STEM教育理念下的小學科學單元整合案例開發與教學實踐

姚毅鋒　許立希

關鍵詞 STEM教育理念;小學科學;單元整合;“聲音”單元

中圖分類號 G623.6

文獻標識碼 A

文章編號 2095-5995（2021）12-0060-03

在《義務教育小學科學課程標準》發布后，STEM教育理念在基礎教育領域中被廣泛接受，科學教育也越來越受到重視，但工程教育與技術教育的普及和發展仍相對滯后。如何在小學科學課堂中有效發展STEM教育，全面提高學生的綜合素養，是身為科學教育工作者需要思索和通過實踐探索的問題。基于此，筆者對小學科學進行基于學科的STEM教育整合實踐探索。本文將以教科版小學《科學》四年級上冊“聲音”單元整合教學案例——《合奏（小星星變奏曲）——設計制作小樂器》為例，說明小學科學單元整合教學案例開發設計的過程與實施路徑。

一、單元整合案例開發與設計流程

單元整合是指圍繞一個核心驅動問題，將某一單元的教學內容進行重新設計和整合，以完成一個項目的形式，將散落在不同課時的具體知識與技能以最優的方式綜合，使學生在解決真實問題時進行深度學習，構建相應的知識技能，在經歷工程設計的過程中建立工程思維。單元整合教學案例開發與設計流程主要分為五步。

（一）選擇合適的單元

單元整合教學是以項目式學習的模式進行，引導學生從解決一個真實的、劣構性問題（富含多種解決方案、多種解決途徑的問題）出發，自主學習相關的知識與技能，經歷工程設計的過程，最終得到一個開放性的結果。這是一種有效體現工程思維的教學形式，因此我們所選擇的教學單元應具備技術工程的可開發性、可實踐性。

（二）梳理課程目標

1.以科學學科目標為核心，多學科目標并行

本課程是以小學科學學科為核心的學科單元整合課程，因此課程目標設計應主要參照《義務教育小學科學課程標準》（2017年版）對該單元的要求制定。同時，STEM教育的課程理念的突出特點是跨學科學習與實踐。因此除了科學學科外，小學科學單元整合課程設計還需關注本課程涉及的其他學科的課程目標，使學生通過課程學習后，能將不同學科的知識聯系起來，形成一個立體的、多學科的知識結構網。

2.聚焦培養學生關鍵能力

《關于深化教育體制機制改革的意見》明確指出，學校應在“在培養學生基礎知識和基本技能的過程中，強化學生關鍵能力培養”。關鍵能力包括認知能力、合作能力、創新能力和職業能力四個方面，而項目式學習是培養學生關鍵能力的重要途徑之一。因此在設置課程目標時，也應將關鍵能力的培養列入單元整合課程目標之中。

（三）提出核心驅動問題

單元整合學習是圍繞解決一個真實而非假設的問題開展的一系列學習活動。單元內容作為解決核心驅動問題的“資源庫”，是為解決該問題而服務的。在選擇核心驅動問題時，首先要考慮問題的理論性和實踐性，評估該問題是否能使學生主動且有效地建構本單元的知識與技能，否則實踐（解決問題）將會與理論（學習單元知識與技能）相分離，使教學效果大打折扣。另外，要把握好核心驅動問題的指向性和劣構性。核心驅動問題的表述要清晰地指向最終產品（作品）及附加要求，讓學生有方向地進行思考和設計。因此在圍繞核心驅動問題的前提下，教師應更多地設置劣構性問題，允許學生用不同的方法解決同一個問題，激發學生更高的創造熱情，激活其創新思維。

（四）分解形成若干子問題

核心驅動問題一般較為復雜、概括性強，且解決方式具有一定的開放性，因此學生甚至成人面對這些問題時常常會感到迷茫而無從下手。而學會分解問題是計算思維的體現，也是一種高效解決問題的方法。因此教師可在課堂上以“頭腦風暴”的形式引導學生運用這樣的計算思維，抓住問題本質，對之進行拆分，將復雜的問題分解成一個個能被解決的子（小）問題，然后列出子問題清單，并說明解決問題的步驟。之后，教師就可以根據預設的子問題清單設計相對應的學習活動，使學生有依據、有順序地進行學習。

（五）采用多元評價方式

1.評價主體多元化

基于STEM教育理念的單元整合課程開發涉及多學科教師的共同合作。同時教學活動又是師生、生生的雙邊活動，因此在評價過程中，不僅要協同各學科教師進行評價，還要充分考慮學生在課程實施主體性，注重學生自評與互評。

2.評價方式多樣化

單元整合課程涉及的知識技能綜合且復雜，學生學習的過程性強，形式也較為多樣，這要求教師設置的課程評價方式不能單一。因此教師應將多種評價方式相結合。例如教師可以將評價置于真實情境中，引入評價量表、成長檔案袋等評價方式關注學生學習過程的評價。

