基于STEEN理念构建学习支架

◇黄俊彬（广东：广州市花都区新雅街广塘小学）

STEEN，即科学、技术、工程、环境、自然，是广州市教育研究院小学科学学科提出的本土化科学教育理念。STEEN教育理念的基本含义为：自然是科学学习的素材，通过科学探究寻求对自然世界的理解；运用科学发现的知识和原理形成的技术，通过工程设计的方法满足探究活动的需求；同时，在此过程中渗透环境观，提高环境意识和环保态度。

基于建构主义学习理论下的“学习支架”是在教师的“教”与学生的“学”之间的桥梁和纽带，有效实现了“教”与“学”的互动。学习支架是教师设计的、能够帮助学生有意义地解决问题或有效完成任务的各类支持，是建立在一定的学习情境、学生全程参与基础上的，确定相应需求后才为其提供学习支架，只有这样，学习支架的作用才能得到更好的发挥。

学生是成长中的探究者，以探究的方式学科学，是科学课程倡导的核心理念。我们在教学中应当给予学生更多的空间，以有利于他们主动探究。但在科学探究活动中，学生经常会遇到各种困难，如：教材设计的实验存在不足，未能达到预期的效果；传统测量仪器容易产生误差，难以获取准确的数据；探究活动受天气等因素影响，无法顺利开展……这些现象反映了一个两难的问题：教师期望学生能够主动参与探究，运用科学知识解决问题，但现实状况是部分学生受知识和能力所限，无法达到预期的目标，需要教师的悉心指导和支持。

为此，我们以STEEN本土化教育理念为指导，以构建科学学习支架为目的，围绕科学、技术、工程、自然和环境等学习领域，通过搭建多元化的科学学习支架，辅助和支持学生亲历科学探究的过程，关注身边的自然和环境，运用科学知识去解决身边的科学问题。笔者以教科版小学科学五年级上册《怎样得到更多的光和热》一课为例，浅析基于STEEN理念下搭建科学学习支架的策略。

一、创设情境型支架，激发学生的探究欲望

情境型支架是在探究问题提出之时，为学生创设源于真实生活、具有现实意义的学习情境，如自然科学现象、趣味科学游戏、科学家故事等等，可以帮助学生更好地结合真实情境理解探究性问题，通过新旧知识的联系促进学习迁移和提升解决问题的能力。

STEEN理念注重引导学生以自然环境作为科学学习的素材，通过科学探究，寻求对自然世界的理解。在《怎样得到更多的光和热》一课中，我设计了一个学生熟悉的生活问题引入新课：“夏天穿什么颜色的衣服比较凉快？冬天穿什么颜色的衣服比较暖和呢？为什么？”有的学生说，夏天穿白色或浅色衣服比较凉快，因为在太阳照射下，身体最热的地方是黑色的头发，颜色越深的物体就会越热。而冬天正好相反，穿深色的衣服在阳光下吸热能力比较强，保暖效果更好。也有学生认为，夏天最好不要穿黑色或深色的衣服，可能因为颜色比较深，吸收阳光的能力比较强，穿在身上比较热，建议同学们穿白色、灰色等浅色的衣服。通过创设冬夏季节穿什么衣服合适的生活情境型支架，引导学生联系已有的生活经验，从科学的角度分析季节与穿衣颜色关系，初步认识光和热的内在关系，为后续学习光和热的知识奠定了良好的基础。

二、设计任务型支架，激活学生的创新思维

任务型支架是教师引导学生对探究活动进行分解，以形成可以实践的阶段性任务的一种有效支持方式。帮助学生厘清思路，明确解决问题所需完成的任务以及先后顺序；引导学生思考要解决问题、完成任务需要哪些知识、开展哪些合作、进行哪些设计。

在“探究物体颜色与吸热的关系”这一环节，教材设计的实验是阳光照射不同颜色的纸袋，导致温度计温度升高，进而观察十分钟之内的温度变化情况。在实践中，我们发现光源来自太阳，这就导致实验受天气因素影响很大；而且需要在户外开展，实验耗时长，不利于课堂的组织。

STEEN理念强调科学教学与学生的生活实际相联系，将科学、自然、环境教育与工程和技术教育相融合。基于教材实验的不足，我鼓励学生带着问题对实验器材进行改进与创新，运用工程和技术方面的知识，巧妙规避自然环境的不利因素，设计制作了一个“光和热实验箱”。这个实验箱体先后经过三次改进，从纸箱到木箱，再到透明亚克力板箱，实验效果不断得到优化。具体创新之处如下：用灯泡来代替太阳，可以不受天气影响随时随地做实验；用不同颜色的吸管来代替不同颜色的纸袋，有利于控制变量；用电子温度计来代替液体温度计，读数更加直观准确。为了解决教材实验的不足，学生主动提出设计制作实验箱的任务，在任务型支架的驱动下，学生的创新思维和动手实践能力得到了很大的提升。

三、提供资源型支架，提升学生的思辨能力

资源型支架是指为学生提供科学探究所需的各种相关资源，以及获取资源的途径、方法和工具等，以便当学生面对海量学习资源时能够有效获取所需资源，进一步提升学生合作完成相关的任务，以及分析、解决问题的能力。

STEEN理念鼓励学生运用科学发现的知识和原理形成的技术，通过工程设计的方法满足探究活动的需求。为了让学生学会选择合适的材料进行实验，我在课前搭建资源型学习支架，为各个小组准备了不同颜色的纸袋、吸管、木棒等。在实验材料选择时，学生产生了分歧，到底用纸袋还是用吸管做实验比较好呢？有的学生认为，纸袋与感温探头的接触面比较小，只能测出纸袋其中一小部分的温度，不能反映出整个纸袋的温度；而吸管刚好可以套住感温探头，可以准确地测量出吸管的整体温度，所以用吸管做实验比较好。这个意见得到了大家的认可，实验时只要将不同颜色的吸管套入感温探头中，可以在同一光照条件和实验时间下，观察不同颜色吸管的温度变化。资源型支架为学生提供了多种可选择的实验材料，经过对比分析后，最终选择出最合适的材料进行，这个选择的过程是学生思辨的过程。

