理解生命走向未來

趙莉 陳書強

摘要：指向兒童科學素養提升的“物聯網+植物工廠”，圍繞核心素養，探究面向未來的課程結構變革。從改變學?？臻g開始，改變教的路徑、學的情境。通過開發真實情境下的課程體系，建構真實情境的“場館學習”實踐教學模型，有效促進學科課堂教學的優化。項目以科學學習為研究起點，把德育、勞動教育、美育有機結合，并逐步帶動其他學科的有效融合與發展，拓展了學習的邊界，變革了學習的方式，重構了師生的關系，指向了兒童未來的發展，初步呈現了未來學習的新樣態。

關鍵詞：真實情境;真實學習;未來課程;實踐能力

2016年“科學精神”成為中國學生發展核心素養必備要素，科學素養培養成為小學科學工作的重點。徐州市云興小學利用地理優勢建設系列場館基地，進行相應的場館學習實踐，在有意識地培養學生的科學素養方面取得了良好效果。學校思考如何解決空間受限與學生數量之間的矛盾，如何將場館資源與各個年級的科學教學以及學生科學素養培養真正契合起來，更加有針對性地培養學生的科學素養。2018年，“物聯網+植物工廠：指向兒童科學素養的校本實踐與探索”成功立項為江蘇省基礎教育前瞻性教學改革實驗項目。學校以“深化學校課程建設，豐厚學生科學素養”為目標，積極構建“物聯網+植物工廠”，開發依托“物聯網+植物工廠”的小學科學課程體系，優化科學學習內容，轉變教學方式，喚醒學生對科學知識、科學研究、科學學習的熱愛，最大限度地發展每一位學生的科學素養，縮小城市兒童對現代農業文明的陌生感。

一、指向兒童，“物聯網+植物工廠”研究的源起

學校在“物聯網+”的科技時代背景下，在充分尊重兒童認知規律的前提下，針對學生科學素養的缺失，為喚醒學生對科學知識、科學研究、科學學習的熱愛，豐厚每一位學生的科學素養，構建了在現代科技的真實場景中進行的科技教育。

（一）基于兒童科學素養培養的現狀

我們關注學生在學習、理解、運用科學知識和技能等方面形成的價值標準、思維方式和行為表現。但是通過實踐調查、理論研究，我們發現：第一，學生對科學課興趣日益流失，科學課程的內容不夠貼近兒童生活，教學方法單一固定，學習重答案，輕過程。第二，學生、科學教師的科學素養，科學研究方法缺失。第三，城市兒童對現代農業文明存在著陌生感。針對此，我們在如何優化科學學習，提升學習興趣，培養科學素養上堅定了自己的想法：構建“物聯網+植物工廠”，開發依托于“物聯網+植物工廠”真實情境下的小學科學課程體系，優化科學學習內容，轉變教學方式，喚醒學生對科學知識、科學研究、科學學習的熱愛。

（二）基于科學教育的深度校本實踐

學校充分利用場館基地優勢，將科學學習內容與真實世界建立起有機聯系。一方面通過“物聯網+”技術控制，利用集成性傳感設備、智能花盆、網絡攝像頭、種植箱、移動學習終端等現有比較成熟的產品，開展普及性物聯網種植體驗，收集種植數據，促進植物更好地生長;另一方面，通過技術對學生學習過程進行記錄、監控、分析等智能化管理，并上傳到學生學習行為跟蹤平臺，關注學生學習的過程，感受科技的魅力，使學生對科學產生濃厚的興趣，具有“基于真實問題、強調探究過程、產出多元結果”的特征。[1]同時，學校著力引導學生感受新科技助力下的現代農業文明，提升科技教育水平和學生科學素養、科學精神，培養學生適應未來的能力，在發展每一位學生的科學素養的同時，注重“五育”并舉，發展學生的學科核心能力及核心素養。

（三）順應小學科學教育教學改革

《教育部關于印發義務教育小學科學課程標準的通知》要求從2017年秋季學期開始，小學科學課程起始年級調整為一年級。科學素養培養成為小學科學工作的重點，對于提高學生的綜合素質，培養適應社會發展的復合型人才至關重要。在“物聯網+”的時代背景下，引入物聯網技術和物聯網平臺，對構建小學科學探究環境方面有著巨大的優勢，以植物工廠為切入點，在現代科技場景中進行科技教育，支持學生與信息化的真實環境進行深層次的交互，為師生提供互聯互通的學習資源和探究空間。

