學校如何做好科學教育加法？來看這所學校高質量的探索實踐

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

一、構建整體性、多樣性、選擇性學?？茖W課程圖譜

學校應面向全體學生，嚴格落實國家科學課程標準，打好共同基礎。在此基礎上，加強校本課程建設，關注學生差異，增加課程的選擇性，提高課程的適應性，以多種課程形態(tài)滿足學生的個性化學習需求。

1. 嚴格落實課程標準要求，在探究實踐中培育科學素養(yǎng)

《義務教育科學課程標準（2022年版）》提出科學觀念、科學思維、探究實踐、態(tài)度責任四個方面的核心素養(yǎng)發(fā)展要求，倡導以探究實踐為主的多樣化學習方式，讓學生主動參與、動手動腦、積極體驗，經歷科學探究和技術與工程實踐過程。在中小學科學教育中提倡探究實踐，符合科學、技術與工程發(fā)展的趨勢和國家未來發(fā)展的需要，有利于整合不同學科的知識，補齊傳統科學教育中學生缺乏自主實踐的短板。[1]

學校嚴格按照課程方案和課程標準要求，開齊開足各年段科學課。所有科學任課教師均為專職教師，每位教師單獨配備一個標準的科學實驗教室。學校將科學教育專項經費納入年度預算，提升實驗室配置標準，添置各類儀器和設施設備。學校配有專職實驗室管理員，保證實驗室設備儀器的規(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量開展科學學習的基礎。

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

學校堅持把學生實驗操作情況和能力表現納入綜合素質評價，以評價改革進一步撬動科學課堂探究實踐的有效落實。“雙減”背景下，科學教研組研發(fā)“大概念、項目化、協作式”科學單元實踐作業(yè)，不斷豐富作業(yè)形式，激發(fā)學生探究興趣，培養(yǎng)探究實踐能力。

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

2. 融通兒童生活經驗和教材內容，設計和實施跨學科主題學習

《義務教育課程方案（2022年版）》指出，加強課程內容與學生經驗、社會生活的聯系，強化學科內知識整合，統籌設計綜合課程和跨學科主題學習，從而更好地落實學科綜合育人、整體育人。

科學組教師從融通學生生活經驗視角，對科學教材內容進行深掘和拓展，設計和實施跨學科主題學習。如三年級學生學完《空氣》單元“冷熱空氣的流動形成風”的相關內容后，科學教師和語文、數學、美術組教師共同開發(fā)了“制作走馬燈迎新年”跨學科主題學習活動。學生探究走馬燈的基本科學原理，研究怎樣的大小、結構比例更為合適，探尋將剪紙、中國結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。在這樣的學習活動中，學生對“空氣流動形成風”的科學概念有了深層次理解，并綜合運用其他學科知識解決真實情境中的問題，強化了課程協同育人的功能。

3. 基于“U—S”合作模式開發(fā)滿足學生個性需求的校本課程

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

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

二、通過多種形式培養(yǎng)學生的科學高階思維和問題解決能力

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

1. 讓學生經歷思維與實踐深度融合的科學探究學習

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

比如，在教學“豎笛發(fā)聲”一課時，學生在學習皮筋、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”。許多學生的第一反應是豎笛本身在振動發(fā)聲。此時，教師推出問題鏈，助推學生自主完成探究。第一個問題——吹豎笛與敲豎笛發(fā)出的聲音不同，為什么？讓學生意識到兩者發(fā)聲物體是不同的，激發(fā)起學生的探求欲。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？讓學生在“阻止物體振動，振動停止，聲音即停止”的經驗基礎上，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，不斷調動學生運用科學思維方法比較、判斷、辨析獲得的信息，這一思維與實踐深度融合的科學探究過程，實現了科學思維的高階發(fā)展和對科學概念的深層理解。

2. 以項目化學習推進核心概念學習進階

科學學科核心概念是學生在義務教育階段應該掌握的科學課程的核心內容。核心概念可以揭示學科知識的本質與學科知識之間的聯系，具有統整學科知識的功能。核心概念將零散的知識點聯系起來，體現學科思想和核心內容，是認識學科本質、學習學科方法、發(fā)展核心素養(yǎng)的重要載體?；谶@一認識，科學組教師將“以項目化學習推進核心概念學習進階”作為教學研究的新方向。首先，對教材的單元教學目標、課時教學目標進行梳理，對應課程標準中的核心概念整合、重構教材單元；其次，確定單元項目，創(chuàng)設真實問題情境；然后，基于核心概念的層級以及學生學習的內在邏輯，采用逆向設計思維，將單元項目分解成若干子項目，體現進階設計；最后，預設學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“工程設計與物化、物質的運動與相互作用”學科核心概念，學生明確“利用生活中的材料設計一輛具有動力、能在5秒內行駛1米遠的小車”單元項目要求，開展設計和制作重力小車、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實踐活動。學生在制作、測試和反思中不斷迭代產品。在成果發(fā)布過程中，學生對標單元項目反思學習過程與結果，實現對“運動與力的關系”核心概念的理解和工程實踐能力的綜合提升。

