校园工程师：指向实践创新素养培养的项目化学习校本实践

□陈 滔

具备科学素养并不仅指掌握了科学知识或能运用科学技术，更指拥有科学思维，具备科学精神，能科学地处理实际问题，参与公共事务。

项目化学习是培养学生创新素养的有效途径。近年来，项目化学习方式得到了众多学校的关注。但在具体实践中，往往存在着参与性不足、适切性不强、真实性不够等实际问题，导致项目化学习方式难以有效促进学生创新实践素养的提升。

校本课程“校园工程师”（以下简称“校园工程师”）以培养学生的创新素养为目标，以项目化学习方式为载体，让学生在真实的校园环境中，用团队合作的方式，综合运用多种学科的知识和技能解决实际问题。它突破了传统学习的边界，扩大了学习的参与面，提高了学习的真实性。学生通过初级、中级、高级工程师的学习实践，在解决问题的过程中不断提升实践创新素养。课程实施框架如图1。

图1

一、初级工程师：常态课堂中推行“三步”教学，培养创新思维

“校园工程师”课程的实践先结合国家基础性课程，打造“初级工程师”。围绕项目式学习提倡的“问题驱动、支架学习、展示迭代”等要素开展“三步”教学（如图2），是培养学生创新思维的有效方式。

图2

（一）找准起点，确定驱动问题

基于学科知识的驱动问题是项目化学习的起点，教师需要帮助学生找准学习起点，提出驱动问题。

1.从学生的学习基础出发

教师可以从学生的学习基础出发，在“KWH（know-what-how）表”（如表1）的帮助下寻找驱动问题。

对于表1中最后一列学生所呈现出来的问题，经过加工改造后可以成为进行学科项目化学习的驱动问题。

表1 关于“地球表面的地形及其变化”的KWH表

2.从学科核心概念着手

教师可以从学科概念着手，提出驱动问题。如从课堂小概念出发，依据单元中概念，指向学科大概念，沿着概念的进阶通道找到符合项目化学习理念的驱动问题。以“食物链食物网”为例，其概念进阶如表2所示。

表2“食物链食物网”的概念进阶表

教学中，教师可以从大概念着手，寻找本课学习的驱动问题：如果我要去河边钓鱼，除了带好钓鱼工具之外，还要做什么准备？从而围绕本课小概念，拓展单元中概念，指向学科大概念，逐步开展项目化学习。

（二）提供支架，助力探究解决

项目化学习提倡以学生为学习的中心，教师的作用主要是在学生自主探究的过程中，为他们适时提供学习支架。支架的呈现方式可以有多种形式，如提示相关基本概念，为学生搭建认知支架；创设适切的问题情境，为学生搭建情感支架；与学生一起梳理知识体系，为学生搭建迁移支架；等等，由此通过提供支架助力学生解决问题。

（三）展示评价，迭代学习成果

展示和交流在项目化学习中起着十分重要的作用，展示评价的过程也是促进学生调整学习进程，提炼学习成果的过程。教师可以采用定性和定量评价相结合的方式，使评价具有客观性和真实性，并引导学生在个体展评中形成反思意识，寻找差距，促进自身成长。

在日常教学中渗透项目化理念的三步学习，能够有效促进学生创造思维的提升。学生在每学期的“初级工程师测评”中，利用各个学科的知识，通过解决具体情境中的问题，可以取得“初级工程师”执照。

二、中级工程师：在校园场域中进行“四共”实践，展开创造行动

学生掌握一定的学科基础知识，初步具备创新思维和能力后，就可以在校园场域改造中，通过问题解决的“四共”实践，获取“中级工程师”执照。

（一）于校园情境中共生问题

校园是学生最熟悉的日常环境之一，善于观察、勤于思考，就能在校园情境中提出真实问题。“学校厕所通风、采光不好；冲水装置经常会坏，水资源浪费；火鸡房太脏太臭……”学生在校园中发现并提出的真实问题是项目化学习的成果，也是开展“中级工程师”项目的最好资源。

（二）于多方碰撞中共商方案

确定项目主题后，学生需要将研究主题进行问题分解，并借助多方资源，提出解决方案。

首先是团队内的生生碰撞。学生在交流讨论中明确目标、任务并确定分工。其次是学校内的师生互动。学生聘请各学科教师为项目导师，为项目研究寻求保障。最后是校园外的专业引领。专业工程师对项目研究起着至关重要的作用，他们可以对项目的方案进行指导，在细节处提出关键性建议，为项目后续的顺利实施保驾护航。

