基于合作論證科學實踐教學模式的STEM課程設計

韓葵葵 胡衛平

隨著經濟全球化，國際市場和社會需要全面發展的科技創新人才。21世紀科學教育的目標是提升學生的科學學科核心素養。教學改革正在逐漸走向深入，走向學習的本質——思考，而教學的核心就是思維。科學學科核心素養中的學科思維包括推理論證、模型建構、創新思維3個方面。科學論證能力是指學生以科學知識為中介，根據收集到的數據資料提出主張和進行推理，反思自己和別人論點的不足以提出反論點，同時反駁他人的質疑和批判為自己辯護的綜合思維能力[1]。本文將基于合作論證科學實踐教學模式設計生活科技類課程，并且融入STEM跨學科理念，培養學生的科學論證能力和問題解決能力。

合作論證科學實踐活動模式

思維型課堂教學理論以聚焦思維結構的智力理論為基礎，著眼于課堂教學中的思維活動，意在提高課堂的教學質量。思維型課堂教學理論包括認知沖突、自主建構、自我監控和應用遷移4個方面的基本原理。本研究根據思維型課堂教學理論[2]和思維型科學探究教學理論[3]，將圖1的合作論證學習流程融入科學實踐活動中，建構合作論證科學實踐教學模式（見表1），其特點是以學生為中心，鼓勵團隊精神與合作，學生積極交流、思考并實踐解決實際問題。

合作論證科學實踐教學分為4個階段：認知沖突，自主建構，自我監控和應用遷移;6個環節：創設情境，形成探究問題，設計和開展探究，解釋和交流探究發現，反思探究發現，遷移和應用。4個階段和6個環節的具體關系如表1所示。

第一階段：認知沖突。創設能夠激發學生認知沖突的情境，促進學生主動學習

環節1.創設情境。教學情境的創設是幫助學生理解科學知識及其應用規范，激發學習動機，主動進行科學探究的先決條件。教師要通過提出一些啟發性的問題并提供豐富有趣的活動材料，創設能夠引起學生認知沖突的教學情境，激發學生的學習興趣和學習動機，引發學生的積極思維。因此，科學探究教學應設計與學生生活經驗相關的開放式問題，激發學生積極參與科學實踐活動。

第二階段：自我建構。重視課堂互動，促進學生積極主動的思維

環節2.形成探究問題。科學思維活動從各種問題開始，科學探究的邏輯起點是問題。學生需要通過觀察、聯想、比較、類比、分析、發散等思維方式抽取、識別和明確可探究的科學問題。在科學教學中，教師需要在教學的時候有效地鼓勵和培養學生獨立提出、處理并且解決問題的主動性和積極性，培養學生“敢想敢問”的問題意識，從中體驗到自尊心和責任感，促進學生創造個性的發展。

環節3.設計和開展探究。學生以小組合作的方式設計方案，從實驗中尋求證據以驗證假設。這是一種讓學生通過合作探究、收集實驗資料，記錄實驗現象和數據，分析資料得出科學結論并解決問題的途徑與方法。在持續的探究與論證活動中，學生將學習如何有邏輯地表達自己的想法，如何形成問題，如何設計實驗或制作方案進行探究，如何提出有證據的說服敘述，以及如何對他方立場提出有根據的質疑等，從而對科學論證的方法與內涵有更深入的理解。

環節4.解釋和交流探究發現。科學解釋的成分包含主張、證據和推理。科學探究結果和產品性能可以作為論證的源頭，而論證可以創造一個強化解釋的情境。因此，科學解釋有其更清楚而嚴謹的內涵。很多學生認為，當他們完成實驗探究或產品制作時，實踐活動便結束了，其實此時科學論證才真正開始。科學解釋和交流是科學論證的一部分，對學生而言，建構解釋不但能夠幫助他們了解現象，還能引導刺激他們進入科學思考和科學探究的過程。

第三階段：自我監控。注重元認知能力，引導學生對學習內容、學習過程、思維方式、所學知識和方法等，進行總結和反思

環節5.反思探究發現。科學實踐活動結束后，學生回顧數據，自發地進行反思。過程中學生要進行設計方案、制作過程、產品性能的反思和論證。學生需要從背景知識出發，聯系學習目標，以嚴謹的態度系統地對探究過程進行批判性回顧;以分析、比較、概括等思維方法為基礎，對探究過程進行反思和自我評價，同時為下一輪科學探究提出新的問題。

第四階段：應用遷移。加深學生對知識的理解，讓學生學會如何將科學探究過程中學到的知識、方法和態度遷移應用到真實情境和其他領域

環節6.遷移和應用。學生要能將他們在原有探究過程中形成的科學思維、實踐能力、科學觀念、科學態度與價值觀應用到新的問題情境中。教師需要明確連接新舊情境的相關內容具體包括哪些方面，預估學生能夠在多大程度上將先前的經驗遷移到新的情境中。學生要擴展自己的思路，應用已學知識對當前一些新的問題進行闡述和解決，然后保證當前知識的學習、使用及后期的升華。

“制作彩色拉面”STEM課程設計

本文以教科版小學《科學》3年級上冊“水”單元為基礎內容設計“制作彩色拉面”STEM課程，提供給學生完整的合作論證實踐活動學習歷程，培養學生的科學論證能力和問題解決能力。