大概念教學培育學生科學素養(yǎng)

參觀完杭州亞運會場館后，杭州市青藍小學學生黃子宸突發(fā)奇想。游泳館里的水循環(huán)系統(tǒng)每年節(jié)水達到9.6萬噸，而學?；▓@的人工澆水費水又費電?！拔蚁胱屝@里的水也循環(huán)起來?！?/P>

黃子宸組建了學生研究小隊，在科學、數(shù)學、信息技術(shù)等學科教師的協(xié)助下，運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。

融合多學科知識，用科學的思維和方式解決問題，正成為杭州市青藍小學的一個“教育現(xiàn)象”。“小學是科學素養(yǎng)的啟蒙階段，在真實情境的任務(wù)驅(qū)動下，大概念教學符合學生的認知與學習特征，開辟了一條科學教育改革的新路徑?！毙ｉL婁屹蘭說。

一所百年老校的“科學基因”

杭州市青藍小學創(chuàng)辦于1906年，“向現(xiàn)代科學進軍”的辦學口號言猶在耳。上世紀50年代學校旁邊有一畝農(nóng)田，師生組建了自然實驗小組到田間地頭去辨認農(nóng)作物并制成標本，在自然標本室里存放了上百個學生作品。

此后，學校率先把錄音機引進課堂，是杭州市最早使用電化教學的學校；建成了杭州市小學里最早的微機房，上世紀90年代就成立計算機興趣小組學習Basic語言；在浙江省首批現(xiàn)代教育技術(shù)實驗學校中，青藍小學也是榜上有名。

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

語文學科出身的婁屹蘭擔任校長后，對科學教育投以格外的興趣與關(guān)注。在她看來，小學是科學啟蒙的關(guān)鍵階段，學生對自然、世界的好奇解決了學習驅(qū)動問題，而科學與生活的高契合度又為學習的綜合性與實踐性提供了無限可能。“我們研究了十多年的‘經(jīng)歷伴隨學習’，倡導(dǎo)學習在真實經(jīng)歷中自然發(fā)生，這也符合科學教育的特征?！?/P>

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

科學教育不止是科學課和科學教師的事，一場改革勢在必行。

從科學課向全學科拓展

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

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

數(shù)學課上，學生學完《長方體、正方體的認識》后，教師陳鑫拋出任務(wù)：“你能結(jié)合所學的數(shù)學知識設(shè)計一個塔臺嗎？”學生在搭建模型時發(fā)現(xiàn)塔臺穩(wěn)定性欠佳，于是想到四年級學習的“三角形的穩(wěn)定性”知識，對各項數(shù)據(jù)進行優(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%的學生把“工程”等同于大型建筑工程，似乎離生活很遠?；顒雍?，過半數(shù)學生認識到工程就是為了解決現(xiàn)實問題，很多離不開精確的計算。學校專門邀請了金融、能源、運輸?shù)刃袠I(yè)的工程師家長，進校開展相關(guān)工程專題的助教活動。

在美術(shù)課上制作葉脈畫，學生將葉片利用氫氧化鈉去除葉肉，再通過碳酸鉀等化學溶液漂白、染色。中國美院教授阮悅來?？吹胶螅Ｍ涝簩W生與青藍小學學生結(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生的拿手好戲，他們根據(jù)科學課上學到的聲音相關(guān)知識，制作了排簫、沙錘等。維也納宮廷樂團首席指揮哈克爾來校交流時，學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。

科學素養(yǎng)在各學科滲透，不能單憑教師的靈光一現(xiàn)。為此，青藍小學從教學管理入手，制定了《科學素養(yǎng)培育學科教學指南》，引導(dǎo)學生運用各學科知識解決學習生活中的真實問題。比如數(shù)學學科根據(jù)數(shù)學核心素養(yǎng)要求，設(shè)計出“身上的尺子”“曹沖稱象”“氣象小記者”等41個主題實踐項目，開展數(shù)據(jù)調(diào)查和科學分析。美術(shù)學科以“造型·表現(xiàn)”“設(shè)計·應(yīng)用”“欣賞·評述”“綜合·探索”4個領(lǐng)域為載體，從審美的視角賦能科學教育。

語文教研組長余寧的真實感受是：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用上。現(xiàn)在的課堂產(chǎn)生了新變化，教師在教學《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，激活學生的類比思維；在教學《大象的耳朵》《蜘蛛開店》時，鼓勵學生合理想象續(xù)編故事，指向了邏輯與創(chuàng)造?！斑@為學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。”

從單學科推進走向跨學科融合

幾年實踐下來，科學如同一個個素養(yǎng)顆粒，棲居在各門學科中。婁屹蘭認為，小學生科學素養(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，以及靈活運用和拓展。為此，這些素養(yǎng)顆粒要以某種教學邏輯加以聚合，形成大概念教學的樣態(tài)，引導(dǎo)學生形成具體與抽象交錯的認知結(jié)構(gòu)。

目前，青藍小學基于科學課程標準中的四大核心素養(yǎng)以及學校學科實踐的育人方式，打造了“未來實踐+”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項實踐活動，涵蓋13個核心概念。基于不同學段學生的特征，學習內(nèi)容由淺入深、由表及里、由現(xiàn)象到本質(zhì)，貫穿整個小學階段的學習與成長。

以“技術(shù)工程”模塊為例，為迎接杭州亞運會，全校發(fā)起綠色低碳亞運挑戰(zhàn)賽。學生陶追遠發(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，一場關(guān)于“太陽能熱水器”的研究之旅就此啟動。

學生首先在社區(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)計三個專項小組。保溫設(shè)計師用科學實驗方法選取聚氨酯、珍珠棉等材料進行對比研究，用信息課上學習的“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)學知識設(shè)計保溫杯。追光設(shè)計師是整個項目的創(chuàng)新?lián)?，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習的編程，以及美術(shù)課上學到的外觀創(chuàng)意設(shè)計給予加持。

因為是一場以應(yīng)用為導(dǎo)向的學習活動，學校專門為小組設(shè)立約課制度，遇到困難可隨時約請相關(guān)學科教師進行指導(dǎo)。聯(lián)合科學、語文、數(shù)學、信息、美術(shù)5門學科，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)新大賽實踐類一等獎，參與教師被評為浙江省STEAM項目化學習教師挑戰(zhàn)賽十強團隊。

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

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

“小學是提高全民科學素養(yǎng)和培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的重要啟蒙期。學校將緊緊抓住這一育人的時間窗口，廣泛開展單學科、多學科、跨學科學習，從學生發(fā)展的全過程培育科學素養(yǎng)?！眾湟偬m表示。

《中國教育報》2023年08月11日第3版