學(xué)校如何做好科學(xué)教育加法？來看這所學(xué)校高質(zhì)量的探索實踐

做好科學(xué)教育加法，學(xué)校必須聚焦立德樹人根本任務(wù)，配置優(yōu)質(zhì)資源，完善課程體系，改進教學(xué)方法，激發(fā)中小學(xué)生好奇心、想象力和探求欲，提升科學(xué)教育質(zhì)量?；谶@一認識，浙江省杭州市景苑小學(xué)緊緊圍繞育人目標(biāo)，在科學(xué)課程的整合與完善、學(xué)教方式的變革、保障學(xué)?？茖W(xué)教育有效實施等方面做了許多有益的探索和實踐。

一、構(gòu)建整體性、多樣性、選擇性學(xué)?？茖W(xué)課程圖譜

學(xué)校應(yīng)面向全體學(xué)生，嚴格落實國家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，打好共同基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，加強校本課程建設(shè)，關(guān)注學(xué)生差異，增加課程的選擇性，提高課程的適應(yīng)性，以多種課程形態(tài)滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求。

1. 嚴格落實課程標(biāo)準(zhǔn)要求，在探究實踐中培育科學(xué)素養(yǎng)

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任四個方面的核心素養(yǎng)發(fā)展要求，倡導(dǎo)以探究實踐為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動參與、動手動腦、積極體驗，經(jīng)歷科學(xué)探究和技術(shù)與工程實踐過程。在中小學(xué)科學(xué)教育中提倡探究實踐，符合科學(xué)、技術(shù)與工程發(fā)展的趨勢和國家未來發(fā)展的需要，有利于整合不同學(xué)科的知識，補齊傳統(tǒng)科學(xué)教育中學(xué)生缺乏自主實踐的短板。[1]

學(xué)校嚴格按照課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)要求，開齊開足各年段科學(xué)課。所有科學(xué)任課教師均為專職教師，每位教師單獨配備一個標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)實驗教室。學(xué)校將科學(xué)教育專項經(jīng)費納入年度預(yù)算，提升實驗室配置標(biāo)準(zhǔn)，添置各類儀器和設(shè)施設(shè)備。學(xué)校配有專職實驗室管理員，保證實驗室設(shè)備儀器的規(guī)范管理和充分使用。通過一系列舉措夯實以探究實踐高質(zhì)量開展科學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

2017年秋季，小學(xué)科學(xué)課程從一年級開始實行，為上好科學(xué)課，一年級科學(xué)組教師以“如何開展微項目實踐”為切入口，從“趣味性、探究性”出發(fā)，加強低年段科學(xué)教學(xué)研究，激發(fā)學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)他們的科學(xué)學(xué)習(xí)興趣和探究實踐能力。

學(xué)校堅持把學(xué)生實驗操作情況和能力表現(xiàn)納入綜合素質(zhì)評價，以評價改革進一步撬動科學(xué)課堂探究實踐的有效落實?！半p減”背景下，科學(xué)教研組研發(fā)“大概念、項目化、協(xié)作式”科學(xué)單元實踐作業(yè)，不斷豐富作業(yè)形式，激發(fā)學(xué)生探究興趣，培養(yǎng)探究實踐能力。

為有效落實新課標(biāo)，我們把研究和行動聚焦到課程標(biāo)準(zhǔn)確定的小學(xué)階段78個“學(xué)生必做探究實踐活動”上，針對新課標(biāo)老教材的實際，梳理現(xiàn)有教材中每一個必做探究實踐活動的呈現(xiàn)方式，厘清不同學(xué)段探究實踐活動的不同要求和進階邏輯，對標(biāo)“學(xué)業(yè)質(zhì)量”研制了78個小學(xué)生必做探究實踐活動的實施方式、操作規(guī)范、指導(dǎo)要點和評價細則，從而促進學(xué)生親歷每一個必做探究實踐活動過程，實現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的整體提升。

2. 融通兒童生活經(jīng)驗和教材內(nèi)容，設(shè)計和實施跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》指出，加強課程內(nèi)容與學(xué)生經(jīng)驗、社會生活的聯(lián)系，強化學(xué)科內(nèi)知識整合，統(tǒng)籌設(shè)計綜合課程和跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，從而更好地落實學(xué)科綜合育人、整體育人。

