理解生命走向未来

赵莉 陈书强

摘要：指向儿童科学素养提升的“物联网+植物工厂”，围绕核心素养，探究面向未来的课程结构变革。从改变学校空间开始，改变教的路径、学的情境。通过开发真实情境下的课程体系，建构真实情境的“场馆学习”实践教学模型，有效促进学科课堂教学的优化。项目以科学学习为研究起点，把德育、劳动教育、美育有机结合，并逐步带动其他学科的有效融合与发展，拓展了学习的边界，变革了学习的方式，重构了师生的关系，指向了儿童未来的发展，初步呈现了未来学习的新样态。

关键词：真实情境;真实学习;未来课程;实践能力

2016年“科学精神”成为中国学生发展核心素养必备要素，科学素养培养成为小学科学工作的重点。徐州市云兴小学利用地理优势建设系列场馆基地，进行相应的场馆学习实践，在有意识地培养学生的科学素养方面取得了良好效果。学校思考如何解决空间受限与学生数量之间的矛盾，如何将场馆资源与各个年级的科学教学以及学生科学素养培养真正契合起来，更加有针对性地培养学生的科学素养。2018年，“物联网+植物工厂：指向儿童科学素养的校本实践与探索”成功立项为江苏省基础教育前瞻性教学改革实验项目。学校以“深化学校课程建设，丰厚学生科学素养”为目标，积极构建“物联网+植物工厂”，开发依托“物联网+植物工厂”的小学科学课程体系，优化科学学习内容，转变教学方式，唤醒学生对科学知识、科学研究、科学学习的热爱，最大限度地发展每一位学生的科学素养，缩小城市儿童对现代农业文明的陌生感。

一、指向儿童，“物联网+植物工厂”研究的源起

学校在“物联网+”的科技时代背景下，在充分尊重兒童认知规律的前提下，针对学生科学素养的缺失，为唤醒学生对科学知识、科学研究、科学学习的热爱，丰厚每一位学生的科学素养，构建了在现代科技的真实场景中进行的科技教育。

（一）基于儿童科学素养培养的现状

我们关注学生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面形成的价值标准、思维方式和行为表现。但是通过实践调查、理论研究，我们发现：第一，学生对科学课兴趣日益流失，科学课程的内容不够贴近儿童生活，教学方法单一固定，学习重答案，轻过程。第二，学生、科学教师的科学素养，科学研究方法缺失。第三，城市儿童对现代农业文明存在着陌生感。针对此，我们在如何优化科学学习，提升学习兴趣，培养科学素养上坚定了自己的想法：构建“物联网+植物工厂”，开发依托于“物联网+植物工厂”真实情境下的小学科学课程体系，优化科学学习内容，转变教学方式，唤醒学生对科学知识、科学研究、科学学习的热爱。

（二）基于科学教育的深度校本实践

学校充分利用场馆基地优势，将科学学习内容与真实世界建立起有机联系。一方面通过“物联网+”技术控制，利用集成性传感设备、智能花盆、网络摄像头、种植箱、移动学习终端等现有比较成熟的产品，开展普及性物联网种植体验，收集种植数据，促进植物更好地生长;另一方面，通过技术对学生学习过程进行记录、监控、分析等智能化管理，并上传到学生学习行为跟踪平台，关注学生学习的过程，感受科技的魅力，使学生对科学产生浓厚的兴趣，具有“基于真实问题、强调探究过程、产出多元结果”的特征。[1]同时，学校着力引导学生感受新科技助力下的现代农业文明，提升科技教育水平和学生科学素养、科学精神，培养学生适应未来的能力，在发展每一位学生的科学素养的同时，注重“五育”并举，发展学生的学科核心能力及核心素养。

（三）顺应小学科学教育教学改革

《教育部关于印发义务教育小学科学课程标准的通知》要求从2017年秋季学期开始，小学科学课程起始年级调整为一年级。科学素养培养成为小学科学工作的重点，对于提高学生的综合素质，培养适应社会发展的复合型人才至关重要。在“物联网+”的时代背景下，引入物联网技术和物联网平台，对构建小学科学探究环境方面有着巨大的优势，以植物工厂为切入点，在现代科技场景中进行科技教育，支持学生与信息化的真实环境进行深层次的交互，为师生提供互联互通的学习资源和探究空间。

