學習進階：科學單元項目化學習設計策略

浙江海寧市實驗小學（314400） 顧建鋒

小學科學課程是一門綜合性課程，新課程理念強調要注重學習內容與已有經驗的結合、動手與動腦的結合、書本知識學習與社會實踐的結合、理解自然與解決問題的結合，著力提高學生的綜合能力，同時，還提出開展跨學科學習的要求。STEM是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，它將科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）與數學（Mathematics）有機結合，提倡教師在教學實踐中整合相互關聯的知識，以培養學生的創新能力。

項目化學習是基于真實問題的探究性學習活動，其本質是解決問題的過程。在小學科學教學活動中開展項目化學習，有助于增強學生的學習主體意識，促使學生主動進行科學探究活動，增進學生之間的交流與合作，深化學生對科學知識的理解，讓學生在科學探究中持續保持熱情。因此，教師要根據課程標準的要求展開科學教學實踐，對教材內容進行重構，以項目化學習推動單元教學，促進單元教學目標的實現。

一、認知策略進階：“教材解構”項目化進階學習

教科版小學科學教材沿用了大單元教學的模式，圍繞大概念統整教材，教學內容強調知識的內在聯系和內在邏輯。指向大概念的科學教育以促進學生科學核心素養的發展和提升為目標，因此，教師要在清晰的教學目標的指引下，進一步實現教學內容結構化和知識系統化，以提高學生的學習效率。例如，教學《運動和力》這一單元，教師要對此單元的教學目標進行梳理，以清晰的單元目標為基礎，對教材內容進行整合和項目化重構，引導學生開展基于項目化學習的STEM課堂教學實踐。

1.教學目標清晰化解構

《運動和力》這一單元以小車為主要研究對象，以物體的運動及其受到的力為學習線索，由淺入深地布設了學習知識點，如怎樣使靜止的小車運動起來、不同的力對小車的運動產生怎樣的影響、運動的物體所具有的能量與其運動情況有什么樣的關系等。本單元教學，教師可設計測量力的大小、制作小車等相關活動。通過這些活動，學生能認識到物體的運動與其作用力之間的關系及其相關的知識點。本單元的內在邏輯關系如圖1所示：

圖1 《運動和力》單元邏輯關系

本單元的學習內容指向四個不同的主要認知，即物質科學領域中的“力作用于物體，可以改變物體的形狀和運動狀態”“機械能、聲、光、熱、電、磁是能量的不同表現形式”，以及技術與工程領域的“技術的核心是發明，是人們對自然的利用和改造”“工程的關鍵是設計，工程師運用科學和技術進行設計、解決實際問題和制作產品”。教材的呈現方式比較傳統，從理解知識概念到進行設計制作活動，學生雖然會對每一節課的教學內容產生興趣，但易缺少學習內驅力。這就需要教師用新的教學理念重構教材內容，通過項目化學習推進學習進階，培養學生的科學思維。

2.教材內容項目化重構

項目化學習需要明確項目任務，更要確定項目目標，確保學生深入開展科學探索活動。在單元項目目標的確定上，教師要把握學生的科學學習水平和認知特征，做到從學生的實際情況出發，避免項目目標的設置違背學生的學習規律。在項目推進過程中，教師要細化目標，對教學內容進行重構，在合理安排好項目推進過程的基礎上兼顧大概念教學，落實基本的教學要求，促進學生綜合素質的發展。

在《運動和力》這一單元中，“設計制作小車”一課安排兩個課時完成。教師可以對“設計制作小車”這個主題進行項目式升級，采用PBL項目式學習方式（即Project-Based Learning，以解決問題為導向的學習方式）重構教材，引導學生圍繞主題活動學習本單元的相關內容。設計制作的完整流程為明確問題→制訂方案→實施方案→評估與改進。設計制作的具體步驟：①明確問題：明確設計什么、有何用途、具體要求有哪些；②制訂方案：小組討論，想想會遇到什么問題、如何解決這些問題，以制訂最優方案；③實施方案：小組協作，根據設計的方案進行制作，隨后匯報、交流、展示；④評估與改進：根據量規標準評估，反思存在的問題，進一步提出改進建議并修正方案。

在這一過程中，教師需要對整個單元內容進行項目化重構，將教學路徑由原來的從理論到實踐調整為在實踐中學理論，即教材設計的教學路徑為學習“運動和力的關系”到“設計制作小車”的實踐運用，調整后的教學路徑為從“設計制作小車”STEM項目入手，讓學生經歷一個完整的項目化學習，在其中主動獲取“運動和力的關系”等相關科學知識，學會運用一種力去設計制作小車，最后以小組合作的形式共同完成作品，并通過實驗測試、評估反饋、反思改進，增強設計的合理性、科學性。這個學習過程充分融入了科學、數學、設計、工程等方面的知識，特別增加了工程設計與技術應用相關知識的占比，形成了跨學科項目整合。具體設計思路如圖2所示：

圖2 《運動和力》單元重構設計思路

二、概念建構進階：“追求理解”項目化進階學習

基于項目化學習的核心概念來建構教學進階，是當前科學教育研究的熱點。在具體實施過程中，教師要先確定單元學習主題的核心概念，并對概念進行層級分解，形成若干科學概念，再將科學概念逐一分解為子概念，從而形成清晰且有層次的概念體系。教師要從學生的原認知出發，設計合理的、有梯度的項目化學習過程，讓學生能更好地圍繞核心概念進行意義建構，從而達成單元教學目標。就《運動和力》這一單元而言，教師可以對它的核心概念進行層級分解，根據學生的認知發展起點開展項目化學習實踐。

