大概念教學(xué)培育學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

參觀完杭州亞運(yùn)會場館后，杭州市青藍(lán)小學(xué)學(xué)生黃子宸突發(fā)奇想。游泳館里的水循環(huán)系統(tǒng)每年節(jié)水達(dá)到9.6萬噸，而學(xué)校花園的人工澆水費(fèi)水又費(fèi)電?！拔蚁胱屝@里的水也循環(huán)起來?！?/P>

黃子宸組建了學(xué)生研究小隊(duì)，在科學(xué)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等學(xué)科教師的協(xié)助下，運(yùn)用海綿吸水釋水原理，打造了一個可循環(huán)的“海綿花園”：下雨天利用透水的小鵝卵石把雨水收集起來，經(jīng)過循環(huán)凈化儲存好，晴天就可以將水釋放出來灌溉花園。

融合多學(xué)科知識，用科學(xué)的思維和方式解決問題，正成為杭州市青藍(lán)小學(xué)的一個“教育現(xiàn)象”?！靶W(xué)是科學(xué)素養(yǎng)的啟蒙階段，在真實(shí)情境的任務(wù)驅(qū)動下，大概念教學(xué)符合學(xué)生的認(rèn)知與學(xué)習(xí)特征，開辟了一條科學(xué)教育改革的新路徑?！毙ｉL婁屹蘭說。

一所百年老校的“科學(xué)基因”

杭州市青藍(lán)小學(xué)創(chuàng)辦于1906年，“向現(xiàn)代科學(xué)進(jìn)軍”的辦學(xué)口號言猶在耳。上世紀(jì)50年代學(xué)校旁邊有一畝農(nóng)田，師生組建了自然實(shí)驗(yàn)小組到田間地頭去辨認(rèn)農(nóng)作物并制成標(biāo)本，在自然標(biāo)本室里存放了上百個學(xué)生作品。

此后，學(xué)校率先把錄音機(jī)引進(jìn)課堂，是杭州市最早使用電化教學(xué)的學(xué)校；建成了杭州市小學(xué)里最早的微機(jī)房，上世紀(jì)90年代就成立計算機(jī)興趣小組學(xué)習(xí)Basic語言；在浙江省首批現(xiàn)代教育技術(shù)實(shí)驗(yàn)學(xué)校中，青藍(lán)小學(xué)也是榜上有名。

伴隨著科教成果的一路“高光”，學(xué)校的科學(xué)教育也在不斷創(chuàng)新發(fā)展。真實(shí)體驗(yàn)法強(qiáng)調(diào)科學(xué)教育要“真做真學(xué)”?；咏虒W(xué)法讓一批科學(xué)教師在“全國中小學(xué)創(chuàng)新（互動）課堂教學(xué)課”評比中屢屢奪魁。學(xué)校還充分開發(fā)拓展性課程，開設(shè)了面向一至六年級全體學(xué)生的科學(xué)社團(tuán)，為每個孩子打造“一人一社團(tuán)，一年兩項(xiàng)目”的專屬科學(xué)成長路線。

語文學(xué)科出身的婁屹蘭擔(dān)任校長后，對科學(xué)教育投以格外的興趣與關(guān)注。在她看來，小學(xué)是科學(xué)啟蒙的關(guān)鍵階段，學(xué)生對自然、世界的好奇解決了學(xué)習(xí)驅(qū)動問題，而科學(xué)與生活的高契合度又為學(xué)習(xí)的綜合性與實(shí)踐性提供了無限可能?！拔覀冄芯苛耸嗄甑摹?jīng)歷伴隨學(xué)習(xí)’，倡導(dǎo)學(xué)習(xí)在真實(shí)經(jīng)歷中自然發(fā)生，這也符合科學(xué)教育的特征。”

但同時，婁屹蘭也看到了漸行漸近的那層“天花板”：科學(xué)課每周只有3課時，比體育課還少；教學(xué)著重知識、技法，缺乏科學(xué)素養(yǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)；科學(xué)教師受限于自身的知識面，在數(shù)理原理、科普語言、科技美學(xué)等領(lǐng)域存在短板。

科學(xué)教育不止是科學(xué)課和科學(xué)教師的事，一場改革勢在必行。

從科學(xué)課向全學(xué)科拓展

青藍(lán)小學(xué)邁出的第一步，是借鑒“課程思政”理念，讓科學(xué)跳出科學(xué)課堂，在其他學(xué)科生動呈現(xiàn)科學(xué)因子。

