小學科學與信息科技融合的教學創新：設計思路與實踐案例

余舒雯 于麗楠 曹福來 陶揚 李炯 陶丹

核心素養導向的育人方式變革

新一輪科技革命推動產業變革的同時，也對教育提出了新的挑戰。工業時代知識和信息更新速度慢，生活和工作所處環境穩定，學校僅需通過傳授明確的知識和技能幫助學生應對日常生活和工作的需求。而在智能時代，隨著技術的發展和信息的爆炸式增長，職業更迭加速，職業技能要求也不斷變化。在這樣的背景下，學校需要培養出大量能夠應對不斷涌現的新問題和新挑戰的學生，以傳授已有知識和技能為本位的傳統育人模式無法響應這一需求。正如著名教育家約翰·杜威所言：“如果我們用過去的方式教育現在的孩子，就是在剝奪他們的未來?！?/p>

為迎接這一挑戰，我國啟動了以核心素養為導向的教育改革，試圖通過課程與教學改革培養學生適應終身發展和社會發展所需要的必備品格和關鍵能力。2022 年，教育部印發了新版義務教育課程方案，強調學習者在真實情境中解決問題的能力，按照學習者學習邏輯組織呈現課程內容，引導學習者參與學科探究實踐，并明確提出要設立跨學科主題學習活動，開展跨學科主題教學。這一輪課程改革的重點切實響應了育人方式變革的核心要求，這一變革也較好地體現在各學科的新課標中。

在確定科學課程對學生核心素養發展（科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任）的基礎上，《義務教育科學課程標準（2022 年版）》圍繞核心概念整合課程內容，根據不同學段學生認知發展規律合理安排課程進階，并加強科學與工程實踐，讓學生參與真實的科學探究過程，培養學生的問題解決能力。這些改革在關注學科和跨學科核心概念的同時，鼓勵學生通過親身探索周圍世界的實踐過程獲得科學知識，解決科學問題，形成科學探究能力[1]。《義務教育信息科技課程標準（2022 年版）》同樣凝練了4 個方面的學科核心素養（信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任），梳理出整合課程內容的6 條邏輯主線（數據、算法、網絡、信息處理、信息安全、人工智能），并按照不同學段刻畫了學科核心素養進階的表現，尤其關注信息科技課程內容與其他學科，以及學生真實生活的整合實踐。面向核心素養的信息科技教育力求實現從“知識教育”到“素養教育”的轉變，從追求學科知識的系統性向以學生體驗性為核心的轉變[2]。

落實素養導向的科學與信息科技課程的挑戰與路徑

雖然科學和信息科技新課標及時響應了素養導向育人模式的現實需求，但如何在學科教學實踐中落地尚面臨諸多挑戰。首先，教師需要深入理解每個核心素養發展要求及其組成要素的本質和相互關系。其次，盡管以項目式為主的探究式教學作為一種發展學生解決真實問題能力的方式被廣泛接納，但當前課堂教學中的項目式教學往往呈現出“菜單式”的樣態，過分強調固定程序，制約學生主體性的發揮[3]。

此外，近期針對我國小學科學教師的一項大規模調查結果表明，小學科學教師在探究式教學、實驗教學、跨學科教學等方面的教學實踐能力較為薄弱[4]。同樣，對于信息科技教師而言，立足學科基本概念，依托主題活動和學生生活的真實情境，通過概念群、問題鏈和系列任務活動進行單元教學設計，讓學生參與到真實的問題解決的學科實踐過程等，轉變難度巨大[2]，尤其對于低年齡段的信息科技教學。最后，對于科學和信息科技教師，在缺乏新教材和配套課程資源支持的情況下，他們亟需一個教學抓手，以更好地培育學生的學科核心素養。

基于小學科學課堂長期實證研究的總結指出，為兼顧學科知識體系的系統性和學科實踐的真實性，學生需要作為探究的主體參與學科探究核心決策過程，在學生興趣和問題驅動的探究過程中發展學科核心素養，而非要求學生被動解決教師預設的研究問題或體驗問題解決的步驟化過程[5]。此外，在國際范圍內，信息科技融入科學學科是常見做法，如美國《K—12計算機科學框架》建議將計算機科學和數學、科學建立聯系，幫助學生獲得更加連貫的教育體驗[6]。為了實現信息科技教學從學科知識、技術工具到高階思維培養的轉變，我國學者也建議基于學科融合的理念，將信息技術的基礎技能作為學生必學必備的能力與其他學科進行有機整合，特別是對于小學低年級的課堂教學[7]。鑒于此，本文將結合已有研究和實踐，為一線小學教師落實素養導向的科學與信息科技融合的項目式教學提供一個設計思路和實踐案例。

