）引導性原則。導學單的設計應當具備鮮明的主題，簡單明了。它既能引導學生，也能將記錄貫穿課堂，做到每個人都有任務。導學單還應當具備學生可以依據自己的記錄進行適當修改的功能，這是STEM課堂區別于其他課堂的明顯特征之一。

（二）科學性原則。導學單在設計過程中應當設置由易到難的階梯性和連貫性內容，便于連續的學習發生和保持探究欲望。

（三）個性化原則。記錄形式應靈活多樣，不要拘于形式。應將貼、畫、圖等多種形式融合，既形象直觀，又能增加學生學習興趣。