二、指向素养，构建基于真实情境的深度学习

在长期科学教育实践中，学校形成了重体验、重参与、重兴趣、重过程、重能力的培养方法，形成了科学素养的校本表达，确立了“以科学课堂为重要基础、以科技教育为活动内容、以综合实践为活动形式、以少年科学院为活动阵地”的科技教育途径[2]。我们根据“中国学生发展核心素养”18个素养要点以及《义务教育小学科学课程标准》中明确的科学学科核心素养，结合学校“生长教育”的育人目标，构建了小学生“科学素养结构模型”（见表1）。[3]

（一）基于科学态度，为学生的科学学习创造真实情境

为每位学生提供在“真实情境”中进行“实践探究”的丰富而高效的科学学习环境。我们通过建立“物联网+植物工厂”场馆基地，有效统整开发系列场馆主题课程，并通过项目学习的教学方式推进学生科学素养的提升，构建了“物联网+植物工厂”的运作结构模型，架构了“物联网+植物工厂”的场馆系统，包括植物生长过程及环境数据收集、植物生长信息传输、植物生长过程及环境控制、植物成长档案，可以让学生了解植物的生长全过程。语音识别进行温度调节，土壤湿度调节、补光，人和植物对话等，在植物工厂中均予以实现并突破。“物联网+植物工厂”成为学生一个重要的科技教育、科学学习基地，它带领学生在真实的场景中感知物联网技术支撑下的现代农业文明，帮助学生在面对科学知识、科学方法、科技成果时，树立尊重事实、尊重证据、尊重科学、保持好奇心、严谨细致的科学态度。

（二）基于科学的表达与应用，开发真实情境下的小学科学课程体系

真实情境下的“物联网+植物工厂”的科学学习，通过确立适合的学习材料、学习路径和教学方法，建构科学的教学模型和评价平台，帮助学生掌握科学探究技能、运用探究策略，最大限度地发展每一位学生表达与运用科学知识、开展科学探究、解决实际问题的科学素养，形成“驱动问题—主题统整—实践探究—项目评价”的开发过程范式。

1.确立模块主题。教师们积极寻找“物联网+植物工厂”课程与各学科中有关科学素养培养的课程资源的契合点：具体分析基础科学课程、拓展性科学课程、综合实践活动、创新型科技社团课程、STEAM课程等资源;选择与活动主题紧密相关的、以适当的形式进行课程的设计并落实到课程中。我们初步确立“动植物的身体”、“动植物的生长”和“动植物与环境”三大模块。每一模块由若干个主题构成，围绕不同的主题展开活动。

2.明确主题内容。课程主题模块分为横向和纵向两个维度，按照横向组织和纵向组织实施教学。横向组织立足于不同年级学生的年龄特点，设计由浅到深、由易到难的模块，并根据模块的特点，安排课时量以及适合的学习对象，使具有不同起点的学生，经过场馆学习，都有一定的提升。纵向组织是根据与某一模块相关的场馆中的具体资源、课程目标具体要求，以及学生的实际情况，在每一模块下设计若干主题活动，将模块主题逐步推进、深化。立足于科学学习的本质，我们将每个主题内容分为身边的科学现象、经典的科学原理、前沿的科学话题和有趣的科学实验四大板块，并明确每一模块下主题活动内容、活动目标、活动点、学习对象以及课时量。

（三）基于科学理解能力，探索真实情境下的小学科学学习实践模型

学校以学生学习为中心，在现有科学学科单元设计的基础上，聚焦单元主题，联系真实场馆情境，进行课程资源整合，开展以项目学习为主的学习。项目学习是基于对真实问题的探究，也是精心设计项目内容、规划和实施项目任务的过程。通过有效统整开发系列场馆主题课程，以项目学习的教学方式推进学生科学素养的提升，引导学生逐步理解科学态度、科学术语和概念、科学理论，了解科学研究方法的发展历程、科学探究的基本方法，尝试理解应用技术成果、软科学的研究成果。

