融合STEM理念的初中科學單元教學設計與思考

［摘 要］單元教學從整體視角出發，統整學科知識的邏輯發展順序，精選并重組學科內容，整合學科核心觀念，倡導“大概念”“大主題”的教學方式，旨在擺脫碎片化課時教學的困境。融合STEM理念的科學教學要求體現科學與工程的實踐整合，以此為主導的單元教學強調知識的重新建構，以更好地展現學科核心素養的本質。文章以“溶液”單元為例，深入探討浙教版科學教材進行單元教學設計的可行性。

［關鍵詞］STEM理念；單元教學；初中科學；溶液

［中圖分類號］" " G633.98" " " " " " " " ［文獻標識碼］" " A" " " " " " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）32-0094-05

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）在優化課程內容結構方面明確指出：立足學生核心素養的發展，遴選重要觀念、主題內容和基礎知識，設計課程內容，增強內容與育人目標的聯系，優化內容組織形式，帶動課程綜合化實施，強化實踐性要求。跨學科實踐作為當前基礎教育的熱點議題，其目的在于突破傳統學科邊界，鼓勵學生在不同學科間建立聯系并開展互動，從而提升他們綜合分析和解決問題的能力。盡管跨學科實踐的優勢得到廣泛認可，但其在實際教學中受重視的程度仍需進一步提升。在遵循認知規律的前提下，浙教版科學教材各部分知識大致遵循由簡入繁、由淺及深、從概念到規律的線性編排原則。然而，這種編排方式有時會導致教師在教學設計中過于依賴教材而陷入碎片化課時教學的困境，難以從單元結構上整體把握教學內容。

采取跨學科實踐方式，實施大單元教學能有效解決初中科學跨學科實踐教學目標泛化、內容拼湊化等問題，同時，這也符合培養學生學科核心素養的要求。

一、融合STEM理念的單元教學意義

（一）STEM的界定

融合STEM理念的初中科學單元教學主要體現為科學、技術、工程和數學的教學整合，其關系架構如圖1所示。STEM理念強調實踐探究，特別是跨學科的實踐探究，這是一種教學上的創新嘗試。它以學科大概念為核心知識引領，以解決真實工程問題為導向，在單元整體構想下確定一系列學習主題，并開發相關的教學案例，旨在探索初中基礎教育教學改革的新思路。綜合而言，STEM教育應秉持三大核心理念：跨學科整合、問題導向及技術賦能。

（二）單元教學設計的定位

在本文中，“單元”并不局限于單純的教學單位，而是涵蓋了與教學內容相關的學習組織。所謂“單元教學設計”，是指教師在深入解讀和剖析課程標準、教材等教學指導性資源的基礎上，全面了解學情及教學內容，對章節內容的內在聯系進行分析、重組與整合，進而提煉出具有教學張力和引領性的教學主題——大概念。其核心理念以解決真實問題為目標，實現教學整合。

（三）融合STEM理念的意義

首先，融合STEM理念能夠將抽象的科學知識與實際生活中的問題聯系起來，激發學生的學習興趣。同時，這種實踐性的學習方式也有利于培養學生的探索精神和創新意識。其次，STEM理念強調跨學科實踐。在實踐過程中，學生需要運用跨學科知識解決實際問題，這有利于學生提升綜合素質，實現全面發展。最后，融合STEM理念能夠提高教學效果，使學生更容易理解和掌握科學知識。STEM理念下的實踐教學模式能夠促使學生將各學科知識點有機融合，構建完整的知識體系。此外，這種教學模式還有助于培養學生的自主學習能力，為他們日后的學術深造和未來的生活奠定堅實的基礎。

二、融合STEM理念的單元教學設計

（一）單元教學要素分析

教師首先需要深入解讀教材，整理出需要完成的知識內容，并依據課程標準形成精準的課程定位（知識的課程坐標如圖2所示）。在實施這一步驟時，教師需要從整體出發，思考單元在課程體系中的定位以及單元間的相互影響，從而提煉出本節學習內容所涉及的主題或單元。其次，在整合資料的過程中，教師需要掌握學生的學段特征和知識水平，充分認識學生能力發展的進階過程。最后，教師需要明確單元所指向的學科核心素養，這些素養可以側重某一特定方面，也可以均衡覆蓋多個方面。

下面以浙教版八年級上冊“科學”第一章“水和水的溶液”的第4、第5節溶液相關知識單元教學為例。

在備課過程中，教師應全面分析課程內容，并依據表1提供的維度進行教學設計。在充分明確課程特質、學情特征及素養培養方向的基礎上，教師應融合STEM理念，確定單元教學主題，制定切實可行的課時目標。