科學(xué)組教師從融通學(xué)生生活經(jīng)驗視角，對科學(xué)教材內(nèi)容進行深掘和拓展，設(shè)計和實施跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。如三年級學(xué)生學(xué)完《空氣》單元“冷熱空氣的流動形成風(fēng)”的相關(guān)內(nèi)容后，科學(xué)教師和語文、數(shù)學(xué)、美術(shù)組教師共同開發(fā)了“制作走馬燈迎新年”跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動。學(xué)生探究走馬燈的基本科學(xué)原理，研究怎樣的大小、結(jié)構(gòu)比例更為合適，探尋將剪紙、中國結(jié)融入走馬燈裝飾的方法和技巧，思考如何用語言文字賦予走馬燈節(jié)日文化內(nèi)涵，表達新年的祝福和希望等，最終制作出走馬燈并懸掛在班級和校園迎接新年。在這樣的學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生對“空氣流動形成風(fēng)”的科學(xué)概念有了深層次理解，并綜合運用其他學(xué)科知識解決真實情境中的問題，強化了課程協(xié)同育人的功能。

3. 基于“U—S”合作模式開發(fā)滿足學(xué)生個性需求的校本課程

因毗鄰杭州市高教園區(qū)，學(xué)校充分發(fā)揮高校優(yōu)質(zhì)教育資源，與高校教師合作開發(fā)了基礎(chǔ)型、發(fā)展型、拓展型、創(chuàng)新型等四類校本科學(xué)課程，納入課后服務(wù)體系。四類課程涵蓋生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、地球與宇宙、技術(shù)與工程實踐等領(lǐng)域，從低年級到高年級有機銜接、有序遞進、螺旋上升，強化課程內(nèi)容的綜合性和多樣性。

為提升科學(xué)教育在課后服務(wù)中的覆蓋面，學(xué)校精心設(shè)計了“一周體驗、兩輪選課、定期約課”的選課機制。開學(xué)第一周為課程體驗周，學(xué)生可以自由體驗各類校本科學(xué)課程。之后，所有學(xué)生進行第一輪選課，個別學(xué)生需要調(diào)整可以在第三周結(jié)束后進行第二輪選課。對學(xué)校開展的科普講座、科普劇表演等，學(xué)生可以提前約課。通過“科學(xué)大講堂、在科學(xué)家身邊成長、與大學(xué)生同研究”等多種活動，實現(xiàn)學(xué)生在課后服務(wù)時段參與科學(xué)教育達到百分之百，滿足了學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求，在教育“雙減”中做好科學(xué)教育加法。

二、通過多種形式培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)高階思維和問題解決能力

探究實踐包括科學(xué)探究實踐和技術(shù)與工程實踐，是學(xué)生形成其他素養(yǎng)要求的主要途徑，同時也是一種關(guān)鍵能力[2]。以探究實踐作為學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的主要方式，強調(diào)“做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)”，是對傳統(tǒng)學(xué)教方式的迭代升級，對培養(yǎng)學(xué)生高階思維和問題解決能力具有重要作用。

1. 讓學(xué)生經(jīng)歷思維與實踐深度融合的科學(xué)探究學(xué)習(xí)

在實踐教學(xué)中，科學(xué)教師通過創(chuàng)設(shè)真實、貼近學(xué)生生活的情境問題，讓學(xué)生親歷觀察事物或現(xiàn)象的過程，在好奇心和探求欲的驅(qū)動下，生成探究問題。如果學(xué)生不能解決自己提出的問題，教師要有針對性地給予指導(dǎo)，幫助其完成探究過程并解決問題。