二、單元整合教學過程設計實例與實施路徑

美國教育家杜威認為，兒童在現實情境中生活，他們認識世界的活動是連續的、綜合的，而已歸了類的學科將學生認識世界的過程割裂開來，因此他主張課程應與兒童的生活經驗相結合，摒棄固定的、現成的觀點，讓學生在“做中學”。單元整合的課程希望學生能夠在真實情境中學習如何解決問題，主動習得與該單元相關的知識與技能，同時發展關鍵能力，使學生體驗如工程師那樣完成一個項目的過程。通過團隊的探索與實踐，我們以工程設計的一般過程為主線，將單元整合融入一般的教學過程，提出了單元整合教學的設計與實施路徑（如圖1）。

（一）導入環節

單元整合教學的導入環節主要由概要講授相應知識、布置任務、公布過程性評價和終結性評價量表組成。以“聲音”單元為例，本環節教學過程具體如下：

發布驅動任務：制作能演奏兒歌《小星星》的小樂器，并出示評價量表，讓學生根據量表監控自己和小組的學習活動，引導小組成員之間的合作與評價。

對總任務進行分解是學生形成分解與抽象思維的關鍵步驟。本環節中教師引導學生通過頭腦風暴的方式將“設計制作小樂器”這個大而復雜的“工程系統”分解成若干個待解決的任務，列出樂器制作所需的條件，思考需要解決哪些問題，進而將每個任務分解為幾個小但可以解決的子任務，然后列出問題清單，并確定解決問題的步驟。如要使樂器具備發出不同音調的聲音的條件，就要解決聲音的高低（即音調）與什么有關、如何改變聲音的高低的問題，從而幫助學生有方向、有針對性地解決問題。此階段學生有很大的自主性，教師也應及時、全面地了解各小組的學習情況，從而對各組進行有針對性的輔導。

（二）設計方案與工程制作環節

設計方案與工程制作環節主要由收集資料與聚焦問題、完成設計方案、動手創作、實驗修正四個部分組成。成功的工程常常需要在設計與制作之間多次循環迭代，因此四個部分并不是單向的、順序性的，而是相互支撐、促進的閉環，直到得到最優產品。本環節教學過程具體如下：

在學生有了一定的聲學、樂理等知識儲備后，從本環節開始，學生將著手設計與制作小樂器。教師應向學生介紹設計的一般過程，并指導學生撰寫設計方案，鼓勵學生大膽想象，對設計進行創新。設計方案一般由設計思路、總體構想、核心技術分析、可行性分析、確定方案等步驟組成，在教師介紹后，應引導學生參照這些步驟有條理地進行方案設計。教師應注意提醒學生充分考慮現實問題，如作品的結構性、材料的選擇、成本的限制、工程計劃等因素。當學生能考慮方方面面的要求時，其系統性思維方式就逐漸培養起來了。

迭代、優化是工程實踐的要求，是工程實施過程必不可少的環節。學生在完成作品的初步設計和制作之后，教師要引導學生對自制樂器進行實驗修正，對其所設計的樂器的音高、音量等進行調試和優化。

（三）測試反思環節

本環節由成果展示和反思與建議組成。在科學單元整合課程中，教師應著重培養學生的溝通交流這一關鍵能力。因此在這兩個環節中，教師要著重培養學生的表達與交流能力，同時也要引導學生學會傾聽他人建議、對他人的作品進行客觀的評價。本環節教學流程如下：

全班共同制定評分標準，針對樂器的聲音、

結構等設置科學的測試方案和評分標準。

各組介紹自制樂器并用其演奏《小星星》，各科教師及其他小組對各組的演奏與作品進行評分，最后全班一起合奏《小星星》。隨后，各組整理課程學習過程資料，形成單元思維導圖，并依次匯報，展示各組成員的收獲與反思。同時，教師也需要對照本節課的知識目標，提前準備一份知識技能架構圖，以備補充學生遺漏的知識點。

三、成效與反思

單元整合課程能有效地培養學生的關鍵能力，發展學生的核心素養。因此在教學過程中，教師要在各項活動中有意識地培養學生的“隱性目標”（學生在學習過程中的情感體驗、學習的態度及發展性學習、創造性學習能力的培養等）。如在小組合作中，教師要關注學生間的合作氛圍和合作效率，關注各小組的任務分配是否做到分工明確、責任到人;在匯報展示時，教師要關注學生是否能邏輯清晰地表達，是否能大方地回應觀眾。

與常規的探究式教學模式相比，基于學科的單元整合課程有以下優勢：從學生角度看，通過單元整合教學，學生接受知識的廣度和容量遠遠大于常規教學模式，其應用能力和解決問題的能力更強，并能享受解決問題后帶來的成就感和滿足感;從教師的角度看，在這個過程中不同學科的教師相互交流、研討，拓寬了知識面，同時在更為復雜的教學場景中，各學科教師也提升了自己的教學組織管理能力和應變能力;從學校的角度來看，單元整合課程模式可以充分地利用學校的硬件設施資源，如創客空間、木工坊等，實現資源利用最大化。

責任編輯：劉源