語文課上，教師陸敏執(zhí)教《黃帝的傳說》時創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)蕭山區(qū)軒轅黃帝史記展覽館。學(xué)生對“黃帝造車”的過程梳理后發(fā)現(xiàn)，成功離不開對生活的細(xì)心觀察和不斷嘗試。“黃帝造船、造車是為了解決百姓生活中遇到的困難，我也想學(xué)好知識幫助他人?！睂W(xué)生陳紫祺暗下決心。語文課以“探究”的形式走進(jìn)各種展覽館，小學(xué)6年時間里，青藍(lán)的學(xué)生至少有3次機(jī)會走進(jìn)展覽館。

數(shù)學(xué)課上，學(xué)生學(xué)完《長方體、正方體的認(rèn)識》后，教師陳鑫拋出任務(wù)：“你能結(jié)合所學(xué)的數(shù)學(xué)知識設(shè)計一個塔臺嗎？”學(xué)生在搭建模型時發(fā)現(xiàn)塔臺穩(wěn)定性欠佳，于是想到四年級學(xué)習(xí)的“三角形的穩(wěn)定性”知識，對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的“王者塔臺”。陳鑫發(fā)起問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)“塔臺爭霸賽”活動前，86%的學(xué)生把“工程”等同于大型建筑工程，似乎離生活很遠(yuǎn)?；顒雍螅^半數(shù)學(xué)生認(rèn)識到工程就是為了解決現(xiàn)實(shí)問題，很多離不開精確的計算。學(xué)校專門邀請了金融、能源、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的工程師家長，進(jìn)校開展相關(guān)工程專題的助教活動。

在美術(shù)課上制作葉脈畫，學(xué)生將葉片利用氫氧化鈉去除葉肉，再通過碳酸鉀等化學(xué)溶液漂白、染色。中國美院教授阮悅來校看到后，希望美院學(xué)生與青藍(lán)小學(xué)學(xué)生結(jié)對子，在葉脈畫的基礎(chǔ)上加入山水、人物、花鳥等傳統(tǒng)繪畫藝術(shù)，展示美術(shù)與科技的完美融合。音樂課的小樂器也是學(xué)生的拿手好戲，他們根據(jù)科學(xué)課上學(xué)到的聲音相關(guān)知識，制作了排簫、沙錘等。維也納宮廷樂團(tuán)首席指揮哈克爾來校交流時，學(xué)生用自制樂器演奏中國傳統(tǒng)樂曲《龍騰虎躍》，贏得了高度贊揚(yáng)。

科學(xué)素養(yǎng)在各學(xué)科滲透，不能單憑教師的靈光一現(xiàn)。為此，青藍(lán)小學(xué)從教學(xué)管理入手，制定了《科學(xué)素養(yǎng)培育學(xué)科教學(xué)指南》，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用各學(xué)科知識解決學(xué)習(xí)生活中的真實(shí)問題。比如數(shù)學(xué)學(xué)科根據(jù)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)要求，設(shè)計出“身上的尺子”“曹沖稱象”“氣象小記者”等41個主題實(shí)踐項(xiàng)目，開展數(shù)據(jù)調(diào)查和科學(xué)分析。美術(shù)學(xué)科以“造型·表現(xiàn)”“設(shè)計·應(yīng)用”“欣賞·評述”“綜合·探索”4個領(lǐng)域?yàn)檩d體，從審美的視角賦能科學(xué)教育。

語文教研組長余寧的真實(shí)感受是：之前語文教師更關(guān)注語言的工具性，將大量時間花在文字的積累和運(yùn)用上?，F(xiàn)在的課堂產(chǎn)生了新變化，教師在教學(xué)《皇帝的傳說》《紙的發(fā)明》時，總結(jié)古代發(fā)明創(chuàng)造的規(guī)律，激活學(xué)生的類比思維；在教學(xué)《大象的耳朵》《蜘蛛開店》時，鼓勵學(xué)生合理想象續(xù)編故事，指向了邏輯與創(chuàng)造。“這為學(xué)生感知和理解文本打開了更加豐富的思維空間，兼顧了語言文字的工具性和人文性?！?/P>

從單學(xué)科推進(jìn)走向跨學(xué)科融合

幾年實(shí)踐下來，科學(xué)如同一個個素養(yǎng)顆粒，棲居在各門學(xué)科中。婁屹蘭認(rèn)為，小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培育要在“廣”度上下功夫，即注重知識的系統(tǒng)性和內(nèi)在聯(lián)系，以及靈活運(yùn)用和拓展。為此，這些素養(yǎng)顆粒要以某種教學(xué)邏輯加以聚合，形成大概念教學(xué)的樣態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生形成具體與抽象交錯的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