二、指向素養，構建基于真實情境的深度學習

在長期科學教育實踐中，學校形成了重體驗、重參與、重興趣、重過程、重能力的培養方法，形成了科學素養的校本表達，確立了“以科學課堂為重要基礎、以科技教育為活動內容、以綜合實踐為活動形式、以少年科學院為活動陣地”的科技教育途徑[2]。我們根據“中國學生發展核心素養”18個素養要點以及《義務教育小學科學課程標準》中明確的科學學科核心素養，結合學?！吧L教育”的育人目標，構建了小學生“科學素養結構模型”（見表1）。[3]

（一）基于科學態度，為學生的科學學習創造真實情境

為每位學生提供在“真實情境”中進行“實踐探究”的豐富而高效的科學學習環境。我們通過建立“物聯網+植物工廠”場館基地，有效統整開發系列場館主題課程，并通過項目學習的教學方式推進學生科學素養的提升，構建了“物聯網+植物工廠”的運作結構模型，架構了“物聯網+植物工廠”的場館系統，包括植物生長過程及環境數據收集、植物生長信息傳輸、植物生長過程及環境控制、植物成長檔案，可以讓學生了解植物的生長全過程。語音識別進行溫度調節，土壤濕度調節、補光，人和植物對話等，在植物工廠中均予以實現并突破?！拔锫摼W+植物工廠”成為學生一個重要的科技教育、科學學習基地，它帶領學生在真實的場景中感知物聯網技術支撐下的現代農業文明，幫助學生在面對科學知識、科學方法、科技成果時，樹立尊重事實、尊重證據、尊重科學、保持好奇心、嚴謹細致的科學態度。

（二）基于科學的表達與應用，開發真實情境下的小學科學課程體系

真實情境下的“物聯網+植物工廠”的科學學習，通過確立適合的學習材料、學習路徑和教學方法，建構科學的教學模型和評價平臺，幫助學生掌握科學探究技能、運用探究策略，最大限度地發展每一位學生表達與運用科學知識、開展科學探究、解決實際問題的科學素養，形成“驅動問題—主題統整—實踐探究—項目評價”的開發過程范式。

1.確立模塊主題。教師們積極尋找“物聯網+植物工廠”課程與各學科中有關科學素養培養的課程資源的契合點：具體分析基礎科學課程、拓展性科學課程、綜合實踐活動、創新型科技社團課程、STEAM課程等資源;選擇與活動主題緊密相關的、以適當的形式進行課程的設計并落實到課程中。我們初步確立“動植物的身體”、“動植物的生長”和“動植物與環境”三大模塊。每一模塊由若干個主題構成，圍繞不同的主題展開活動。

2.明確主題內容。課程主題模塊分為橫向和縱向兩個維度，按照橫向組織和縱向組織實施教學。橫向組織立足于不同年級學生的年齡特點，設計由淺到深、由易到難的模塊，并根據模塊的特點，安排課時量以及適合的學習對象，使具有不同起點的學生，經過場館學習，都有一定的提升?？v向組織是根據與某一模塊相關的場館中的具體資源、課程目標具體要求，以及學生的實際情況，在每一模塊下設計若干主題活動，將模塊主題逐步推進、深化。立足于科學學習的本質，我們將每個主題內容分為身邊的科學現象、經典的科學原理、前沿的科學話題和有趣的科學實驗四大板塊，并明確每一模塊下主題活動內容、活動目標、活動點、學習對象以及課時量。

（三）基于科學理解能力，探索真實情境下的小學科學學習實踐模型

學校以學生學習為中心，在現有科學學科單元設計的基礎上，聚焦單元主題，聯系真實場館情境，進行課程資源整合，開展以項目學習為主的學習。項目學習是基于對真實問題的探究，也是精心設計項目內容、規劃和實施項目任務的過程。通過有效統整開發系列場館主題課程，以項目學習的教學方式推進學生科學素養的提升，引導學生逐步理解科學態度、科學術語和概念、科學理論，了解科學研究方法的發展歷程、科學探究的基本方法，嘗試理解應用技術成果、軟科學的研究成果。

