探索創(chuàng)客教育與科學(xué)課整合的設(shè)計

嚴軍峰

〔摘? ? 要〕? 創(chuàng)客教育是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的有效途徑。創(chuàng)客教育要重新定位師生關(guān)系，拓展教師角色內(nèi)涵，搭建全新工作模式。本文從課程目標整合、課程內(nèi)容整合、課程實踐三個維度建構(gòu)了創(chuàng)客教育與小學(xué)科學(xué)課程整合的思路，重點打造探究式小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；創(chuàng)客教育；課程設(shè)計

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 13? ? 004-006

創(chuàng)客教育遵循探究體驗的教育理念，融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等知識與技能，學(xué)生主要通過動手實踐及創(chuàng)造性學(xué)習(xí)獲得能力的提升。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我市多個鄉(xiāng)村小學(xué)開設(shè)了創(chuàng)客社團，但在一些創(chuàng)客項目上過多地強調(diào)創(chuàng)客技術(shù)本身，而忽略了與其他學(xué)科的整合，比如說科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)在創(chuàng)客課程中還有待進一步融合。教育部于2017年２月對《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標準》（簡稱《標準》）進行了修訂和完善，《標準》對小學(xué)科學(xué)教育的課程性質(zhì)、課程目標、課程內(nèi)容等做出詳細規(guī)定。《標準》提出，不僅要讓學(xué)生掌握一般的思維方法，如分析與綜合、比較與分類、抽象與概括、歸納與演繹、聯(lián)想與想象、重組思維、發(fā)散思維、突破定式等基本的思維方法及其在科學(xué)領(lǐng)域的具體應(yīng)用，還要掌握科學(xué)思維方法，即模型理解和模型建構(gòu)、推理與論證、創(chuàng)新等科學(xué)思維方法。探究實踐指的是科學(xué)探究和工程實踐，是學(xué)生的關(guān)鍵能力之一，主要在于了解和探索自然、獲得科學(xué)知識、解決科學(xué)問題，以及在開展技術(shù)與工程實踐的過程中形成科學(xué)探究能力、技術(shù)與工程實踐能力和自主學(xué)習(xí)能力，強調(diào)“合作”“創(chuàng)造性”“批判思維”和“想象力”的培養(yǎng)。這與創(chuàng)客教育的探究式學(xué)習(xí)相一致。因此，與創(chuàng)客教育的整合是小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計的重要研究方向。

一、創(chuàng)客教育與小學(xué)科學(xué)課程整合的目標設(shè)計

（一）建構(gòu)課程整合的目標體系

對于課程整合而言，課程目標的制訂直接關(guān)系到課程內(nèi)容的設(shè)計、實施以及評價。小學(xué)科學(xué)的目標包括科學(xué)探究，科學(xué)知識與技能，科學(xué)態(tài)度，情感價值觀，學(xué)科、技術(shù)與社會關(guān)系。創(chuàng)客課程的目標是鼓勵學(xué)生進行創(chuàng)造，在創(chuàng)造過程中有效地使用數(shù)字化工具（包括開源硬件、3D打印、計算機、小型車床、激光切割機等），培養(yǎng)學(xué)生動手實踐的能力，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、探索問題、解決問題過程中，將自己的想法作品化，并具備獨立的創(chuàng)造思維與解決問題的綜合能力的一種教育方式。小學(xué)科學(xué)應(yīng)在科學(xué)課程目標中體現(xiàn)創(chuàng)客教育的相關(guān)內(nèi)容，以實現(xiàn)整合創(chuàng)客教育與科學(xué)課程的目的。例如，在小學(xué)科學(xué)的目標中增加技術(shù)要點、工程思維以及數(shù)學(xué)問題，從而提升學(xué)生綜合素養(yǎng)，掌握科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)知識。結(jié)合創(chuàng)客教育和科學(xué)課程的課程標準和培養(yǎng)目標，可以將兩者課程目標整合為以下幾個方面。

1.科學(xué)知識與工程技術(shù)

掌握物質(zhì)、生命、地球與宇宙、工程與技術(shù)、數(shù)學(xué)領(lǐng)域的基本原理和知識；

把握物質(zhì)、生命、地球與宇宙、工程與技術(shù)、數(shù)學(xué)領(lǐng)域之間的跨學(xué)科概念；

了解在工程實踐中，不同學(xué)科知識綜合應(yīng)用的實例，闡述各學(xué)科知識的結(jié)合機制；

掌握基于硬件的簡單編程、機械結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品外觀設(shè)計等基本知識。

