依托科研院所資源設計小學科學STEM校本課程

鄔丹妮

如何推進基于小學科學的跨學科學習？有條件的學校可以依托區域內科研院所的科學探究資源，按照《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課標》）建設STEM（科學、技術、工程、數學）校本課程。筆者所在學校所處的寧波國家高新區是寧波市實施科教興市“一號工程”和建設創新型城市的核心載體，集聚了全市約1/3的重點科研院所、1/2的公共技術服務平臺、2/3的檢測認證機構。筆者依托區域內豐富的現代科技教育資源，結合校情，按照“入校體驗—入院提高—校院聯合培優拓展”的思路，設計了三級階梯STEM校本課程模式，踐行以學校為本位，由學校自主確定課程并與國家課程、地方課程相對應的理念，堅持“校院賽”三位一體，培養適應未來社會的人才。

一、科研院所STEM教育資源

STEM是科學、技術、工程、數學的簡稱。STEM教育強調打破學科界限，促進學生科學素養、技術素養、工程素養、數學素養綜合發展。STEM教育誕生于美國，在高等教育領域率先提出。隨著STEM教育理念的普及，STEM教育逐漸向基礎教育拓展。國外科研院所開發STEM教育資源，重心逐漸轉向中小學教育[1]，并基于具體的科研優勢，設計了科學探究系列課程，如美國費米實驗室開發了“兒童發明家”等。

國外成熟的STEM基礎教育資源開發經驗值得借鑒。校院合作可以開發適合本土的STEM教育資源。例如，寧波市產品食品質量分析檢測研究院開發了一系列適用于小學的STEM教育資源（見表1），助力學校開展STEM課堂教學探究活動。

二、校內外結合的STEM課程設計原則

（一）以《課標》為理論指導

校內外合作開發STEM教育資源，應依照《課標》，加強前沿科研教育資源轉化，積極耦合，促進學生發展。課程設計團隊應根據《課標》中的學段目標與不同學段學生的素養培養要求，合理利用科研院所課程資源，在設定教學目標、教學內容、教學評價等過程中，考慮學生的認知發展規律，分階段科學安排課程，滿足學生的需要，循序漸進地推進STEM課程教學。寧波市產品食品質量檢測研究院和筆者所在學校共同設計了小學科學STEM課程資源與教學目標（見表2），為參與STEM探究活動（主要針對小學中高年級學生）提供理論指導和資源支撐。

（二）深度融合信息技術

2018年，教育部發布了《中小學數字校園建設規范》，要求“實現校園環境數字化”，促進校本教育教學實踐與信息技術深度融合，充分實現信息化教學常態化與創新發展；建設智慧校園，實現網絡化教學與教研，探索數字化教學，積累、開發和利用各種數字化資源。2019年6月，中共中央、國務院發布《關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》，要求“促進信息技術與教育教學融合應用”，積極探索基于互聯網的教學模式，推進教學與信息技術深度融合。

學校開展STEM課程教學有一定時間跨度，受很多客觀、主觀因素影響，如學生在校學習時間與科研院所專家講授課程時間沖突，導致部分課程無法在線下開展，不同學生對于課程的理解程度不同、需求不同、困難不同。筆者認為教師開展STEM校本課程教學應有一定的靈活性，在當前建設智慧校園的背景下，可深度融合信息技術開展教學活動。教師可借助信息技術進行工程設計、模型構建，基于信息化教學系統或平臺實現課上與課下的銜接，提供學習交流環境，展示探究過程或創作成果，高效實施STEM課程[2]。教師應主動嘗試跨學科備課，提高信息素養，將數字化教學理念滲透到STEM校本課程中。學校積極應用信息技術，創設多種架構，建立不同層次的可重復播放、可直接連線反饋的數字化平臺，使STEM課程有拓展性，使之更加靈活，更加具有針對性、連續性，促進學生個性化發展。

（三）校本化、個性化設計課程

學校的課程教學以辦學理念為依托，同時滿足學生的需求，充分發揮學校的資源優勢，體現自身辦學特色。教學團隊將知識、實踐活動與學校實際情況相結合，開設不同種類的課程供學生選擇。教師通過篩選、改編、重組、優化、拓展等方式，發揮學校優勢，對課程進一步完善，使之更符合學生的特點和需要。此外，學校在實施STEM課程過程中充分發揮教師的主觀能動性，在設計新課程過程中對學生的學習需求進行科學準確的評估，充分利用好學校所屬區域的課程資源，以學生為主體，開發能夠發展學生個性特長的、多元化的、真正滿足需求的課程。

三、校內外結合的三階梯STEM課程模式

在小學科學新課改的背景下，學校開展校外科技教學活動勢在必行。為此，教師應建立一種可操作、可評價的教學模式，確定教學內容，讓學生通過真實的活動實踐，運用跨學科知識與思維，主動構建新知識，提升敢于探索的創新意識和理性思維水平，提高科學實踐能力。

