以“水”單元為例進行A-STEM化教材重構研究

〔摘""要〕"對學生進行訪談以及調查，我們了解了學生對于“水”的真實想法。對小學科學教科版三年級上“水”單元教材進行A-STEM化改進，在教材重構中有意識地滲透科學核心素養，通過理工科技能訓練學生發現和創造性地解決現實生活問題，培養學生具備科學核心素養。

〔關鍵詞〕"小學科學；A-STEM；教材重構；“水”單元

〔中圖分類號〕"G424""""""""〔文獻標識碼〕"A"""""〔文章編號〕"1674-6317""（2025）"06""088-090

一、提出問題

（一）背景

1.時代背景。全面執行黨的教育方針，遵循教育教學的客觀規律，切實完成立德樹人的核心使命，發展素質教育。A-STEM課程可以實現科學、技術、工程、數學與人文藝術的有機融合，實現人才培養模式創新和教育教學方式轉變，為學生的終身發展奠定堅實基礎。A-STEM化是課程優化非常重要的創新方法。由此可見，基于新課標的A-STEM是順應時代的產物。

2.學科背景。《義務教育科學課程標準（2022年版）》提出，科學課程是一門體現科學本質的綜合性基礎課程，具有實踐性。但是，傳統的科學教育雖然在傳授科學知識和培養科學探究方法等理性方面做得相對充分，但在情感、態度與價值觀等人文素養的培育上則顯得相對不足。A-STEM化教育能夠培養出具有人文精神且人格健全的未來生活創造者。

3.現實背景。現階段小學科學教師隊伍越來越龐大，但師資隊伍的學科背景較復雜。教師的科學知識水平和知識結構參差不齊，對小學科學教材進行A-STEM化存在以下問題：一是重構理念仍受應試教育理念影響，主要是為了傳授科學知識，并非以促進人的全面發展為培養目標。二是重構內容設計過分偏重知識與單元，整體主題呼應不明顯。三是重構內容設計過于注重對地方文化的介紹，而忽略科學核心素養的培養，難以體現人文意義。

根據以上背景，本課題重點探討新課標下小學科學A-STEM化教材重構研究，并以“水”單元為例進行探討，探討經驗可供同行進行小學科學A-STEM化教材重構參考。

（二）文獻研究述評

1.國外研究現狀。STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）等理工科縮略化的簡稱，起源于美國，自提出到現在逐漸影響了全世界的教育改革，特別是科學教育方面。起初，STEM著重于單科，后來教育學者認為，僅推動單科的"STEM教育是不夠的，還要加強跨學科整合，于是產生了整合性STEM的發展潮流。另外，美國新一代科學教育標準（Next"Generation"Science"Standards，簡稱NGSS）提倡人文主義，正好與2015年聯合國教科文組織發布的報告《反思教育：向“全球共同利益”的理念轉變？》所重申的人文主義教育觀相吻合。此外，現代職場本身是匯聚性的，不同觀點、生活經歷、知識背景的人在一起以創新推動工作。培養一種融合的文化，鼓勵知識的融合，并為復雜而有吸引力的難題創造新的解決方案，這種學習方法更具包容性，可以吸引更多的人才進入STEM領域。

2.國內研究現狀。2016年，我國在《教育信息化“十三五”規劃》的正式文件中首次提到“跨學科學習（STEAM）”。教育部在《2018年教育信息化和網絡安全工作要點》中再次提到“跨學科學習（STEAM）”。2018年龍崗區教育局印發《深圳市龍崗區A-STEM課程建設的指導意見》，意見中明確：A-STEM課程設計是按照人文性與科學性、時代性與區域性、開放性與共創性相結合的原則，大力推進A-STEM教育，促進科學、技術、工程、數學與人文藝術的有機融合，實現人才培養模式創新和教育教學方式的轉變，為學生終身發展奠定堅實基礎。"《義務教育科學課程標準（2022年版）》提出要落實立德樹人，更是再次強調了人文教育的重要性。現有的教材較難培養人的科學觀念、探究實踐和態度責任。由此可見，A-STEM化教育才能順應學生，順應新課標，順應新時代的發展。