3. 在技術和工程實踐中培養(yǎng)問題解決能力

技術與工程實踐需要經歷明確實際需求問題、提出設計方案、物化并測試、迭代改進等過程。工程實踐不是傳統的科學制作或模仿制作產品，而是創(chuàng)造、發(fā)明的過程，是實現某一產品從無到有的過程，或是對已有的產品進行優(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，包括是否符合科學原理、技術手段的可行性、成本、時間、材料、安全等。小學科學課程開展技術與工程實踐，需要教師準確把握不同年齡階段學生所具備的知識和能力狀況，選擇適合學生的真實問題，設置有梯度的工程實踐活動，引導學生開展工程實踐，培養(yǎng)學生的工程思維。

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，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量，培養(yǎng)學生統籌協調的思想；針對方案的設計與論證，從低年段只提出單一方案過渡到高年段需要充分探討產品各個影響因素間的關系，綜合論證自己或他人的設計方案；針對產品的制作與迭代，從低年段只提出改進策略，到高年段需要根據測試結果，有依據、有目標、更綜合地去開展產品的迭代，最終將自己的設計創(chuàng)意變?yōu)楝F實產品，實現核心問題的解決。學生反復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》工程實踐的進階設計

三、多元協同保障學?？茖W教育有效實施

提升學校科學教育質量，需要在學校場館、空間、環(huán)境等方面營造濃厚的學習氛圍，提升教師的專業(yè)素養(yǎng)和教學能力，探索利用人工智能、虛擬現實等技術手段改進和強化科學教學，多元協同保障科學教育有效實施。

1. 營造與學生深度對話的校園文化環(huán)境

科學學習空間不僅包括最基礎的科學實驗室，還包括其他滿足學生個性化、可創(chuàng)生的學習空間和環(huán)境，學校根據實際需求選擇性開發(fā)特色科學學習空間，強調空間和物化環(huán)境應與學生進行互動和深度對話，以激發(fā)學生的好奇心和探求欲。比如，學校在走廊、實驗室懸掛科學家畫像，在顯示名人照片和簡介的同時，將名字用翻蓋遮擋起來，吸引學生進一步了解每位科學家，并在墻面增設“對話欄”和“問題墻”，讓學生寫一寫對名人名言的理解和看法，激發(fā)興趣，引起思考。在校園開心農場，通過“猜猜我是誰”“怎樣養(yǎng)好我”等問題，引起學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，主動觀察其他同學收集了哪些不同的種子，比較不同種子的結構特征，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)內容，整體提升科學教師專業(yè)能力和素養(yǎng)

提高科學教育質量的關鍵在于教師，要培育科學興趣濃厚、好奇心強、具備較好科學素養(yǎng)、科學方法和科學創(chuàng)造力的學生，就必須提高科學教師的職業(yè)素養(yǎng)。然而，研究發(fā)現，當前我國小學科學教師在師生互動、教學設計和概念規(guī)律教學等方面表現相對較好，但理科背景的學科專業(yè)知識存在明顯短板，在信息技術應用、跨學科與問題解決式教學、探究式教學等方面的教學實踐能力較為薄弱[3]。

為了彌補科學教師學科專業(yè)知識的短板，學校制定了“U—S1+2”協同培養(yǎng)機制。“1”是指一位小學科學教師，“2”是指兩位大學理科教師，每一位小學科學教師同時與兩位不同學科背景的大學教師結對。如學校分別聘請物理學科、化學學科專業(yè)背景的大學教師擔任生物學科背景科學教師的導師，每月進行讀書研討、分享交流、答疑解惑，實現科學教師學科專業(yè)知識快速、綜合提升。

同時，為提高科學教師的跨學科能力、創(chuàng)造性思維與探究精神，學校豐富和深化教師培養(yǎng)內容，更多關注教師跨學科概念理解、探究式教學觀念、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、項目式的教學活動中，理解、發(fā)展高階思維，反思科學本質、科學方法和科學思維。同時，進一步提高培養(yǎng)方式的靈活性，著力提升科學教師信息技術應用能力，實現人人掌握基本的信息技術輔助教學的能力。

3. 基于數字化技術整合與優(yōu)化科學學習方式

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

比如，在五年級“種子發(fā)芽實驗”項目學習中，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，自由調節(jié)儀器參數，并突破時間限制這一優(yōu)勢，學生調節(jié)時間加速反應進程，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的不同結果，迅速驗證學生的設想，建立生物與環(huán)境之間相互聯系的認知。此外，適當拓展種子休眠這一神奇的現象，有利于學生正確、完整地認識種子發(fā)芽所需條件，實現對科學概念的深層理解。

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

注釋：

[1] 高云峰. 探究實踐：中小學推進科學教育的關鍵點[J]. 中小學管理，2023，06：14-18.

[2] 胡衛(wèi)平. 在探究實踐中培育科學素養(yǎng)——義務教育科學課程標準（2022年版）解讀[J].基礎教育課程，2022，No.322（10）：39-45.

[3] 鄭永和等. 我國小學科學教師隊伍現狀、影響與建議——基于31個省份的大規(guī)模調研[J].華東師范大學學報（教育科學版），2023，41（04）：1-21.

[4] 季榮臻. 整合取向：科學學習方式的轉型之路[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)景苑小學校長，浙江省特級教師，正高級教師，浙江省杭州市小學科學教育專業(yè)委員會會長）

《人民教育》2023年第19期，原標題為《強化學校主陣地作用 切實提高科學教育質量》