1.形成項目學習實踐模型。從小學科學課程的實際出發，結合植物工廠的真實場景，設計豐富而生動的案例，激發學生的學習興趣，提高他們的科學素養，尤其是分析問題、探究問題和解決問題的能力。“物聯網+植物工廠”課程在實施方式上堅持“項目學習為主導、學生學習單為輔助”的貫穿學習過程，形成“適時情境—提出問題—實踐探究—類比辨析—研究報告—思維連續”的小學科學學習實踐模型[4]。

2.采用學習單輔助學習。學習單是引導學生自主參觀、自我學習的一種工具，同時可以培養學生的自主學習精神和分析問題、解決問題的能力。在“植物工廠”課程學習中，對涉及觀察、操作、思考、判斷、交流、想象、推測的活動方式，教師結合相應的主題內容設計學習單。如設計引導觀察、操作、思考、判斷類問題;設置豐富的題型，如選擇、問答、連線、填圖、填表、貼紙、排序等;結合生活設計問題，讓學生感受到科學與生活息息相關;適當設置開放型問題，鼓勵學生提出質疑，并嘗試寫出解決辦法;鼓勵多次嘗試、反復操作，從不同的結果中進行總結，以便加深學習印象，最大限度地發揮展品的教育價值;鼓勵小組合作，鼓勵學生向同伴尋求合作。

（四）基于信息技術素養，搭建學習輔助平臺

“小學生學習行為跟蹤系統”信息平臺的搭建為學生的學習提供了無限空間，對學生的學習過程進行行為跟蹤，更好地服務于學生的學習成長，獲得了國家版權局計算機軟件著作權。學生根據研究的主題、研究的方向、研究的重點，向學科教師提出建立實驗任務、實驗組的申請，教師也可以根據學習的進度、內容、學生研究的主題在學習平臺發布學習任務，建立實驗組，選取實驗成員。學生們在植物工廠、自然種植園中觀察任務涉及的植物，調取平臺實時記錄的植物生長狀況、植物工廠的各項數據，進行實驗對比分析，并通過平臺發布觀察記錄、實驗報告、照片、視頻、心得等。實驗結束后，小組長要對實驗項目進行總結，看看自己的完成情況是否達到了預想的結果，教師和學生們則可以對這個項目進行打分和評價。學生通過學習平臺，提升了掌握信息技術知識、使用信息技術方法的素養，以及使用計算機搜索、整理、讀取并記錄關鍵性數據、使用傳感器的能力。

相較于項目組研讀課標、研讀教材后，基于學科融合點建立的學生感興趣的課題，平臺更多的是學生發現問題后，自主申請的研究主題。比如一年級學生進入校園，對植物工廠產生了強烈的興趣后，“校園植物我來認”的學習主題應運而生。他們在校園中從慢慢地認識一棵棵植物，記錄一棵棵植物的名片，到慢慢喜歡上校園生活。二年級學生則對校園一排排醒目的銀杏樹產生了興趣，建立了“認識銀杏樹”的學習主題。他們從銀杏樹的小小嫩芽開始觀察，用照片、繪畫、日記的形式記錄一年的觀察所得。三年級建立了“鳳仙花”主題，學生用觀察日記的形式，用充滿新鮮感的語句記錄鳳仙花從播下種子到收獲種子的120天的生命之旅，同時進行植物工廠與自然種植條件下的對比觀察實驗。四年級建立了“植物遇上最美詩詞”的學習主題，學生把搜集的與植物有關的詩詞名篇、名家朗誦視頻、自己朗誦的音頻資料上傳平臺交流。五、六年級則聚焦主題，深度挖掘專題研究，如“獼猴桃的花為什么向下生長”“獼猴桃室內室外生長的區別”“獼猴桃如何防止蟲害”“溫度對獼猴桃的生長影響”“雜草對獼猴桃是否有危害”“獼猴桃生長建議”……學生圍繞一個研究主題，采用上網搜集資料、翻閱書籍、向他人請教、實地調查研究等方式，形成了豐富的研究報告。目前已有5500名學生圍繞200多個研究主題在“小學生學習行為跟蹤系統”平臺記錄研究成果，進行課程的展示、互動、交流[5]。