小學科學和信息科技融合的項目式教學設計思路

以2022 年版科學和信息科技課程標準為依據，本文構建了如圖1 所示的小學高年級階段（3—6 年級）科學與信息科技融合的項目式教學設計思路。該設計思路包含5 個主要環節：①整體理解科學和信息科技課標，定位學段目標及學科核心概念／內容模塊和學科實踐要求，確定項目主題；②充分考慮課程標準中的內容要求、學業要求和學業質量標準，同時基于開展學習者現狀分析，結合二者確定項目目標；③結合學生認知發展逐步深入的規律，將項目實施規劃為圍繞項目主題的體驗、拓展和綜合3 個階段；④圍繞相應主題的學業質量標準系統設計評價方案，綜合考慮不同主體、不同內容和不同方式的評價，同時關注過程性評價和總結性評價；⑤根據體驗、拓展、綜合3 個階段逐步實施，結合評價方案設計把握教學進展。在具體實施過程中，學生在教師的支持下提出個體問題、轉化個人問題、構建小組問題群和更新問題群，根據動態發展的問題群推動課堂探究實踐。同時，教師與研究團隊一起為學生提供全過程的工具、資源和學習過程腳手架的支持。

小學科學和信息科技融合的項目式教學實踐案例

本案例的實施對象為北京市八一學校小學部3 年級學生。作為一所十二年一貫制公立學校，八一學校小學段為5 年制，在1—5 年級設置科學課（1—2 年級每周1 節，3—5 年級每周2 節），在3—5 年級每周設置1 節信息科技課。?? 篩選項目主題，明確學科內容與實踐根據科學課程標準在3—4 年級設定的學段目標，初步將主題內容設定為“生命的延續與進化”中的“不同種類的動物具有不同的生殖方式和發育過程”部分。參考信息科技課程標準在第二學段（3—4 年級）設定的學段目標，選定“在線學習與生活”內容模塊。綜合考慮兩科的內容和實踐需求，將項目主題定為“認識動物的一生”。

分析內容要求和學習者現狀，確定目標

分析內容要求和學習者現狀 根據科學和信息科技課程標準的要求，以八一學校小學部3 年級中1 個班的38 名學生為對象，調查學生已有的養殖經驗、養殖興趣、科學觀念、對科學實踐的認識。調查結果表明，大部分學生有過養蠶及飼養其他動物的經歷，對于蠶的身體結構、繁殖方式、行為特征有一定的了解，對常見動物的繁殖方式和生命周期也比較熟悉。此外，3 年級學生有初步的科學探究經歷，尚未構建起對科學實踐的全面認識。受新冠疫情影響，3 年級學生有過使用數字化設備開展居家學習的經驗，在日常生活中也有使用少量數字化設備的經驗，并無使用網絡工具支持學習的體驗?；诖嗣鞔_了項目的兩條主線，并將目標確定為“在加強科學和信息科技實踐的基礎上拓展學科知識”。

確定教學目標 結合學習內容要求和學情分析，明確本項目的目標和具體內容：學生能夠舉例說出動物從生到死的生命過程，描述和比較胎生與卵生動物的繁殖方式；能運用感官并選擇恰當的工具、儀器，觀察并描述對象的外部形態特征及現象；運用科學方法分析結果得出結論，在反思探究歷程的基礎上形成探究過程的基本認識；能夠采用合適方式開展在線資源檢索、在線交流，創作數字作品。具體而言， 本案例中使用的在線協作平臺為知識論壇（KnowledgeForum，簡稱KF）?；趯虒W內容的分析、學情分析和教學目標的梳理，“認識動物的一生”的項目內容如圖2 所示。

拆解項目實施階段

完成學情調研之后，通過邀請學生分享已有養殖經驗，并結合養蠶專家的分享導入本項目。在項目實施的“體驗”階段，學生通過養蠶了解這種動物的繁殖方式和發育過程；在“拓展”階段，學生應用蠶養殖過程中所掌握的知識、技能、方法等調研自己感興趣的其他動物的一生，將已學知識和技能遷移到其他動物中，形成對更廣泛的動物的一生的認識；在“綜合”階段，學生反思和提煉關于動物主題所學習的內容，形成對動物的繁殖方式與發育過程更系統的認識。

