例談基于核心素養(yǎng)的小學(xué)低年級 STEM課程設(shè)計研究

肖化 譚偉紅 區(qū)楚瑜

[摘? ?要]STEM教育提倡跨學(xué)科整合的學(xué)習(xí)方式，為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)提供了可行的方法與路徑。但目前基于核心素養(yǎng)的小學(xué)低年級STEM課程研究較少。研究者依據(jù)STEM教育特征和我國學(xué)生核心素養(yǎng)框架設(shè)計了本土化小學(xué)低年級STEM課程。該課程能夠激發(fā)學(xué)生的探究熱情，引導(dǎo)學(xué)生在工程實踐探索活動中掌握豐富的科學(xué)文化知識，從而培養(yǎng)科學(xué)精神和自主學(xué)習(xí)能力，提升創(chuàng)新意識和實踐能力，增強(qiáng)社會責(zé)任感，最終形成學(xué)生的核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]小學(xué)低年級;核心素養(yǎng);STEM教育;課程設(shè)計;跨學(xué)科

隨著全球化網(wǎng)絡(luò)信息科技為代表的“后現(xiàn)代社會”的到來，人們需要適應(yīng)復(fù)雜多變的外部環(huán)境，因此社會對人才提出了新需求，這是對以往知識、技能等相關(guān)概念的內(nèi)涵擴(kuò)展和升級后的新概念——能力（competence）[1]。為了應(yīng)對21世紀(jì)的人才需求，國際經(jīng)合組織（以下簡稱OECD）、歐盟、美國等發(fā)達(dá)國家或組織相繼研究了新時代綜合型人才所需的關(guān)鍵能力，并推出了適合自身經(jīng)濟(jì)、社會和教育發(fā)展要求的核心素養(yǎng)體系[2]。我國教育部在2016年也提出了中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的指標(biāo)體系。其中，STEM教育是各國用以培養(yǎng)綜合型人才的重要教育戰(zhàn)略手段。STEM教育基于學(xué)科融合，以跨學(xué)科教學(xué)的方式促進(jìn)學(xué)生的問題解決，從而培養(yǎng)其交流、合作、批判性思維和創(chuàng)新實踐等能力。STEM的教育理念與OECD所提出的21世紀(jì)技能中4個核心技能（即交流、合作、批判性思維、創(chuàng)新）是相一致的。然而，目前我國的STEM教育還處于以中小學(xué)課外輔助課程形式為主、以動手操作為重點的階段，尚未在日常教學(xué)中較好地實踐STEM教育的融合理念，特別是在低年級仍不能踐行以STEM課程形式呈現(xiàn)融合的教學(xué)，這是非常可惜的。因此，本研究基于核心素養(yǎng)設(shè)計了符合我國小學(xué)低年級教學(xué)特征的STEM融合課程，旨在為我國STEM教育體系的頂層設(shè)計提供參考案例和實踐依據(jù)。

一、概念界定

1. 核心素養(yǎng)

“核心素養(yǎng)”一詞最早出現(xiàn)在2003年OECD發(fā)布的《核心素養(yǎng)促進(jìn)成功生活和健全社會》（Key Competencies for a Successful Life and a Well-Functioning Society）研究報告中，報告認(rèn)為“competencies”具有比知識和技能更豐富的涵義，是人在特定情境中解決復(fù)雜問題以滿足復(fù)雜需求的能力。歐盟理事會在其研究報告《知識經(jīng)濟(jì)時代的核心素養(yǎng)》中也闡述了“key competencies”的定義，認(rèn)為“核心素養(yǎng)是一系列知識、技能和態(tài)度的集合，具有可遷移的、多功能的特征。核心素養(yǎng)是每個人發(fā)展自我、勝任工作及融入社會所必需的關(guān)鍵能力”[3]。 2016年，我國發(fā)布的《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，將學(xué)生的核心素養(yǎng)分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會參與三個方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊、科學(xué)精神、學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實踐創(chuàng)新六大素養(yǎng)（見圖1）[4]。