“水”單元是教科版三年級上冊的第一個單元，這個單元每一節相對割裂，沒有很好地體現新課標的“實踐性”原則。很多教師在教學后對其進行改進。筆者通過文獻查閱后發現，他們較多的是對這一個單元的某一節課進行改進，對整個單元進行重構改進的比較少。《基于核心素養的小學科學進階教學設計研究——以教科版小學科學“水”為例》主要是利用小學科學進階教學來研究，“僅對學生科學概念理解層級進行了詳細的水平劃分，沒有對學生科學素養中科學探究能力進行詳細的水平劃分”。《淺談利用賽耶模型培養學生的科學探究能力》是通過設計單元拓展探究活動培養學生探究能力的實例，通過“水”單元拓展活動，讓學生對所學知識得到了有效利用。《學生視角下小學科學單元重構的教學初探——以“水”單元為例》重構后的"“這是水嗎”"單元，以學生的背景知識和熟悉的電影情節創設情境。但是重構后的情境屬于虛構的，還是沒有讓學生解決現實生活問題。

二、教材重構設計

（一）教學內容和目標

三年級上“水”單元涉及《義務教育科學課程標準（2022年版）》核心概念“物質的結構與性質”和“物質的變化與化學反應”以及跨學科概念“工程設計與物化”。

學習內容與要求是闡述冰、水、水蒸氣在形狀和體積上的差異，并理解盡管它們的狀態不同，但都屬于同一種物質；觀察并記錄水沸騰或結冰的現象，了解在一般情況下，水沸騰和結冰時的溫度，并認識到溫度是影響水狀態變化的關鍵因素；明確固體具有固定的形狀、體積和質量；液體則有固定的體積和質量，且靜止時表面通常保持水平；而氣體則有固定的質量，但體積和形狀不固定；描述加熱或冷卻過程中常見物質的狀態變化，例如水結冰、冰融化、水蒸發以及水蒸氣凝結等現象；闡述簡單的設計問題，包括考慮材料、時間或成本等限制條件；通過表格、草圖、實物模型、戲劇或故事等多種形式展示自己的設計思路，并根據需求和限制條件，對比多種可能的解決方案，初步評估其合理性；運用常見工具對常見材料進行簡單的加工處理，了解制作過程應遵循一定的順序，制作簡單的實物模型，并嘗試發現模型的不足之處，進行改進并展示成果。

（二）學生關于“水”的前概念

利用調查問卷和學生訪談記錄，對布吉賢義外國語學校小學科學三年級學生關于“水”的前概念進行分析。了解學生的前概念，發現學生最易出現正確的前概念是水、冰、水蒸氣是同種物質，水、冰、水蒸氣之間能相互轉換，紗布不能過濾溶解在水中的鹽。這幾個概念的正確率在"50%以上，甚至高達97.4%。學生最易出現錯誤的前概念是水蒸氣看不見的特點、沸騰的水的溫度是不變的，這幾個概念的錯誤率在"50%以上，最高達到86.15%。而從學生提出的辦法中也能看出其理解有欠缺的地方：沒有一位學生提到在自然情況下，水變少就是水變成了水蒸氣。對“讓冰變成水”，大多數學生提出的方法是讓冰先融化成水，再讓水變成水蒸氣。

在對學生進行訪談后發現，學生對大自然的水循環非常感興趣，例如雨水是怎么落下來的、云是怎么形成的等。而學生在了解大旱災害后，也表達出想要解決實際問題的想法。結合學生的興趣，從水循環入手，再到利用深圳是一個靠海的城市，海洋的水很多，能不能想辦法對淡化海水進行設計。