比如，在教學(xué)“豎笛發(fā)聲”一課時，學(xué)生在學(xué)習(xí)皮筋、鼓面、音叉等“物體振動發(fā)出聲音”和“振動停止、聲音停止”的基礎(chǔ)上，進而自主提出問題“吹豎笛時，是什么物體在振動發(fā)聲”。許多學(xué)生的第一反應(yīng)是豎笛本身在振動發(fā)聲。此時，教師推出問題鏈，助推學(xué)生自主完成探究。第一個問題——吹豎笛與敲豎笛發(fā)出的聲音不同，為什么？讓學(xué)生意識到兩者發(fā)聲物體是不同的，激發(fā)起學(xué)生的探求欲。第二個問題——用力抓住豎笛，吹豎笛仍然發(fā)出聲音，說明了什么？讓學(xué)生在“阻止物體振動，振動停止，聲音即停止”的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，判斷出吹豎笛時發(fā)聲物體并非豎笛本身。第三個問題——按住豎笛的不同小孔，豎笛發(fā)出的聲音不同，說明了什么？指向了改變空氣柱的長短，學(xué)生最終確定吹豎笛是空氣振動發(fā)出聲音。三個具有連續(xù)性、層次性、深刻性的問題，不斷調(diào)動學(xué)生運用科學(xué)思維方法比較、判斷、辨析獲得的信息，這一思維與實踐深度融合的科學(xué)探究過程，實現(xiàn)了科學(xué)思維的高階發(fā)展和對科學(xué)概念的深層理解。

2. 以項目化學(xué)習(xí)推進核心概念學(xué)習(xí)進階

科學(xué)學(xué)科核心概念是學(xué)生在義務(wù)教育階段應(yīng)該掌握的科學(xué)課程的核心內(nèi)容。核心概念可以揭示學(xué)科知識的本質(zhì)與學(xué)科知識之間的聯(lián)系，具有統(tǒng)整學(xué)科知識的功能。核心概念將零散的知識點聯(lián)系起來，體現(xiàn)學(xué)科思想和核心內(nèi)容，是認識學(xué)科本質(zhì)、學(xué)習(xí)學(xué)科方法、發(fā)展核心素養(yǎng)的重要載體?；谶@一認識，科學(xué)組教師將“以項目化學(xué)習(xí)推進核心概念學(xué)習(xí)進階”作為教學(xué)研究的新方向。首先，對教材的單元教學(xué)目標(biāo)、課時教學(xué)目標(biāo)進行梳理，對應(yīng)課程標(biāo)準(zhǔn)中的核心概念整合、重構(gòu)教材單元；其次，確定單元項目，創(chuàng)設(shè)真實問題情境；然后，基于核心概念的層級以及學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在邏輯，采用逆向設(shè)計思維，將單元項目分解成若干子項目，體現(xiàn)進階設(shè)計；最后，預(yù)設(shè)學(xué)生的項目公開成果及全程評價。

例如，在《運動和力》單元項目實踐中，圍繞“工程設(shè)計與物化、物質(zhì)的運動與相互作用”學(xué)科核心概念，學(xué)生明確“利用生活中的材料設(shè)計一輛具有動力、能在5秒內(nèi)行駛1米遠的小車”單元項目要求，開展設(shè)計和制作重力小車、拉力小車、反沖力小車以及自制測力計等一系列子項目科學(xué)實踐活動。學(xué)生在制作、測試和反思中不斷迭代產(chǎn)品。在成果發(fā)布過程中，學(xué)生對標(biāo)單元項目反思學(xué)習(xí)過程與結(jié)果，實現(xiàn)對“運動與力的關(guān)系”核心概念的理解和工程實踐能力的綜合提升。

3. 在技術(shù)和工程實踐中培養(yǎng)問題解決能力

技術(shù)與工程實踐需要經(jīng)歷明確實際需求問題、提出設(shè)計方案、物化并測試、迭代改進等過程。工程實踐不是傳統(tǒng)的科學(xué)制作或模仿制作產(chǎn)品，而是創(chuàng)造、發(fā)明的過程，是實現(xiàn)某一產(chǎn)品從無到有的過程，或是對已有的產(chǎn)品進行優(yōu)化改進、達成某一實際需求的過程。在真實的工程實踐中，工程有許多限制因素，包括是否符合科學(xué)原理、技術(shù)手段的可行性、成本、時間、材料、安全等。小學(xué)科學(xué)課程開展技術(shù)與工程實踐，需要教師準(zhǔn)確把握不同年齡階段學(xué)生所具備的知識和能力狀況，選擇適合學(xué)生的真實問題，設(shè)置有梯度的工程實踐活動，引導(dǎo)學(xué)生開展工程實踐，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