目前，青藍(lán)小學(xué)基于科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的四大核心素養(yǎng)以及學(xué)校學(xué)科實(shí)踐的育人方式，打造了“未來實(shí)踐+”課程體系。該體系分為生命探索、物質(zhì)研究、地球探秘、技術(shù)工程四大模塊，包含34項(xiàng)實(shí)踐活動，涵蓋13個核心概念?；诓煌瑢W(xué)段學(xué)生的特征，學(xué)習(xí)內(nèi)容由淺入深、由表及里、由現(xiàn)象到本質(zhì)，貫穿整個小學(xué)階段的學(xué)習(xí)與成長。

以“技術(shù)工程”模塊為例，為迎接杭州亞運(yùn)會，全校發(fā)起綠色低碳亞運(yùn)挑戰(zhàn)賽。學(xué)生陶追遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)，冬天在家里洗手時水特別冷，每次燒熱水又感覺浪費(fèi)，一場關(guān)于“太陽能熱水器”的研究之旅就此啟動。

學(xué)生首先在社區(qū)發(fā)放了240份問卷，在語文教師協(xié)助下完成太陽能熱水器調(diào)研報告。隨后，學(xué)生根據(jù)不同的研究方向，成立了保溫設(shè)計、吸熱設(shè)計及追光設(shè)計三個專項(xiàng)小組。保溫設(shè)計師用科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法選取聚氨酯、珍珠棉等材料進(jìn)行對比研究，用信息課上學(xué)習(xí)的“Excel表格的數(shù)據(jù)分析法”整理對比數(shù)據(jù)，再用“圓柱的表面積和體積”的數(shù)學(xué)知識設(shè)計保溫杯。追光設(shè)計師是整個項(xiàng)目的創(chuàng)新?lián)?dāng)，在杭州低碳科技館“追光發(fā)電系統(tǒng)”的啟發(fā)下，設(shè)計出的熱水器集熱管部分也可以像向日葵一樣隨著太陽旋轉(zhuǎn)，這就少不了信息課上學(xué)習(xí)的編程，以及美術(shù)課上學(xué)到的外觀創(chuàng)意設(shè)計給予加持。

因?yàn)槭且粓鲆詰?yīng)用為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)活動，學(xué)校專門為小組設(shè)立約課制度，遇到困難可隨時約請相關(guān)學(xué)科教師進(jìn)行指導(dǎo)。聯(lián)合科學(xué)、語文、數(shù)學(xué)、信息、美術(shù)5門學(xué)科，開展歷時7周的探索后，“加油，太陽能熱水器”成功出爐。該成果獲得了杭州市青少年科技創(chuàng)新大賽實(shí)踐類一等獎，參與教師被評為浙江省STEAM項(xiàng)目化學(xué)習(xí)教師挑戰(zhàn)賽十強(qiáng)團(tuán)隊(duì)。

在大概念教學(xué)的牽引下，科學(xué)教學(xué)的場景也在向資源更為豐富的校外拓展。學(xué)校與所在地社區(qū)共建科學(xué)素養(yǎng)“經(jīng)歷圈”，開展家長學(xué)校、科普課堂、未來社區(qū)暢想等活動，為學(xué)生開辟專屬的科技展示角，每年擬定“科技創(chuàng)新項(xiàng)目”合作計劃書，請社會上的科學(xué)能人指導(dǎo)學(xué)生。這幾年，社區(qū)里商戶的空調(diào)擋風(fēng)板、景觀噴水池過濾系統(tǒng)等都是學(xué)生的巧作。

據(jù)統(tǒng)計，實(shí)施大概念教學(xué)后，青藍(lán)小學(xué)學(xué)生100%參與科學(xué)項(xiàng)目研究，69.7%的學(xué)生經(jīng)常性參加科技型志愿者服務(wù)，160余項(xiàng)科技成果獲得省級以上榮譽(yù)，杭州少科院首任院長等一批“高科技小能人”成長起來，學(xué)校還承辦了兩次全國教育創(chuàng)新大會。

“小學(xué)是提高全民科學(xué)素養(yǎng)和培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的重要啟蒙期。學(xué)校將緊緊抓住這一育人的時間窗口，廣泛開展單學(xué)科、多學(xué)科、跨學(xué)科學(xué)習(xí)，從學(xué)生發(fā)展的全過程培育科學(xué)素養(yǎng)。”婁屹蘭表示。

《中國教育報》2023年08月11日第3版