2.科學(xué)探究與工程實踐

獲得科學(xué)知識的過程有計劃、有目的；

了解科學(xué)實驗和工程實踐的一般概念，掌握兩者的共同之處；

掌握科學(xué)探究與工程實踐的一般方法以及兩者之間的關(guān)系；

重點理解數(shù)學(xué)當(dāng)中的抽象模型、坐標、比例尺等量化工具和相關(guān)概念；

培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)探究能力和批判思維，培養(yǎng)提問能力；

培養(yǎng)充分利用科學(xué)知識和技術(shù)資源的能力，實現(xiàn)基于工程問題的創(chuàng)新實踐。

3.科學(xué)態(tài)度與社會生活

形成勤于探究、樂于合作、尊重事實、踏實嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度；

培養(yǎng)對于科學(xué)事業(yè)和與工程、科學(xué)、技術(shù)相關(guān)職業(yè)的尊重感、崇拜感和期待感；

辯證看待科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境之間的關(guān)系；

培養(yǎng)從問題出發(fā)，利用技術(shù)和資源改善生活的創(chuàng)造意識；

培養(yǎng)從生活出發(fā)，從多角度營造綠色家園的環(huán)保意識；

培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)、技術(shù)與社會生活的熱愛。

（二）課程目標融入創(chuàng)新的能力要求

根據(jù)創(chuàng)客教育與小學(xué)科學(xué)課程整合的目標模型，小學(xué)科學(xué)課需體現(xiàn)相應(yīng)的創(chuàng)客素養(yǎng)，其中創(chuàng)造力是最為關(guān)鍵的能力。抗擊疫情期間，在進行基于“創(chuàng)客理念”設(shè)計小學(xué)科學(xué)“居家保學(xué)”系列公開課課程中，凸顯了對創(chuàng)造力的具體培養(yǎng)要求，并落實到每節(jié)課的具體要求中。例如，第一課時《我是防疫小博士》的具體目標是引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)認識新冠肺炎，學(xué)會正確佩戴口罩，從而科學(xué)防疫。通過“自制口罩”活動，鍛煉學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力、表達能力等，這些能力都屬于創(chuàng)客素養(yǎng)。

二、創(chuàng)客教育與小學(xué)科學(xué)課程整合的內(nèi)容設(shè)計

（一）課程內(nèi)容注重交叉融合

筆者對小學(xué)科學(xué)課程和創(chuàng)客課程的相關(guān)內(nèi)容進行了梳理和比較，兩者之間有部分可以融合的內(nèi)容和素養(yǎng)。小學(xué)科學(xué)課程的內(nèi)容（生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、宇宙科學(xué)）構(gòu)成創(chuàng)客課程中“科學(xué)”元素的主要內(nèi)容；創(chuàng)客教育（機器人、激光切割、３Ｄ打印、編程）成為小學(xué)科學(xué)課程中“藝術(shù)”與“技術(shù)”元素的補充；兩門課程內(nèi)容的交叉融合形成科學(xué)、藝術(shù)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)圍繞“工程問題”構(gòu)成的課程內(nèi)容主體結(jié)構(gòu)。

（二）課程內(nèi)容注重層級分布

小學(xué)科學(xué)課程與創(chuàng)客課程的融合目標需在不同年級體現(xiàn)層級性。例如，對比四年級和五年級《從分子到有機體：結(jié)構(gòu)和過程》這一課的素養(yǎng)要求，不同年級對科學(xué)與工程實踐考察、核心概念及內(nèi)容的側(cè)重點有所不同。針對四年級學(xué)生的能力水平，本課可以證據(jù)為基礎(chǔ)，用證據(jù)、數(shù)據(jù)或者模型的形式來呈現(xiàn)一個觀點，用模型進行實驗。在結(jié)構(gòu)與功能上，動植物都有內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)，它們起著關(guān)鍵作用。針對五年級學(xué)生的能力要素，除了用證據(jù)、數(shù)據(jù)或者模型的形式來呈現(xiàn)一個觀點之外，還要質(zhì)疑。在能量和物質(zhì)的內(nèi)容上，能量在有機體中進行輸入、轉(zhuǎn)化、儲存、輸出。可以看出，五年級的課程內(nèi)容和素養(yǎng)表現(xiàn)比四年級的更有深度，更加契合五年級學(xué)生的發(fā)展需要和能力要素。所以，建構(gòu)小學(xué)科學(xué)與創(chuàng)客教育的課程體系，需要在每一個年級中將學(xué)科核心概念與工程實踐、跨學(xué)科概念進行整合。

（三）課程內(nèi)容注重與生活聯(lián)系

基于創(chuàng)客理念設(shè)計的小學(xué)科學(xué)課程整合的研究，教師可以選擇來源于生活的課題，鏈接學(xué)生生活經(jīng)驗，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。例如《我是防疫小博士》這一課，面對突如其來的疫情，武漢封城，全民居家隔離，口罩變得供不應(yīng)求。第一課時教師運用信息輸入的方式讓學(xué)生了解了新冠病毒和如何阻止病毒傳播，對身體免疫機制進行學(xué)習(xí)。通過人體“免疫”功能的數(shù)據(jù)模型介紹，引導(dǎo)學(xué)生了解人體的免疫系統(tǒng)，建立科學(xué)健康的生活觀念。第二課時帶領(lǐng)學(xué)生進一步走近病毒，了解病毒的由來，引導(dǎo)學(xué)生建立“生命平等”的意識。第三課時學(xué)生通過了解人類與病毒作戰(zhàn)的歷史，認識對抗病毒強有力的武器“疫苗”，知道科學(xué)技術(shù)在抗疫過程中的重要作用。