（三）于实践探索中共建场域

为突破传统学习场域的局限，让学生在真实的场景中主动学习，学校以培养学生的创新实践素养为主线，基于“中级工程师”项目学习前期确定的驱动性问题，请学生一起参与校园场域改造，发展学生的实践技能。

创造能力和审美能力都是素养提升的重要方面，学生把自己的想法付诸实践，从图纸设计到模型制作，在共建校园场域的过程中，学生的思维得到提升，生态素养逐步形成。

（四）于成果运用中共享资源

学生通过共寻真实问题，共商解决方案，践行共建过程，切实地解决了校园中存在的问题。这些改建后的场域又成了他们在课堂以外发现问题、解决问题、共享资源的创新学习中心。

如学生结合科学课中的“生态瓶”，在改建后的洗手间打造水中生态系统，借助水循环系统，开展多种课堂中无法进行的水净化实验。而“能量转换场”则将抽象的电路循环和能量转换变成具象的体验游戏，共享的实验结果和实验数据又成为不同年级相关课程的补充材料。

三、高级工程师：在真实世界中自主解决问题，打造创意生活

让学生能在真实世界中解决问题，自己动手创造美好生活，是培养其实践创新素养的最终目的。生活中的真实问题，往往体现在学生关注自我、关爱他人、关切自然的过程中。创意生活探究是学生运用小课题研究的方式进行的开放性探究型学习，学生可以通过成果的展示和运用来获取“高级工程师”执照。

（一）关注自我，在创意中实现自我价值

自主发现问题常常是从关注自我开始的。引导学生在了解身体的结构、观察身体变化、关注身体信号的过程中发现问题是“高级工程师”的起步课程。

在关注自我的研究过程中，学生发现了很多来自身体的信息。他们可以通过思维导图推演这些信息背后隐藏的问题，并展开解决这些问题的创意研究。如学生通过观察小便的颜色检测自己每天的摄入水量是否充足。发现不足后，学生制作了具有定时功能的“提醒水杯”；发现自己由于近距离用眼时间过久导致视力下降后，学生制作了“正姿书架”；发现洗手后可能因手上有水分残留而导致细菌滋生，学生便通过水份传感器制作了“净手检测器”……

“高级工程师”通过关注自我，用智慧和创意改善学习、生活中的不良习惯，有效促进了健康的生活。

（二）关爱他人，在探索中寻求利他功能

基于小课题的研究有效激发了学生的想象力和创造力，学校鼓励学生依据个人的兴趣点，提升帮助他人，为他人服务的意识，在探索中寻求利他功能。以“猫猫引导器”的诞生为例，具体如下。

（1）问题产生：早晨在教室里经常出现野猫，同学们看到猫以后会大呼小叫，导致大家都无法静心学习。

（2）原因分析：学生组队分析猫喜欢到教室里来的原因：取暖、躲避、好奇等。

（3）提出设想：学生以光传感器和声音模块为主要元件，制作“猫猫驱赶器”。只要有物体靠近传感器，“驱赶器”就会发出刺耳的声音，从而将靠近传感器的野猫“吓走”。

（4）实验迭代：通过几个月的学习、制作和试用，学生不断对“产品”进行迭代，使其功能更完善、效果更佳。

（5）后续研究：野猫不再进入教室，同学们的实际问题得以解决。而野猫的“住宿”问题又成了“工程师”们新的关注点。

该阶段，学生通过小课题研究的方式，综合运用自身所学的知识和技能，在为他人解决真实问题的过程中，提升了自身的实践创新素养。

（三）关心自然，在“智造”中维系自然平衡

无论是关注自我的创意制作还是关爱他人的利他行为，最终都要指向与自然的和谐共生。以“一条有温度的路”的创生历程为例，具体如下。

问题：2021年的寒冬，校园路面结冰造成学生频繁摔跤。502班的林同学一直在想，怎么做可以让路面不结冰？

设想：首选方案应该是利用自然资源。如果可以利用风能发电，再通过电加热收集的雨水，就能形成一条“露天地暖”，既能解决问题，又不会增加能耗，是个好办法。

测算：冬天，学校周边的风速经常保持在每秒12～20米，可以将风能转换成可用的电能。

学生经历设计、试验、改进、实施的过程。通过长时间的摸索，反复迭代，学生最终用智慧和汗水完成了“一条有温度的路”这一创意实践。这不但改善了自己的校园生活，也达到了与自然共生的目标。他们发现问题、解决问题的能力也在这一过程中不断提高。

“校园工程师”课程有机地融合了国家课程内容，充分利用校园真实情境，让学生在实践中用智慧和汗水创造美好的生活。该课程打破了传统课堂的壁垒，有效提升了学生的实践创新素养，是有借鉴意义的校本课程新样态。