本單元教學選取“天氣瓶”（如圖3）作為教學線索。“天氣瓶”不僅與學生的日常生活緊密相連，還涉及豐富的科學知識及其他相關領域的知識。同時，其制作過程能夠鍛煉學生的實踐操作能力。

（二）單元教學內容分析

教師應在整合單元內容的基礎上提煉出本單元的大概念——物質組成、能量變化、溶解限度、條件控制，并在大概念的統領下對“溶液”單元進行如下建構（如表2）。

如此整合充分采納了新課標的教學建議，帶來了以下幾個好處：1.與學生原有的認知相契合。學生的知識基礎可參見溶液相關知識的新課標要求（如表3）。本單元教學設計突出了以學生為中心的思想，使學生的學習變得更加主動且高效。2.幫助學生形成整體認知。就像造房子一樣，單元教學設計為學生搭建好了整體框架以及腳手架，這樣有利于學生構建知識體系并深入理解科學概念。3.教學整合促進了知識的建構。教學過程由整體到局部，真實問題的引領讓學生的學習變得有目的性。學生在解決問題的過程中，對“飽和溶液”“溶解度”“溶質質量分數”等概念的理解會更加深刻，知識建構更加有序。教學目的指向明確，教學行為聚焦核心問題，學生的遷移應用能力得到提升。

（三）單元教學目標

“溶液”單元各課時教學目標如表4所示。

（四）單元教學開發路徑

開發STEM理念下的初中科學單元教學的路徑如圖4所示。路徑的開發遵循維金斯的逆向教學設計原則，即從前期目標定位到內容整合再到核心課程確立。

上述路徑主要借鑒了《追求理解的教學設計》中的相關理論。在總體上明確了開發思路之后，單元教學可以進一步深入到具體的任務中去。STEM理念強調跨學科的綜合實踐活動，單元整體教學強調對大概念的領悟和知識結構化，兩者可以通過項目化實踐實現深度融合，融合路徑如圖5所示。

（五）單元教學流程

“溶液”單元教學流程如圖6所示。

該教學流程的設計通過創設真實的問題情境和設置驅動性問題，有效推動了學生的學習進程。在單元起始課上，筆者創設了以下情境：首先，播放視頻《Storm Glass》，該視頻展示了“天氣瓶”實物及瓶內的變化情況。其次，介紹“天氣瓶”，并詳細闡述其工作原理：當溶液呈現朦朧狀且有沉淀物時，往往預示著多云天氣；當溶液清澈透明時，則預示著晴朗天氣。簡而言之，“天氣瓶”內的溶液結晶形態會隨著天氣的變化而相應變化。通過觀察這些結晶的形態，人們便能預測天氣的變化。這一情境設計迅速建立了生活與科學之間的聯系，使學生能夠輕松進入學習主題，并極大地激發他們的學習興趣。這充分體現了這STEM教育的情境性以及大概念基本問題在學習過程中的引領作用。

（六）單元活動評價

在大概念單元教學評價中，應遵循“教、學、評”一體化、一致性、層次性和多樣性的原則。一方面，要將評價融入教學的互動過程中，使教學、學習與評價三者緊密結合，充分發揮評價在診斷、改進、調節和激勵方面的作用。另一方面，需要開發多樣化且精細的評價工具，實施持續性評價，著重強調“為促進學習而進行評價”以及“將評價作為學習過程的一部分”，旨在通過評價推動教學、促進學習。“溶液”單元學習活動評價標準如表5所示。

三、教學反思

本單元教學設計的優點在于注重學生思維模型的建構，以此培養學生的科學核心素養。通過層層推進、螺旋上升的教學流程，學生能夠逐步建立起溶液的分析思維模型，進而能夠更好地理解和應用相關知識。本單元教學還注重新舊知識的結合，通過復習鞏固舊知識和巧妙引入新知識的方式，使學生能夠更好地理解和應用所學的知識。這種教學方式不僅讓學生對新知識有了更深入的理解，還讓學生鞏固了舊知識，使學習更具連貫性和深度。

此外，新穎的教學方法與學習方式能夠激發學生的學習興趣和動力，特別是實踐教學模式，能夠培養學生的實驗技能和科學思維能力。本單元教學的另一個優勢在于能夠使知識系統化，提高學生的學習效果。通過深度挖掘和整合教材內容，教師能夠幫助學生建立起知識體系之間的聯系，從而推動學生對知識的深入理解和強化記憶。這樣的教學能夠更好地滿足學生的學習需求，提高教學質量。它使單元教學內容結構化并富有“彈性”，從而完善學生的認知結構。在本單元的學習中，學生循序漸進地構建認知體系，從溶液的基本概念入手，逐步深入到實際應用，解決生活中的實際問題。在此過程中，學生的科學核心素養得到了潛移默化的提升。

［" "參" "考" "文" "獻" "］

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