1.形成项目学习实践模型。从小学科学课程的实际出发，结合植物工厂的真实场景，设计丰富而生动的案例，激发学生的学习兴趣，提高他们的科学素养，尤其是分析问题、探究问题和解决问题的能力。“物联网+植物工厂”课程在实施方式上坚持“项目学习为主导、学生学习单为辅助”的贯穿学习过程，形成“适时情境—提出问题—实践探究—类比辨析—研究报告—思维连续”的小学科学学习实践模型[4]。

2.采用学习单辅助学习。学习单是引导学生自主参观、自我学习的一种工具，同时可以培养学生的自主学习精神和分析问题、解决问题的能力。在“植物工厂”课程学习中，对涉及观察、操作、思考、判断、交流、想象、推测的活动方式，教师结合相应的主题内容设计学习单。如设计引导观察、操作、思考、判断类问题;设置丰富的题型，如选择、问答、连线、填图、填表、贴纸、排序等;结合生活设计问题，让学生感受到科学与生活息息相关;适当设置开放型问题，鼓励学生提出质疑，并尝试写出解决办法;鼓励多次尝试、反复操作，从不同的结果中进行总结，以便加深学习印象，最大限度地發挥展品的教育价值;鼓励小组合作，鼓励学生向同伴寻求合作。

（四）基于信息技术素养，搭建学习辅助平台

“小学生学习行为跟踪系统”信息平台的搭建为学生的学习提供了无限空间，对学生的学习过程进行行为跟踪，更好地服务于学生的学习成长，获得了国家版权局计算机软件著作权。学生根据研究的主题、研究的方向、研究的重点，向学科教师提出建立实验任务、实验组的申请，教师也可以根据学习的进度、内容、学生研究的主题在学习平台发布学习任务，建立实验组，选取实验成员。学生们在植物工厂、自然种植园中观察任务涉及的植物，调取平台实时记录的植物生长状况、植物工厂的各项数据，进行实验对比分析，并通过平台发布观察记录、实验报告、照片、视频、心得等。实验结束后，小组长要对实验项目进行总结，看看自己的完成情况是否达到了预想的结果，教师和学生们则可以对这个项目进行打分和评价。学生通过学习平台，提升了掌握信息技术知识、使用信息技术方法的素养，以及使用计算机搜索、整理、读取并记录关键性数据、使用传感器的能力。

相较于项目组研读课标、研读教材后，基于学科融合点建立的学生感兴趣的课题，平台更多的是学生发现问题后，自主申请的研究主题。比如一年级学生进入校园，对植物工厂产生了强烈的兴趣后，“校园植物我来认”的学习主题应运而生。他们在校园中从慢慢地认识一棵棵植物，记录一棵棵植物的名片，到慢慢喜欢上校园生活。二年级学生则对校园一排排醒目的银杏树产生了兴趣，建立了“认识银杏树”的学习主题。他们从银杏树的小小嫩芽开始观察，用照片、绘画、日记的形式记录一年的观察所得。三年级建立了“凤仙花”主题，学生用观察日记的形式，用充满新鲜感的语句记录凤仙花从播下种子到收获种子的120天的生命之旅，同时进行植物工厂与自然种植条件下的对比观察实验。四年级建立了“植物遇上最美诗词”的学习主题，学生把搜集的与植物有关的诗词名篇、名家朗诵视频、自己朗诵的音频资料上传平台交流。五、六年级则聚焦主题，深度挖掘专题研究，如“猕猴桃的花为什么向下生长”“猕猴桃室内室外生长的区别”“猕猴桃如何防止虫害”“温度对猕猴桃的生长影响”“杂草对猕猴桃是否有危害”“猕猴桃生长建议”……学生围绕一个研究主题，采用上网搜集资料、翻阅书籍、向他人请教、实地调查研究等方式，形成了丰富的研究报告。目前已有5500名学生围绕200多个研究主题在“小学生学习行为跟踪系统”平台记录研究成果，进行课程的展示、互动、交流[5]。