比如，在《做一頂帽子》的工程實踐活動（見圖1）中，針對同一情境任務(wù)，不同年段制定的項目實踐要求明顯不同。低年段只需要考慮帽子的遮陽功能，而高年段還需要考慮材料選擇、成本等工程的限制因素，通過逐步遞增限制因素的數(shù)量，培養(yǎng)學(xué)生統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的思想；針對方案的設(shè)計與論證，從低年段只提出單一方案過渡到高年段需要充分探討產(chǎn)品各個影響因素間的關(guān)系，綜合論證自己或他人的設(shè)計方案；針對產(chǎn)品的制作與迭代，從低年段只提出改進策略，到高年段需要根據(jù)測試結(jié)果，有依據(jù)、有目標(biāo)、更綜合地去開展產(chǎn)品的迭代，最終將自己的設(shè)計創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實產(chǎn)品，實現(xiàn)核心問題的解決。學(xué)生反復(fù)實踐符合自己認知和能力水平的制作活動，工程思維得到有效培養(yǎng)。

圖1：《做一頂帽子》工程實踐的進階設(shè)計

三、多元協(xié)同保障學(xué)?？茖W(xué)教育有效實施

提升學(xué)?？茖W(xué)教育質(zhì)量，需要在學(xué)校場館、空間、環(huán)境等方面營造濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，提升教師的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力，探索利用人工智能、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)手段改進和強化科學(xué)教學(xué)，多元協(xié)同保障科學(xué)教育有效實施。

1. 營造與學(xué)生深度對話的校園文化環(huán)境

科學(xué)學(xué)習(xí)空間不僅包括最基礎(chǔ)的科學(xué)實驗室，還包括其他滿足學(xué)生個性化、可創(chuàng)生的學(xué)習(xí)空間和環(huán)境，學(xué)校根據(jù)實際需求選擇性開發(fā)特色科學(xué)學(xué)習(xí)空間，強調(diào)空間和物化環(huán)境應(yīng)與學(xué)生進行互動和深度對話，以激發(fā)學(xué)生的好奇心和探求欲。比如，學(xué)校在走廊、實驗室懸掛科學(xué)家畫像，在顯示名人照片和簡介的同時，將名字用翻蓋遮擋起來，吸引學(xué)生進一步了解每位科學(xué)家，并在墻面增設(shè)“對話欄”和“問題墻”，讓學(xué)生寫一寫對名人名言的理解和看法，激發(fā)興趣，引起思考。在校園開心農(nóng)場，通過“猜猜我是誰”“怎樣養(yǎng)好我”等問題，引起學(xué)生對動植物進一步探索的欲望。在“我的植物種子”發(fā)布欄，讓學(xué)生展示自己收集的植物種子和自己制作的“種子身份證”“植物探秘卡”等，主動觀察其他同學(xué)收集了哪些不同的種子，比較不同種子的結(jié)構(gòu)特征，思考和探索不同植物的生長變化歷程。

2. 豐富和深化教師培養(yǎng)內(nèi)容，整體提升科學(xué)教師專業(yè)能力和素養(yǎng)

提高科學(xué)教育質(zhì)量的關(guān)鍵在于教師，要培育科學(xué)興趣濃厚、好奇心強、具備較好科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)方法和科學(xué)創(chuàng)造力的學(xué)生，就必須提高科學(xué)教師的職業(yè)素養(yǎng)。然而，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國小學(xué)科學(xué)教師在師生互動、教學(xué)設(shè)計和概念規(guī)律教學(xué)等方面表現(xiàn)相對較好，但理科背景的學(xué)科專業(yè)知識存在明顯短板，在信息技術(shù)應(yīng)用、跨學(xué)科與問題解決式教學(xué)、探究式教學(xué)等方面的教學(xué)實踐能力較為薄弱[3]。

為了彌補科學(xué)教師學(xué)科專業(yè)知識的短板，學(xué)校制定了“U—S1+2”協(xié)同培養(yǎng)機制?！?”是指一位小學(xué)科學(xué)教師，“2”是指兩位大學(xué)理科教師，每一位小學(xué)科學(xué)教師同時與兩位不同學(xué)科背景的大學(xué)教師結(jié)對。如學(xué)校分別聘請物理學(xué)科、化學(xué)學(xué)科專業(yè)背景的大學(xué)教師擔(dān)任生物學(xué)科背景科學(xué)教師的導(dǎo)師，每月進行讀書研討、分享交流、答疑解惑，實現(xiàn)科學(xué)教師學(xué)科專業(yè)知識快速、綜合提升。