2. STEM教育

STEM是指科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）和數(shù)學(xué)（M）多門學(xué)科交叉融合的整合性教育。STEM教育于20世紀(jì)八十年代在美國興起，隨著社會經(jīng)濟(jì)對STEM人才需求的不斷發(fā)展，STEM專業(yè)人才成為了各國搶占第四次工業(yè)革命先機(jī)，促進(jìn)制造業(yè)智能升級的關(guān)鍵[5]。各國在國家戰(zhàn)略層面積極推廣STEM教育。2017年，英國頒布的《建立我們的工業(yè)戰(zhàn)略綠皮書》指出現(xiàn)代工業(yè)戰(zhàn)略中技術(shù)教育是核心，并投資1.7億英鎊建立技術(shù)研究所，為STEM科目提供更高水平的技術(shù)教育[6]。2018年，美國發(fā)布“北極星計劃”，提出“STEM不僅要培養(yǎng)批判性思維，還要促進(jìn)毅力、適應(yīng)能力、合作能力、組織能力和責(zé)任感等行為能力的發(fā)展”[7]。我國STEM教育起步較晚，教育部于2016年在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確指出，有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用[8]。自此，STEM教育在我國也進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的階段。

3.基于核心素養(yǎng)的STEM教育特征

STEM教育能較好地夯實學(xué)生的文化基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。其所倡導(dǎo)的跨學(xué)科融合教育把科學(xué)知識、科學(xué)方法、技術(shù)應(yīng)用和工程思維較好地結(jié)合起來，是使核心素養(yǎng)落地生根的有效教學(xué)方式。STEM教育幫助學(xué)生認(rèn)識問題、分析理解、判斷現(xiàn)狀并解決問題，從而培養(yǎng)他們的理性思維、批判思維和質(zhì)疑能力。“做中學(xué)”是STEM教育的一個核心特點，通過STEM教育可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，提升其創(chuàng)新意識和實踐能力。

STEM教育注重學(xué)生的自主發(fā)展，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。STEM教育以學(xué)生動手實驗為主要學(xué)習(xí)形式，讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、勤于反思。在STEM教育中，學(xué)生通過實踐探索獲得相關(guān)知識后，將自主運用科學(xué)和數(shù)學(xué)的思維、工程的思想、技術(shù)的方法與技能來解決實際問題。STEM教育讓學(xué)生能自覺、有效地獲取、評估和使用信息，培養(yǎng)數(shù)字化生存能力，主動適應(yīng)社會信息化發(fā)展的趨勢。

STEM教育能較好地幫助學(xué)生融入社會參與，以現(xiàn)實問題為基礎(chǔ)實現(xiàn)社會應(yīng)用，同時注重培養(yǎng)學(xué)生與他人交流和溝通的能力，發(fā)展合作能力。在STEM教育中，學(xué)生積極參與交流與討論，學(xué)會尊重他人的情感和態(tài)度。STEM教育強(qiáng)調(diào)基于生活中的真實情境，通過了解科學(xué)、技術(shù)工程與社會和環(huán)境的關(guān)系，增強(qiáng)社會責(zé)任感，熱愛并尊重自然。

二、小學(xué)低年級STEM課程的設(shè)計思路

課程是學(xué)校教學(xué)的主要模式。設(shè)計小學(xué)低年級STEM課程有利于提高學(xué)生對STEM相關(guān)科目的興趣，幫助他們奠定良好的科學(xué)知識基礎(chǔ)，為日后在各學(xué)科的學(xué)習(xí)中融入整合思維，提高綜合運用知識的技能做準(zhǔn)備。因此，小學(xué)STEM課程的總目標(biāo)是傳授學(xué)生基礎(chǔ)的STEM知識，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)技術(shù)的興趣和探究熱情，發(fā)展學(xué)生的工程思維和技術(shù)應(yīng)用能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)，提高學(xué)生的STEM能力，為培養(yǎng)未來STEM人才做基礎(chǔ)準(zhǔn)備。

1. 小學(xué)低年級STEM課程目標(biāo)設(shè)計

基于STEM教學(xué)知識是多門學(xué)科融合的特點，在設(shè)計具體STEM課程目標(biāo)時，可以中國內(nèi)地《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017）》、美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)（2013）》（Next Generation Science Standards： For States， By States）和中國香港《科學(xué)教育學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程指引（小一至中六）（2017）》為知識目標(biāo)的主要設(shè)計依據(jù)。結(jié)合布魯姆的教學(xué)目標(biāo)分類理論，將STEM課程目標(biāo)分類為知識目標(biāo)、探究目標(biāo)、態(tài)度目標(biāo)、社會與科學(xué)、工程、技術(shù)目標(biāo)。