三、指向未来，探索课程重构的未来学习

项目以学生学习为中心，围绕学生素养的目标指向，跨越学科课程边界，在现有学科单元设计的基础上，聚焦单元主题，联系真实场馆情境，进行课程资源整合，探索未来学习形态，培养学生面向未来的学习能力。

（一）适应未来发展的学习方式

“物联网+植物工厂”是基于真实情境的真实学习，基于场馆的深度学习，基于信息技术的信息化学习，基于学科融合的跨界学习，基于“学习方式的变革”的指向未来的学习，进一步重构了学习共同体、班级、年级、教室等概念。学生在教师的指导下，在植物工厂中进行适时的学习，同时每个班级成立了植物工厂研究小组，进行项目式学习、主题式学习、常规式学习，形成了课堂、课外、社团、网络四级立体学习空间。如“环境对植物生长影响的研究”的系列课例围绕研究主题，打破了年级、班级概念，以混龄教学的方式，让不同年级、不同班级学生通过“季节对银杏树有影响吗”“植物工厂中的凤仙花为什么提前开花”“光照对猕猴桃的影响”等一系列研究子课题，展示一段时间的学习过程。学生们以实事求是、重视科学实证的严谨态度，以丰富的实验日记、研究报告、课本剧、辩论的方式，努力展示科学学习的过程，呈现科学学习的学科特征。

（二）面向儿童未来的发展

在项目推进过程中，我们坚持立德树人、以文化人，坚持培养能够担当民族复兴大任的时代新人;在“理解生命 志趣多元”的理念下，坚持全方位、全过程育人，注重五育并举，实现各学科的有效融合与发展。一是关注学生创新精神和实践能力的培养，关照未来一代所需要具备的核心素养——自主、创造，不断激发学生探究、理解、发现、创造的主动性，以培养学生更好地适应并创造社会生活的能力。二是挖掘师生共同生活中的真实经验，关注社会、生活、社区中创生的具有价值的研究项目，强调学生的自主性与参与意识，重视倾听、探究、创造、反思、批判与合作能力的培养，启发学生在发现与创新中求得志趣，更在自主与实践中联结未来。

如“小小凤仙花”的主题学习，科学教师结合三年级教材“凤仙花”的学习要求，指导学生种植凤仙花，养成善于观察的习惯，带领学生围绕主题，进行家庭种植、室外种植、植物工厂种植、营养土种植、营养液种植的对比实验。语文教师重点指导学生在观察的基础上，捕捉生动、有趣的瞬间，用新鮮感的语句写成“凤仙花”观察日记。美术教师侧重带领学生画下“凤仙花”的每一个生长足迹。数学教师指导学生提取植物工厂关于温度、湿度、光照的大数据，进行测量统计、类比分析，制作成数据图表。在信息技术课上，学生在教师的指导下，利用定格动漫的软件制作凤仙花的生长过程、凤仙花的植物名片、电子小报等。每个班级在实验基地里坚持除草、除虫、清洁、养护的劳动付出，品味成功、失败、懊恼、喜悦的不同滋味。通过植物的生长，学生感悟着生命的生长，生长的付出，生长的坚守，生长的智慧。

“物联网+植物工厂”是指向儿童科学素养的校本实践与探索，它让每个学生都成了学习的主人。在充满儿童气息的校园里，学生逐步成为“健康、自由、智慧、明理、博雅、自主、创新”的时代新人。

参考文献：

[1]伍新春，曾筝，谢娟，康长运.场馆科学学习：本质特征与影响因素[J].北京师范大学学报（社会科学版）， 2009（5）：14-15.

[2][4][5]夏雪梅.项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践[M].北京：教育科学出版社， 2018：128，33，142-157.

[3]韩光艳.基于网络的科学探究对提高小学生科学素养有效性的探究[D].广东：华南师范大学， 2007：14-16.

编辑：李韦