設計評價方案

采用學習單、課堂觀察與對話、科學觀察記錄本3 種評價工具，將過程性評價貫穿項目實施全過程。在項目實施的不同環節，教師為學生提供適切的學習支架，通過學生學習單的反饋了解學習效果。同時，教師還通過課堂中不定期的正式與非正式的師生、生生對話和課堂觀察了解學生的進展。最后，學生在觀察記錄本上記錄的觀察筆記也將作為一種評價學生觀察和記錄能力的有效工具。項目后期的綜合階段，學生的個人反思、匯報和小組的項目作品將聯合作為總結性評價方式考查是否達成教學目標。

項目實施和評價

在體驗階段，每位學生圍繞蠶提出自己感興趣的各種問題。隨后，教師引導學生反思，對各自的問題進行轉化。首先討論提出的問題是否與本主題學習有關；其次討論什么樣的問題是一個值得探究的好問題，共同確定好問題的判斷標準。學生基于以上討論，反思并轉化個人問題，并提出新的科學問題。學生對所有的問題進行歸類，凝練成幾個關鍵詞的問題群（如圖3a 所示），并自動形成相應的小組。各小組成員在養殖蠶的過程中，通過觀察、記錄、實驗、查閱資料等方式圍繞本小組的問題開展探究。教師不定期組織學生開展小組和集體反思，幫助學生建立起對自己問題解決過程的認識。

學生關注的問題會隨著蠶的生長變化而變化。圖3b 中呈現了學生在第二個階段形成的新的問題，包括蛻皮、吐絲、結繭等，小組的成員也在發展變化。在KF 平臺上，學生也將自己小組的研究發現在線分享給班級同學，并圍繞感興趣的共同問題進行交流。

根據體驗階段學生習得的關于蠶的一生的知識發展出來的框架（身體結構、生長變化、生活習性等方面）和對科學探究過程的基本感知（觀察現象、提出問題、作出猜想、驗證猜想、得出結論），學生在拓展階段借助網絡和科普書籍，以資料調研的形式圍繞另外一種動物的一生開展調查，并制作PPT 分享發現。部分同學調查了小雞、小狗及海洋動物等的一生，通過在線平臺分享給全班。

在綜合階段，學生對所調研的動物進行反思和提煉，總結不同動物的生殖方式、身體結構和發育過程等，形成對動物主題的深入認識，從而拓展已有知識結構。同時在科學探究實踐方面，各小組反思各自的科學探究過程，通過引入科學家資源，學生能夠和科學家對話并將自己的科學探究歷程與科學家作比較，最終對科學探究形成整體性的系統認識。

總結

2022 年版面向核心素養的新課標的出臺在變革育人方式的同時，也對小學科學和信息科技教師提出了新挑戰。本文結合已有研究和實踐，為一線小學教師落實核心素養導向的科學與信息科技融合的項目式教學提供了設計思路和實踐案例。核心素養導向的育人方式需要同時兼顧學科知識體系與學科實踐，讓學生作為探究主體參與到核心探究決策過程中，有利于學生在課堂中發展真實的學科實踐。信息技術學科融入科學教育不斷幫助學生拓展探究過程中可用的學習資源，也有效支持了創新學習方式在課堂中的落地。

參考文獻

[1] 胡衛平．在探究實踐中培育科學素養——義務教育科學課程標準（2022 年版）解讀[J]．基礎教育課程，2022（10）：39-45．

[2] 義務教育信息科技課程標準研制組．為未來社會培養具有數字素養與技能的人才——義務教育信息科技課程標準（2022年版）解讀[J]．基礎教育課程，2022（10）：67-73．

[3] 林兆星．科學教學如何實現從科學探究到科學實踐的轉型[J]．課程·教材·教法，2020，40（3）：65-69．

[4] 鄭永和，楊宣洋，王晶瑩，等．我國小學科學教師隊伍現狀、影響與建議：基于31 個省份的大規模調研[J]．華東師范大學學報（教育科學版），2023，41（4）：1-21．

[5] 陶丹，張建偉．創造性探究：課堂組織與技術支持[J]．開放教育研究，2022，28（3）：4-17．

[6] Association for computing machinery. K-12 ComputerScience Framework[S/OL]. （2016）[2023-10-01]. https：//k12cs.org.

[7] 王學男，林眾．美國《CSTA K—12 計算機科學課程標準（2017年修訂版）》的解讀與啟示[J]．課程·教材·教法，2021，41（4）：138-143．

（本研究為北京市八一學校橫向委托課題“小學科學與信息科技整合課程開發”階段性成果）