四、构建策略型支架，培养学生的科学素养

策略的提出需根据探究活动的要求及学生的认知习惯，选择最有效的方式或途径，如设计方案、实验操作、合作交流等多种策略型支架，帮助学生顺利完成探究活动，以达到最优的学习成效。

在“探究光照角度与吸热的关系”这一环节，光照角度对学生来说难以把握，很难准确做到物体与阳光垂直、倾斜和平行的状态，这样就无法获取真实的实验数据。正当学生束手无策的时候，我不失时机地搭建了一个策略型支架，建议学生将教材中的黑色纸袋更换为带手摇杆的太阳能板，实验时通过手摇太阳能板的倾斜角度，可以轻松实现与灯泡光线的垂直、倾斜、平行。与此同时，太阳能板吸收的热量转化成电能，可以驱动旁边的小风扇转动，太阳能板倾斜的角度越大，吸收光照的面积就越大，产生的电能也越大，驱动小风扇转得越快，反之越慢。在策略型支架的启发下，学生在实验操作中直观地观察到光照角度与吸热的变化规律。当学生在探究活动中遇到“瓶颈”问题时，教师应该从“组织者”转变为“合作者”，从学生的角度出发，帮助他们分析问题，让他们逐步学会转变思维方式，用策略型支架去解决问题。

五、构建交互型支架，加强师生的交流互动

交互型支架是为教师和学生、学生与学生之间提供的互动支持，促进相互之间的资源分享、思想碰撞和成果共享。常用的交互学习工具有钉钉、微信、E-m ail、腾讯会议等。

“探究物体颜色与吸热的关系”实验存在两个变量：纸袋的颜色和表面的光滑程度，不利于利用控制变量法进行对比实验。经过学生的讨论交流，一致认为可以将这个实验一分为二：在课堂上，探究颜色这一变量与物体吸热的关系，在课后自主设计实验，完成物体受热面积、表面光滑程度与吸热的关系这一变量的探究活动，这与STEEN理念倡导的“走出实验室学科学”高度契合。

在课后的“探究受热面积大小与物体吸热的关系”时，学生将实验视频通过“钉钉”传送给我，同时提出疑问：液体温度计很难获取准确读数。我在查看视频后发现，原因在于学生的视线没有与温度计的液柱保持水平状态，或高或低都可能造成读数不同。此外，液体温度计灵敏度较低，不能动态显示温度变化。因此，我推荐学生使用温度传感器，感应灵敏，在高温下能保持优良的稳定性，可测量范围广，温度变化显示精确到小数点后1位，方便搜集数据整理成折线统计图。

在“探究物体表面光滑程度与物体吸热的关系”时，学生正在室外通过腾讯会议软件直播实验过程，突然遇到下雨，正当大家手足无措时，我建议学生将实验场地由室外移到室内，使用“光和热实验箱”进行实验，将不可控的天气因素变得可控，实验时只需将实验箱中不同颜色的吸管更换成不同光滑程度的纸袋即可。同时，我鼓励学生将这个创新过程撰写成科学小论文，通过E-m ail向报纸杂志投稿发表。

交互型支架改变了传统教师“一言堂”的教学模式，给予学生充分的展示和交流的机会，通过教学软件的介入，学生可以轻松提交科学实验视频，还可通过直播软件真实展示实验过程，教师可以随时随地点评学生的科学作业，并向全班学生线上展示优秀作业，大大增强了科学课堂的互动性。

六、运用评价型支架，助力科学课教学

评价型支架应用在工程和技术设计方面是指为创新设计实验教具提供评价工具，以检验实验教具的应用成效、改进方法。这与STEEN理念相辅相成，有助于加深学生对自然世界的认识和理解，并在此过程中逐渐形成与科学、技术、工程和社会发展相关的科学观、价值观、生命观和自然观。

从教学实践来看，改进后的装置具有以下亮点：实验探究自主化，学生在小组合作中，人人参与探究科学规律；实验器材常见化，利用生活中常见的材料制成教具成本低、现象明显；测量结果数字化，用温度传感器来代替液体温度计，读数更加直观准确；课堂内外一体化，将课内掌握的实验方法拓展到课外的探究活动中去，增强教学的实效性；教具功能多样化，我们不断地改进实验教具，为学生进行探究活动提供更多的可能；材料整合轻便化，我们的实验装置可以轻松整合到一个箱子里，方便携带。

此外，该实验装置通过二次组合，可以成为探究金属的导热性、光的传播路线、电磁铁磁力大小、声音的传播方式的多功能实验箱。例如：将不同颜色的吸管更换成铜、铁、铝等材料，可以比较这些材料的导热性；将温度传感器更换成光敏、磁敏、声音传感器，可以研究光的传播路线、电磁铁磁力大小的变化、声音的传播方式等；还可以组合多种传感器，探究各种能量之间的转化关系，为学生的探究活动提供更广阔的空间。

基于STEEN理念的科学学习支架构建过程，是把探究的任务逐渐由教师转移给学生，让他们通过学习支架一步一步地攀升，发现和解决学习中的问题，掌握所要学习的知识，提高问题解决的能力，逐步成长为一个独立自主的学习者。学习支架不是代替学生思考，而是提供材料支持、方法支撑、思路启发，整个“攀爬”过程仍然由学生自己去经历和体验，是促进学生科学概念发展、过程能力提升的助学活动和资源支持。