三、創(chuàng)客教育與小學(xué)科學(xué)課程整合的《凈化空氣》案例

（一）課程導(dǎo)入

謎語導(dǎo)入：教師通過謎語“說個寶，道個寶，萬物生存離不了，生你身邊看不見，越往高處它越少”來引起學(xué)生的興趣。

詢問學(xué)生：你最近有沒有關(guān)注有關(guān)空氣的新聞？根據(jù)學(xué)生的談?wù)摚l(fā)學(xué)生對空氣污染問題的思考。

（二）探究活動1：空氣

1.猜一猜

猜猜袋子里有什么？

多個牛皮紙袋，里面裝了不同的物品，其中有一個紙袋里面什么都沒裝。

2.步驟

讓學(xué)生通過觸覺感知，在不打開袋子的情況下，猜猜袋子里有什么；

學(xué)生可以用觸摸、輕敲等方式猜測；

當(dāng)學(xué)生認為有一個袋子什么也沒裝時，教師提問：袋子里如果什么都沒裝，怎么會鼓起來呢？

將袋子里的“東西”通過導(dǎo)管放進水里，發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生。

（三）探究活動2：空氣的成分

1.出示數(shù)據(jù)圖

通過空氣物質(zhì)分布餅圖，告訴學(xué)生空氣中除了包含氧氣占21％、氮氣約占78％、其他氣體1％之外，還有許多顆粒物。直徑小于2.5微米的懸浮顆粒聚集之后形成“霾”。

2.觀看視頻

3.思考

請你們思考一下：空氣中的霾會對我們的健康造成什么危害呢？

（四）探究活動3：顯微鏡下的霾

1.顯微鏡的使用

教師提前準備一個生物結(jié)構(gòu)，安放在載玻片上，讓學(xué)生依次到目鏡前觀察，并調(diào)節(jié)目鏡和物鏡的倍數(shù)，使被觀察的物質(zhì)更加清楚，確保在這個過程中學(xué)生能夠正確地使用顯微鏡進行觀察，為下面的實驗做好準備。

2.查閱相關(guān)資料

猜測剛才在顯微鏡下觀察到的是什么物質(zhì)。

（五）遷移：自制空氣凈化器

霧霾會影響我們的健康，如何讓居住環(huán)境的空氣變得更好呢？除了保護環(huán)境之外，我們還可以自制一個空氣凈化器，為我們的健康保駕護航。教師可補充講解植物的呼吸作用、蒸騰作用以及對環(huán)境的影響。

1.材料

塑料板、電動小風(fēng)扇、電池組、手工刀、密封膠帶、空氣過濾網(wǎng)。

2.思路

利用風(fēng)扇將空氣吸進管道中，經(jīng)過空氣過濾網(wǎng)的過濾，減少空氣中的霾等雜質(zhì)，達到凈化空氣的作用。

以上課例以“凈化空氣”為主題，從知識與技能、內(nèi)容和方法、情感態(tài)度價值觀三個維度考慮小學(xué)科學(xué)課程與創(chuàng)客課程的整合要素。在知識與技能設(shè)計中，使學(xué)生了解空氣的組成，了解霧霾是什么，學(xué)習(xí)處理霧霾的方法。通過視頻和小實驗的方式，讓學(xué)生知道空氣的組成；通過聯(lián)系身邊的環(huán)境，讓學(xué)生知道空氣中霧霾對身體的危害；通過顯微鏡觀察，找到霧霾的特點以及除掉霧霾的方法。在情感態(tài)度與價值觀的設(shè)定上，考慮到認識保護空氣質(zhì)量的重要性；保護自己的健康，遠離霧霾的危害；積極宣傳環(huán)保，加強自身環(huán)保意識。最后，讓學(xué)生通過創(chuàng)客技術(shù)自制凈化器，使探究成果物化，實現(xiàn)科學(xué)與創(chuàng)客的融合。另外，學(xué)生參與創(chuàng)客和科學(xué)課程活動需要有具體的評價標準，而評價標準需要根據(jù)知識與技能、內(nèi)容和方法、情感態(tài)度價值觀三個維度來設(shè)置。

筆者希望通過創(chuàng)客整合的小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計研究，為科學(xué)教育和創(chuàng)客教育的研究提供理論支持。筆者也希望通過該類課程目標體系的構(gòu)建、課程內(nèi)容模型的設(shè)計，為學(xué)生提供一個有意義的、充實的、快樂的學(xué)習(xí)體驗。

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