知識目標(biāo)由科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）、數(shù)學(xué)（M）、數(shù)字和計算（D&C）五方面組成（見表1）。科學(xué)目標(biāo)描述學(xué)生需要掌握的基本科學(xué)知識。技術(shù)目標(biāo)描述學(xué)生需要掌握的與科學(xué)探究和工程設(shè)計相關(guān)的技術(shù)技能。工程目標(biāo)則描述學(xué)生的工程思維和需掌握的工程設(shè)計流程步驟。數(shù)學(xué)目標(biāo)描述學(xué)生要掌握的基本數(shù)學(xué)知識和數(shù)學(xué)思維。數(shù)字和計算目標(biāo)是指學(xué)生需培養(yǎng)的計算機(jī)思維和流程操作思想。

探究目標(biāo)描述學(xué)生對科學(xué)探究方法的掌握。STEM課程要求學(xué)生能根據(jù)事物提出問題和質(zhì)疑，并就提出的問題進(jìn)行方案設(shè)計，初步運用理性的方法處理較簡單的實際問題;初步了解比較、分類、歸納、推理、類比等科學(xué)思維方法;培養(yǎng)觀察、假設(shè)、驗證、推論的科學(xué)實驗?zāi)芰Α?/p>

態(tài)度目標(biāo)包括學(xué)生對STEM課程、STEM學(xué)習(xí)、科學(xué)等方面的態(tài)度描述。STEM課程應(yīng)保護(hù)低年級學(xué)生的好奇心和探究熱情，激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神;使學(xué)生形成積極參與交流和討論，與他人合作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)態(tài)度;奠基學(xué)生尊重事實、科學(xué)探究、樂于操作實踐的科學(xué)態(tài)度。

社會與科學(xué)、工程、技術(shù)目標(biāo)描述科學(xué)知識、工程、技術(shù)對人類社會和自然社會的影響。STEM課程應(yīng)使學(xué)生了解所學(xué)科學(xué)知識在日常生活中的具體應(yīng)用;了解工程技術(shù)對日常生活、人類社會發(fā)展、自然生態(tài)系統(tǒng)的影響;使學(xué)生具有尊重自然、愛護(hù)生物、保護(hù)環(huán)境的意識和社會責(zé)任感。

2. 小學(xué)低年級STEM課程環(huán)節(jié)設(shè)計

STEM教育是一種體驗式、關(guān)聯(lián)式和真實化的學(xué)習(xí)形式，一般以基于問題（problem-based）或基于項目（project-based）的學(xué)習(xí)形式為主[9]。兩種方法都是向?qū)W生展示開放式、多解決方案的現(xiàn)實世界問題，不同點在于基于項目的學(xué)習(xí)活動一般持續(xù)較長時間，例如一個學(xué)期，而基于問題的學(xué)習(xí)活動往往持續(xù)時間較短[10]。卡普拉羅（Capraro）和斯勞（Slough）將基于項目的STEM學(xué)習(xí)定義為“在內(nèi)容豐富的項目中，一個具有明確結(jié)果的不明確任務(wù)。它要求學(xué)生解決多個問題，并且在整體考慮問題的過程中掌握各種STEM學(xué)科概念”[11]。因此，本研究中的STEM課程基于解決現(xiàn)實問題為課程內(nèi)容設(shè)計思路，采用基于項目的學(xué)習(xí)形式設(shè)計STEM課程環(huán)節(jié)，包括問題提出、科學(xué)探究、創(chuàng)意制作三大環(huán)節(jié)。

問題提出是指創(chuàng)設(shè)一個實際情境，提出學(xué)生要解決的實際問題或工程問題，幫助學(xué)生認(rèn)識和理解問題存在的意義。該問題是學(xué)生需要完成的最終任務(wù)，也是教師教學(xué)的核心本質(zhì)。

科學(xué)探究是指圍繞所提出的問題，在教師指導(dǎo)下，采用科學(xué)實驗、演示實驗、圖片和視頻展示、現(xiàn)場觀察等多元教學(xué)方式，使學(xué)生學(xué)習(xí)和了解相關(guān)的科學(xué)概念、方法和技能，為下一環(huán)節(jié)的動手操作鋪墊基礎(chǔ)知識、原理和操作技能。