結合新課標要求和學情，初步確定了教學課節為：《認識自然界的水循環》《地上的雨水怎么不見了》《水沸騰了（一）》《水沸騰了（二）》《云是怎么形成的》《冰融化了》《水結冰了》《海水過濾裝置初設計》《海水過濾裝置展示》。

通過調查、分析、改進、測試（再改進、再測試）優化教材的過程，對學生存在的困難、評價不科學的教材方式進行充分分析。最后修改確定了新的教學課節：《認識自然界的水循環》《地上的雨水怎么不見了》《云的形成》《冰融化了》《水結冰了》《做一個海水淡化裝置（一）》《做一個海水淡化裝置（二）》《做一個海水淡化裝置（三）》。

三、教學實踐后學生的收獲

（一）學生能掌握基本的科學知識，形成初步的學習觀念

教學實踐后，關于“水”的前概念中比較容易出現的錯誤概念，例如“水蒸氣看不見的特點，沸騰的水的溫度是不變的”，這幾個概念的正確率提高到88%，而利用原教材教學正確率只能提高到70%。學生也比較好地能夠理解大自然的水循環，理解在自然情況下，水變少就是水變成了水蒸氣。大多數學生能掌握新課標中的學習內容，對“水”形成了正確的科學觀念。

（二）學生能掌握基本的思維方法，具有初步的科學思維能力

學生在做水的相關實驗和制作海水淡化裝置中掌握了分析與綜合、聯想與想象、突破定勢、發散思維、抽象與概括等基本的思維方法。能合理分析與綜合判斷各種信息，能夠基于事實和證據，運用正確的邏輯與推理方法對研究問題進行準確描述、合理解釋及科學預測，展現出初步的推理與論證能力。同時，能夠針對各種觀點、結論和方案進行質疑、批判性審視、實證檢驗與必要修正，并在此基礎上創造性地提出新見解與解決方案。

（三）學生能掌握基本的科學方法，具有初步的探究實踐能力

學生掌握觀察、實驗、推理和解釋等基本方法。通過“制作海水淡化裝置”這個任務，能很好地掌握跨學科概念中“描述簡單的設計問題、包括材料、時間或成本等限制條件；借助表格、草圖、實物模型、戲劇或故事等方式說明自己的設計思路；根據需求和限制條件，比較多種可能的解決方案，并初步判斷其合理性；利用常見工具，對常見材料進行簡單加工處理；知道制作過程應遵循一定的順序，制作簡單的實物模型；嘗試發現實物模型的不足，改進并展示”這些學習內容。而原教材是幾乎無法體現這個跨學科概念的。通過制作“海水淡化裝置”，也能很好地體現課標中“引導學生對所學知識和方法進行總結、反思、應用和遷移，促進學生自主學習和合作學習”的課程理念。

（四）學生樹立基本的科學態度，具有正確的價值觀和社會責任感

學生對水循環自然現象擁有好奇心和探究熱情，能大膽說出自己的見解，并根據證據歸納自己的發現，實事求是。熱愛自然，珍愛生命，具有保護環境、節約水資源的責任感。關心生活，知道深圳是一個靠海的城市，海洋的水很多，能不能想辦法進行淡化海水的設計。

本次的教學實踐能夠真正地指向科學素養水平，學生能夠靈活地將學科觀念、思維方式、探究模式和知識體系相融合，以應對和解決現實生活中復雜多變的問題，展現出綜合性的素質。

四、教學反思

在重構本案例的過程中，受限于能力、時間等多種因素，導致本次教學重構在研究的深度、廣度及精確度上均存在若干不足。特別是在樣本采集方面，受客觀條件所限，本研究為方便數據收集，僅針對教學實踐所在的學校進行了樣本采集，因此數據的代表性有限。未來研究需擴大樣本采集的分布范圍，以提升研究的全面性和準確性。由于教學時間問題，沒有進行對比，只是與之前學生的學習情況做了對比。

參考文獻

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