同時，為提高科學(xué)教師的跨學(xué)科能力、創(chuàng)造性思維與探究精神，學(xué)校豐富和深化教師培養(yǎng)內(nèi)容，更多關(guān)注教師跨學(xué)科概念理解、探究式教學(xué)觀念、多種思維方法的綜合運用等，讓教師在參與體驗情境式、探究式、項目式的教學(xué)活動中，理解、發(fā)展高階思維，反思科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)方法和科學(xué)思維。同時，進一步提高培養(yǎng)方式的靈活性，著力提升科學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力，實現(xiàn)人人掌握基本的信息技術(shù)輔助教學(xué)的能力。

3. 基于數(shù)字化技術(shù)整合與優(yōu)化科學(xué)學(xué)習(xí)方式

近年來，人們越來越意識到技術(shù)可以成為轉(zhuǎn)換、整合、優(yōu)化科學(xué)學(xué)習(xí)方式的有效工具。運用數(shù)字模型技術(shù)、交互式仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生在虛擬現(xiàn)實情境中發(fā)現(xiàn)問題、明確任務(wù)，嘗試虛擬建模，從模型建構(gòu)的“虛擬迭代”到“實踐迭代”。在解決仿真問題的實踐嘗試中，學(xué)生通過數(shù)字協(xié)作交互平臺，隨時與情境、同伴、教師積極互動，學(xué)生在與學(xué)習(xí)內(nèi)容的主動互動、與他人的協(xié)作中不斷加深對科學(xué)概念的理解，并將這種理解遷移到解決問題的實踐中，實現(xiàn)深層建構(gòu)、深度學(xué)習(xí)[4]。

比如，在五年級“種子發(fā)芽實驗”項目學(xué)習(xí)中，借助沉浸式VR 環(huán)境的人機交互手段，靈活選擇土壤、水分等實驗材料，自由調(diào)節(jié)儀器參數(shù)，并突破時間限制這一優(yōu)勢，學(xué)生調(diào)節(jié)時間加速反應(yīng)進程，直接放大觀看種子發(fā)芽過程中各部分的細節(jié)變化。通過對比不同實驗條件實時呈現(xiàn)的不同結(jié)果，迅速驗證學(xué)生的設(shè)想，建立生物與環(huán)境之間相互聯(lián)系的認知。此外，適當(dāng)拓展種子休眠這一神奇的現(xiàn)象，有利于學(xué)生正確、完整地認識種子發(fā)芽所需條件，實現(xiàn)對科學(xué)概念的深層理解。

總之，落實科學(xué)教育做好加法，需要充分發(fā)揮學(xué)校的育人主陣地作用，通過課堂教學(xué)、課后服務(wù)和課外實踐等一體化構(gòu)建，多元協(xié)同保障科學(xué)教育高質(zhì)量實施，整體提升學(xué)?？茖W(xué)教育質(zhì)量。

注釋：

[1] 高云峰. 探究實踐：中小學(xué)推進科學(xué)教育的關(guān)鍵點[J]. 中小學(xué)管理，2023，06：14-18.

[2] 胡衛(wèi)平. 在探究實踐中培育科學(xué)素養(yǎng)——義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀[J].基礎(chǔ)教育課程，2022，No.322（10）：39-45.

[3] 鄭永和等. 我國小學(xué)科學(xué)教師隊伍現(xiàn)狀、影響與建議——基于31個省份的大規(guī)模調(diào)研[J].華東師范大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2023，41（04）：1-21.

[4] 季榮臻. 整合取向：科學(xué)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)型之路[J]. 江蘇教育研究，2022，2B/3B：71-74.

（邵鋒星，浙江省杭州市錢塘區(qū)景苑小學(xué)校長，浙江省特級教師，正高級教師，浙江省杭州市小學(xué)科學(xué)教育專業(yè)委員會會長）

《人民教育》2023年第19期，原標(biāo)題為《強化學(xué)校主陣地作用 切實提高科學(xué)教育質(zhì)量》