三、指向未來，探索課程重構的未來學習

項目以學生學習為中心，圍繞學生素養的目標指向，跨越學科課程邊界，在現有學科單元設計的基礎上，聚焦單元主題，聯系真實場館情境，進行課程資源整合，探索未來學習形態，培養學生面向未來的學習能力。

（一）適應未來發展的學習方式

“物聯網+植物工廠”是基于真實情境的真實學習，基于場館的深度學習，基于信息技術的信息化學習，基于學科融合的跨界學習，基于“學習方式的變革”的指向未來的學習，進一步重構了學習共同體、班級、年級、教室等概念。學生在教師的指導下，在植物工廠中進行適時的學習，同時每個班級成立了植物工廠研究小組，進行項目式學習、主題式學習、常規式學習，形成了課堂、課外、社團、網絡四級立體學習空間。如“環境對植物生長影響的研究”的系列課例圍繞研究主題，打破了年級、班級概念，以混齡教學的方式，讓不同年級、不同班級學生通過“季節對銀杏樹有影響嗎”“植物工廠中的鳳仙花為什么提前開花”“光照對獼猴桃的影響”等一系列研究子課題，展示一段時間的學習過程。學生們以實事求是、重視科學實證的嚴謹態度，以豐富的實驗日記、研究報告、課本劇、辯論的方式，努力展示科學學習的過程，呈現科學學習的學科特征。

（二）面向兒童未來的發展

在項目推進過程中，我們堅持立德樹人、以文化人，堅持培養能夠擔當民族復興大任的時代新人;在“理解生命 志趣多元”的理念下，堅持全方位、全過程育人，注重五育并舉，實現各學科的有效融合與發展。一是關注學生創新精神和實踐能力的培養，關照未來一代所需要具備的核心素養——自主、創造，不斷激發學生探究、理解、發現、創造的主動性，以培養學生更好地適應并創造社會生活的能力。二是挖掘師生共同生活中的真實經驗，關注社會、生活、社區中創生的具有價值的研究項目，強調學生的自主性與參與意識，重視傾聽、探究、創造、反思、批判與合作能力的培養，啟發學生在發現與創新中求得志趣，更在自主與實踐中聯結未來。

如“小小鳳仙花”的主題學習，科學教師結合三年級教材“鳳仙花”的學習要求，指導學生種植鳳仙花，養成善于觀察的習慣，帶領學生圍繞主題，進行家庭種植、室外種植、植物工廠種植、營養土種植、營養液種植的對比實驗。語文教師重點指導學生在觀察的基礎上，捕捉生動、有趣的瞬間，用新鮮感的語句寫成“鳳仙花”觀察日記。美術教師側重帶領學生畫下“鳳仙花”的每一個生長足跡。數學教師指導學生提取植物工廠關于溫度、濕度、光照的大數據，進行測量統計、類比分析，制作成數據圖表。在信息技術課上，學生在教師的指導下，利用定格動漫的軟件制作鳳仙花的生長過程、鳳仙花的植物名片、電子小報等。每個班級在實驗基地里堅持除草、除蟲、清潔、養護的勞動付出，品味成功、失敗、懊惱、喜悅的不同滋味。通過植物的生長，學生感悟著生命的生長，生長的付出，生長的堅守，生長的智慧。

“物聯網+植物工廠”是指向兒童科學素養的校本實踐與探索，它讓每個學生都成了學習的主人。在充滿兒童氣息的校園里，學生逐步成為“健康、自由、智慧、明理、博雅、自主、創新”的時代新人。

參考文獻：

[1]伍新春，曾箏，謝娟，康長運.場館科學學習：本質特征與影響因素[J].北京師范大學學報（社會科學版）， 2009（5）：14-15.

[2][4][5]夏雪梅.項目化學習設計：學習素養視角下的國際與本土實踐[M].北京：教育科學出版社， 2018：128，33，142-157.

[3]韓光艷.基于網絡的科學探究對提高小學生科學素養有效性的探究[D].廣東：華南師范大學， 2007：14-16.

編輯：李韋