創(chuàng)意制作是課程的重點，是實現(xiàn)學(xué)生綜合運用科學(xué)知識，體現(xiàn)融合教學(xué)理念的重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)需要學(xué)生基于以上環(huán)節(jié)所學(xué)的知識和技能，深刻理解問題本質(zhì)，明確所需完成的任務(wù)，并提出和實踐解決方案。學(xué)生需要通過討論和思考，提出方案，設(shè)計草圖;選擇材料和工具，動手制作作品，檢驗和修改作品，最終完成作品，解決問題。

三、小學(xué)低年級STEM項目實例

“小火箭飛上天”

火箭作為STEM項目主題，具有龐大的知識體系，包含各科知識和多種工程技術(shù)，無論對于哪個年級都是具有深厚價值的教學(xué)主題。因此，本研究以“小火箭飛上天”作為小學(xué)低年級STEM課程設(shè)計的例子，展示課程設(shè)計思路。

1.“小火箭飛上天”項目的教學(xué)目標(biāo)

航天事業(yè)一直是偉大而神秘的，也因此吸引著許多孩童的目光。小學(xué)低年級學(xué)生對于火箭的外觀已有基本的生活認(rèn)識，并對火箭為何能升空有著極大的好奇。實際火箭發(fā)射情況雖然相當(dāng)復(fù)雜，但其發(fā)射原理與空氣息息相關(guān)，因此可以從認(rèn)識空氣及其作用切入，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)火箭發(fā)射的原理，將本STEM項目教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為如表2所示。

2.“小火箭飛上天”項目的環(huán)節(jié)設(shè)計

在問題提出環(huán)節(jié)，以“火箭為什么能升空”作為真實情境問題。內(nèi)容包括：通過講述我國航天事業(yè)歷史、火箭研發(fā)現(xiàn)狀，展示相關(guān)的圖片、視頻和火箭模型，引起學(xué)生的好奇;講解火箭外形和結(jié)構(gòu)，及其對于升空的作用，讓學(xué)生初步認(rèn)識物體形狀的重要性;通過簡要解釋火箭是利用氣體的反作用力升空，引入對空氣及其作用的認(rèn)識，同時引出下一環(huán)節(jié)對空氣的探究活動。

在科學(xué)探究環(huán)節(jié)，利用各種小游戲和有趣實驗來讓學(xué)生親自探究空氣到底是什么，以及探究空氣為什么能推動物體。首先，通過游戲（見圖2）讓學(xué)生利用塑料袋抓空氣，通過視覺和觸覺認(rèn)識空氣。然后，利用空氣炮（見圖3）制作活動讓學(xué)生認(rèn)識空氣的力量。讓學(xué)生在拉動薄膜，造成空氣流動吹動小彩球的過程中，真實地感受空氣的力量。

在創(chuàng)意制作環(huán)節(jié)，讓學(xué)生利用所學(xué)知識和技能，制作一架以空氣為動力的“小火箭”。本環(huán)節(jié)要求學(xué)生通過設(shè)計模型、繪制草圖、選擇材料、制作模型、測試模型、修改優(yōu)化、匯報反思等一系列工程設(shè)計流程，完成一架“小火箭”的制作。在完成“小火箭”制作后，在班級中開展“小火箭”飛天比賽，比一比誰的作品飛得更高更遠(yuǎn)，從而驅(qū)動學(xué)生更好地修改優(yōu)化作品。

四、總結(jié)

基于核心素養(yǎng)的STEM課程設(shè)計既是響應(yīng)國家對綜合型人才的需求，也是促進(jìn)STEM教育頂層設(shè)計的重要一環(huán)。因此，以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為重心的STEM課程是促進(jìn)我國STEM教育體系建立的重要基礎(chǔ)。小學(xué)低年級STEM課程通過培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實踐能力，最終形成學(xué)生所需的核心素養(yǎng)，為塑造具有STEM素養(yǎng)的公民奠定堅實的基礎(chǔ)。因此，在目前STEM教育仍以輔助課程為主要形式的階段，應(yīng)大力推進(jìn)小學(xué)低年級STEM課程的設(shè)計，以充分利用融合教學(xué)理念提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯? 郭向和）

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