基于STEM的小学科学导学单的设计与实施

王月

在课堂中合理使用导学单有助于教师对教学实施过程进行正确的把控和得到有效的反馈。STEM是跨学科、多融合的教学课堂，合理使用导学单对教学有积极的作用。但是，目前小学科学的STEM导学单的设計并没有完整的理论体系。在观察杭州某小学在STEM课程《小建筑家》学习过程中使用常规导学单的教学后，发现常规导学单在使用过程中出现以下几个问题：（1）前导学习不够深入，止于表面；（2）实践活动分工不明，功能混乱；（3）内容缺乏指向性，导致学生汇报时条理不清晰，对作品评价较为混乱；（4）设计方案与成果产出差异较大。针对这些问题，提出了符合STEM教学过程的导学单设计方法，并提出了设计导学单需要遵循的三个原则：引导性原则、科学性原则和个性化原则。

一、引言

STEM课程核心是培养学生运用已学的科学、数学等知识解决真实问题的能力，是基于项目的学习方式。要求学生在完成工程设计、解决问题、动手实践、合作交流的同时，激发学习动机，提高学习能力，提升学习创新力，锻炼学习毅力，从而达成培养学生学习力的目标。实验记录是科学探究学习过程中的重要环节。在教育部2017年2月颁布的《义务教育小学科学课程标准》中的“科学探究学段目标”板块明确指出：三至四年级的学生应当具备“在教师引导下，能用比较科学的词汇、图示符号、统计图表等方式记录整理信息，陈述证据和结果”的能力。在科学课堂当中，记录单实现了“备忘录”的功能，有效地科学记录对于学生科学素养的提升有着积极作用。而基于STEM教学下的导学单在设计上应当与传统的实验记录单不同，它对引导学生发现问题、解决问题有着至关重要的作用。目前，基于STEM的小学科学导学单的设计尚未形成完整的理论体系，因此，本课的教学与实施有助于理解导学单设计过程中应当遵循的三大原则。

二、研究过程

（一）研究背景

《小建筑家》是基于浙江教育出版社出版的《STEM工作室D2》“STEM未来计划”案例一册“什么是设计过程”研发的，适用于四年级学生使用。考虑到四年级学生已具备初步的设计、绘画、制作、统计和表达等能力，而《小建筑家》课程是指导四年级学生如何将这些能力总体有效地运用在STEM课程上的一次探索与尝试。

（二）研究内容

《小建筑家》教学过程如下：

1.学习了解中国不同地域的传统民居建筑风格与形成原因

2.小组选择并确定设计方案

小组成员讨论画出本组建筑示意图，确定建筑搭建的设计方案。

3.建筑模型搭建

4.建筑各项要素的等级评定

总分=成本得分*40%+抗风得分*40%+外观*20%

成本得分：成本得分=100-造价成本

抗风得分：运用风力测试仪，对模型进行抗风性能测试，记录测试结果，所得分数为风挡 *10。

外观得分：满分50分，由8个小组组内自评与组间互评共同组成，去掉一个最高分，去掉一个最低分，取6组平均分。

5.观察、分析与反思

根据制作过程从抗风能力、外观设计以及成本三方面评价自己的作品。

（三）内容分析

本节课的教学对象为杭州市某小学四年级4个班的学生。在教学实践过程中发现常规导学单会出现以下问题：

1.前导学习不够深入，止于表面：学生对传统建筑的认识只停留在最初的印象，对其的特点和成因了解不深。

2.实践活动分工不明，功能混乱：学生在小组活动中身兼数职，导致分工混乱，无法有效推进小组合作。

3.学生汇报时条理不清晰，对作品评价较为混乱，缺乏指向性。

4.设计方案与成果产出差异较大：画设计图时，学生的思维是天马行空的，想把自己所有的设计都加入建筑中，但会发现建筑师的设计与平常的绘画有非常大的差异，涉及材料的选择和用量、结构的稳定等方面，因此在真正制作中结果往往与预设大有出入。

（四）实施新的导学单

基于教学流程获得的课堂实录有助于了解学生对不同导学单使用前后的认识，分析学生的课堂探究能力表现。基于上述教学现象，对导学单重新设计，具体的操作和分析如下：

教学片段一（注：本片段是结合更新后的导学单下开展的教学活动）。

1.学习了解中国不同地域传统民居的建筑风格与形成原因

（1）学习中国传统民居相关阅读资料。

（2）将小卡片的建筑和他们的名称一一对应，将图片贴在导学单手册上（图1）。

2.小组选择任一地域确定设计方案

（1）小组成员讨论画出本组建筑示意图及搭建的几种设计方案。

（2）小组讨论后，在已提出的设计方案中选择其中一个方案，将它的详细尺寸示意图画在坐标纸上。

3.建筑模型搭建

合理分工，每个小组有总策划、总建筑师、总设计师和总会计师，根据自己模型的要求，合理地选择材料，并在整个过程中，及时地做好成本（部分物品单价如下）与其他各项记录，最后统计本次建造模型的耗材成本（图2）。

4.建筑各项要素的等级评定

总分=成本得分*40%+抗风得分*40%+外观*20%

成本得分：成本得分=100-造价成本

抗风得分：运用风力测试仪，对模型进行抗风性能测试，记录测试结果，所得分数为风挡 *10。

外观得分：满分50分，由8个小组组内自评与组间互评共同组成，去掉一个最高分，去掉一个最低分，取6组平均分。

5.观察、分析与反思

（1）我们组的总策划是 _________，会计是_________，设计师是_________，建筑师是_________。

（2）我们在设计的时候参考了_________，因为_________它的特点是_________。我们使用了_________等材料来制作模型。

（3）如果实际与设计比较接近，与大家分享你们有哪些好的做法；如果实际与设计不太接近，思考是哪方面出了问题，导致你们做出了怎样的调整措施，也与大家分享。

（4）如果再来做这个项目，你会怎么调整或改进？

（五）结果分析

导学单中增加详细的学习资料和小卡片与对应的建筑配对环节后，一方面增加了学生的学习兴趣，另一方面通过动手操作增强了学生对各个地域特色建筑的认识。将理论知识以小活动的形式呈现，知识更加立体，而当认知出现偏差时，也可以随时回顾。

将小组成员的分工细致、明确化以后，增强了学生的自我认同感和参与积极性，每个人都有自己主要负责的领域。同时，这四个领域也是本节课需要学生协同完成作品的四个方面，有助于课堂教学的深入展开。

增加成本统计物品费用细则后，学生在材料的选择和使用方面更加方便合理，按需取材，有助于培养学生节约材料的意识。

在展示环节增加汇报的具体内容后，学生更加言之有物，知道围绕着建筑搭建过程的事项进行语言组织，有助于学生在自评、互评的环节中相互学习，有利于培养学生倾听、反思的能力。

三、STEM导学单设计建议

STEM是一门探索性的综合课程，导学单的设计对学生的有效学习具有导向作用。在STEM教学中，导学单的设计应当遵循以下几个原则：

（一）引导性原则。导学单的设计应当具备鲜明的主题，简单明了。它既能引导学生，也能将记录贯穿课堂，做到每个人都有任务。导学单还应当具备学生可以依据自己的记录进行适当修改的功能，这是STEM课堂区别于其他课堂的明显特征之一。

（二）科学性原则。导学单在设计过程中应当设置由易到难的阶梯性和连贯性内容，便于连续的学习发生和保持探究欲望。

（三）个性化原则。记录形式应灵活多样，不要拘于形式。应将贴、画、图等多种形式融合，既形象直观，又能增加学生学习兴趣。

【作者单位：杭州江南实验学校 浙江】