學校充分挖掘已有的科技教學活動與STEM校本教學的相關內容，按照“入校傳授—入院提升—校院聯合培優拓展”的思路，設計三級階梯STEM校本課程模式并加以實踐，堅持“校院賽”三位一體，兼顧基礎需求和進階需求。

（一）一級課程：校內開展基礎課程

依托區教育主管部門支持的課后服務體系，科研院所選派代表以“入校傳授”的形式開展STEM校本課程，以培養學生的發散思維為主。在此基礎上，教師結合學校智慧校園的特色，采用網絡直播的形式，提高參與體驗學生的覆蓋范圍。一級課程適用于零基礎的學生，教學材料容易獲得，學校開設課程的時間與地點可控性強。

以“微生物與健康”為例，課程主要面向小學五、六年級學生，學校借助寧波市產品食品質量檢測研究院的微生物實驗室資源，請該實驗室的科研人員入校指導學生科學規范地進行基礎微生物實驗的操作，包括配制適合不同菌種的培養基、平板稀釋涂布法的應用、微生物計數、微生物的滅菌、致病菌的鑒別等。學生在“尋找識別致病菌”任務驅動下，接受科研人員指導通過實驗操作驗證自己的猜想；通過實驗操作、觀察辨別、記錄分析，調用已有知識，建構新的學科概念框架，實現知識更新；通過總結實踐經驗，學生對探索周圍未知事物更感興趣，學會用科學思維與方法解決問題，具備一定的分析能力和實踐能力。

（二）二級課程：校外開展選擇性課程

學校統計整理區內各科研院所STEM基礎教育資源，分析其優勢和特點，結合教材，梳理課程內容，重構具有校本特色和區域優勢的課程體系，為學生開設多元化的可選擇課程。二級課程可以是一級課程的補充，用以彌補器材設備不足等物資缺乏造成的課程短缺。受科研院所一次性容納人數限制，二級課程主要針對STEM項目式學習特別有興趣的中、高年級學生開設。教師按年級控制參與的學生人數，通過“高年級帶低年級”，營造良好的入院STEM學習氛圍。

以“食物中的營養”為例，課程主要面向四年級學生，旨在讓學生認識不同食物中含有不同的營養素，如蛋白質、淀粉、脂肪、糖類、維生素和水等。教師利用色譜分析及相關信息技術，將食物中營養素的定性研究轉化為更精準的定量研究，將不可見的營養素含量用直觀的數據圖表進行表達，解決“不同品牌牛奶的蛋白質含量哪個更高”等高難度問題。學生在學習過程中深入理解學科概念，并進一步利用所學知識解決真實情境中的問題，促進科學思維、技術思維和工程思維等高階思維發展。

（三）三級課程：校內外聯合開展拓展性課程

科研院所和學校聯合開展旨在培優的拓展性課程。學校根據各科研院所的優勢和特點，按照各級各類賽事要求，搭建學生學習平臺。在三級課程教學中教師側重提高學生的創新思維能力，增強學生的整體架構能力、團隊協作能力。

以寧波市青少年科技創新大賽為例，大賽舉辦方每年都設有“青少年科技創新成果”項目，分數學、物理學、化學、微生物學、環境科學、生物化學等13個領域進行評比，要求參賽學生提交研究報告、研究性學習成果等材料。筆者所在學校設備資源不足，師資力量薄弱，以前參賽成績均不理想，但借助研究院得天獨厚的優勢資源后，開展了學生感興趣的項目研究，如“不同抗生素抗菌效果的特異性研究”“不同洗滌對果蔬農藥殘留量的影響”“重金屬污染性土壤中不同植物重金屬含量的比較分析”等一系列研究，有了明顯進步。

實踐證明，三級階梯STEM校本課程模式是科學可行的，且能發揮學科育人價值。教師借助科研院所的資源融合信息技術，立足基礎課程，孵化選擇性課程，優化拓展性課程，分層教學，不僅提高了學生的學習熱情，而且提升了學生的知識技能，讓他們接觸社會、科技、經濟前沿，緊跟時代發展節拍，從小樹立“科學技術是第一生產力”的意識。

參考文獻

[1] 郭慶，喬翠蘭，朱宗宏，等.國外大科學裝置機構STEM教育資源開發的啟示[J].自然科學博物館研究，2021（3）：40-49.

[2] 陳慧娟，辛濤.我國基礎教育質量監測與評價體系的演進與未來走向[J].華東師范大學學報（教育科學版），2021（4）：42-52.

（作者系浙江省寧波高新區信懋小學教師）

責任編輯：祝元志