1.核心概念層級分解

科學概念是由核心概念及其衍生出來的若干個子概念構成的概念體系，具有一定的層級結構。在學習中，學生要在探究實踐過程中通過對問題提出假設、觀察發現、獲取據證、分析論證等活動建構概念。只有建構起核心概念，學生才能舉一反三，利用抽象的概念去獲取更多的事實性知識，從而對事實性知識有更深層次的理解。由此，教師可將《運動和力》單元的概念進行層級分解，讓學生在較長時間的項目化學習過程中更好地圍繞核心概念進行意義探究實踐活動，建構單元核心概念，從而達成本單元的學習目標。

為了厘清各個科學概念之間的關系，筆者把《運動和力》單元涉及的科學概念進行梳理，并繪制成如圖3所示的結構圖。從圖3可以總結出：力是物質的，蘊含著能量，力作用在物體上，可以改變物體的運動狀態。這是本單元的核心概念。同時還可以看出力的大小的改變能促使物體運動或者靜止，力的形式包括重力、拉力、彈力、反沖力、摩擦力等，這些力是可以測量的。這是本單元的重要概念和基礎概念。教師只有明確了單元概念層級，才能在項目化學習設計中更好地把握本單元的教學目標，設計項目化教學活動。

圖3 《運動和力》單元概念層級

2.學習起點進階設計

學生的認知思維發展過程具有進階的特點。對科學課程中的大概念學習，教師應根據學生認知發展的學習進階特點，引導學生對大概念進行認知構建，以實現真正意義上的項目化學習。《運動和力》這一單元的學習重點為“力作用于物體，可以改變物體的運動狀態”這一概念。教師應指導學生通過觀察和實驗，感知常見的力，了解力對物體運動狀態的改變情況。基于對新課程理念的解讀與分析，根據四年級學生的知識結構和思維能力，從項目化學習進階理論的角度思考，筆者設計了《設計制作小車》項目學習進階表，如表1所示：

表1 《設計制作小車》項目化學習進階表

續表

教學時，教師以學生的學習進階水平為基礎，循序漸進地達成不同階段的教學目標，不斷完善學生的知識結構，培養學生的思維能力，提高學生的實踐能力。

三、實踐創新進階：“任務統領”項目化遷移學習

以建構主義理論為依據的任務驅動教學，是讓學生緊緊圍繞一個活動任務，在強烈的解決問題的動機下進行自主探究實踐活動。項目化學習就是以項目任務為統領，推動學生完成每一個教學任務。在項目實施階段，教師可以圍繞單元主題，在課始對待解決的實際問題進行剖析，明確項目任務，然后引導學生對項目任務進行分解，開展探究性學習活動。就《運動和力》這一單元而言，教師可以對此單元的進行項目重構，以《設計制作小車》這個項目來統領整個單元的學習活動。

1.以解決問題為導向的實施路徑

項目式學習是以學生為中心的學習活動。因此，教師要基于課程標準，將核心概念、核心問題與學科內容、教學目標進行關聯，以促進學生對知識的理解、遷移、綜合、運用；要以真實情境為背景，引導學生發現和提出問題，通過對真實問題的關注和思考，指導學生確立項目，構建以解決問題為導向的實施路徑。圍繞項目化學習設計問題鏈，能促使學生在項目化實踐過程中深入思考，并在解決問題的過程中積累科學經驗，逐步掌握科學概念。

教師可圍繞本單元的核心問題“設計制作小車”，明確需要學生把握的項目問題鏈（如圖4），以此推動本單元項目化學習具體實踐活動。隨后，教師引導學生展開一系列探究活動，運用重力、彈力、反沖力等驅動小車，讓學生理解“力是可以改變物體運動的快慢的”“力是可以測量的”“運動的物體是具有能量的”等科學概念。在此基礎上，學生再次優化設計，重新制作一輛小車，從項目啟動——準確把握項目目標做一輛小車，到項目探索——逐步建構與小車相關聯的科學知識，最后項目優化——通過展示、交流、評價活動，優化小車的設計制作。

圖4 《設計制作小車》項目問題鏈

2.以學習支架為導向的支持策略

在項目化學習的過程中，教師要設計符合課程標準的項目化教學活動，為學生搭建學習支架，指導學生順利開展項目化學習實踐。教師要充分發揮評價量規的作用，采用前置評價法，積極引導學生開展項目化學習活動。《設計制作小車》項目化學習的評價量規表如表2所示。

表2 《設計制作小車》項目學習評價量規表

續表

除此之外，在《設計制作小車》項目化學習過程中，教師還可以在項目啟動前期、項目探索中期、項目優化后期等幾個關鍵環節搭建具體的過程性指導支架，對關鍵問題、關鍵任務、關鍵技術、工具與資源的選擇等加以具體指導，讓學生更好地完成項目化學習。

總之，項目化學習強調的是逐步建構認知，以項目為載體，構建指向大概念理解、深度學習和核心素養培養的學習體系。學生在項目化學習中親歷學科的關聯與融合，擺脫了知識細節的糾纏，在問題情境中實現了知識概念與現實世界的聯結，更實現了項目與知識、能力、素養的融合，促進了學生對學科知識的理解，使深度學習真實發生。