引领学生在概念学习中参与“工程实验”

2023-03-31屠雪婷浙江嘉善县第二实验小学

小学科学 2023年7期

◇屠雪婷（浙江：嘉善县第二实验小学）

技术工程与科学概念融合发展是将工程设计与物化的方法过程，融合在科学概念的探究学习中，具有“实验探究”和“工程设计与物化”两者的学习特征，因此我们称之为“工程实验”。“工程实验”是以学生为中心，对现实生活或学习过程中的真问题、真任务、真情境等进行真实参与和解决，以工程活动为主线，在完成工程活动的过程中，学习知识、发展能力的学习模式。本文以教科版小学科学二年级上册《不同的季节》学习为例，尝试引领学生在概念学习的过程中，参与“工程实验”的全过程，将课堂教学从知识中心向人的素养发展本位回归。

一、审视：当前学习的问题表现与发展困境

教科版二年级上册“我们的地球家园”单元《不同的季节》一课，通过展现不同颜色的梧桐叶，引发学生展开“不同的季节有什么特点”“季节变化又会对地球上的动物植物和人类产生什么样的影响”的学习。

教学前，通过对关键问题“描述季节的变化”的调查发现，学生能以“夏季炎热、冬季寒冷”等感性的经验和记忆加以描述，并会想到“春季桃花开”等有季节代表性的动植物；通过对关键问题“说说季节对动植物和人类的影响”的调查发现，学生能对“春天种子发芽，秋天大雁南飞，冬天穿厚衣”等基于经验的认识加以笼统分类和归纳。这在一定程度上表明：学生已经积累了有关“四季变化现象”丰富的感性经验，他们对于“季节变化对动植物和人们生活的影响”有一些较为粗浅的认识。

有效的学习应该基于学生已知，并提供适合的学习活动。通过观察发现，如果机械遵照《不同的季节》教材的编排开展教学，学生学习效果并不理想。

（一）以静态化的设计屏蔽动态的思维共振

采用图片或视频的单线式推进方式唤醒学生对四季的记忆，以交流、汇报作为学生学习四季概念的方式，更多的是站在单个季节的层面，静态梳理与添加学生的事实性知识，缺少四季现象、四季更替及引发因素三者间的纵向认知，导致学生形成的四季概念的模型是独立与静止的。

（二）以碎片化的活动代替完整的思维轨迹

通过零散、笼统的课堂活动，学生不能建立季节现象、变化以及内在原因的系统认识，且探究欲望也比较弱。因而，教师应该以真实的情境任务和具体的实物模型为载体，让学生经历科学问题表征的思维可视过程。

（三）以浅层化的表述遮蔽多维的学习结果

浅层对话，是指师生就教材内容或拓展资源展开简单的、浅层次的交流回答。《不同的季节》一课中，教师提出：“通过这几张图片，你发现了什么？你知道季节变化对生物有什么影响吗？”学生通过“看图说话”即可了解教材表达的含义，但难以体会并表达其中的意蕴，更多的是已有经验的复现。

二、破局：“工程实验”的设计诠释与内涵特征

科学是知识与实践融合统一的学科。“工程实验”将概念学习的科学探究与技术工程统一为一体，在核心概念的统整下，设计和实施工程活动，使学生在问题解决的过程中，建构学科知识体系，并且将知识、事物与个体自我进行有机整合。

（一）内线：“工程实验”背景下科学概念的发展

“工程实验”设计的内在依据是核心概念的发展过程。概念的发展被形象地比喻为“概念炼制”，其实质是学生经历一系列丰富的“工程实验”活动，在关联性问题串的驱动下、多样化学习支架的引导下以及综合性学习评价的推进下，解构其错误或不完整的先前概念，循序渐进地建构科学概念的过程。

（二）中介：“工程实验”背景下学习地图的设计

“工程实验”学习活动中整体性的问题设计是构建科学学科概念的载体，它是将核心概念转化为具体的“工程实验”中介，进而将以科学知识为主线的科学学习转变为真实驱动性问题的解决过程。整体问题的设计是围绕驱动性问题，再将其按照核心概念的发展路径转化为关联紧密的问题序列，让学生在经历问题解决过程中发展科学核心能力。

（三）外线：“工程实验”背景下学习过程的布局

引入“工程实验”理念，以“设计制作季节馆”为主体活动，将概念学习的科学探究与模型建模的技术工程融为一体，将驱动性的问题分解成相关的子问题，将学科概念细化、具体为一个个可操作的真实性学习活动，促进了技术与工程、学科核心概念和跨学科概念的融合发展。

《不同的季节》工程实验过程图

三、推进：“工程实验”的案例剖析与实践探索

运用“工程实验”的《不同的季节》学习，以帮助“浙里四季”栏目组设计与制作一个符合季节特色的“季节馆”为情境，展开“四季变化的典型现象与季节变化对动植物和人类生活的影响”的探究。

（一）关联性问题串：从认知激发到概念建构的媒介

1.任务统领：唤醒原认知，统整核心概念

学生对“不同的季节”的认识有着丰富的经验，只是他们的认识还存在一定的局限性。通过“浙里四季”栏目组发出的邀请函引发真实挑战任务——布置具有季节特点的季节馆。一是将学生的前概念正向迁移到本节课的学习中；二是梳理归纳学生对季节的感受，给四季定下主基调。学生在真实情境任务的驱动下，唤醒原有认知结构中的经验，开始投入工程实践。

2.子任务攻略：串起思维链，关联概念序列

为解决布置季节馆（体现季节特色）这一核心问题，需要将关键的问题分解成多个子问题，形成多个子任务，从而具体为一个个可操作的真实性学习活动，促进学生主动探究。因此根据学生的认知困惑，笔者将总任务分解成3个子任务。

子任务1：“季节小侦探”。学生通过“季节小侦探的活动”，先“辨一辨”照片拍摄的季节，再用“我判断这是……季节，因为……”的句式“说一说”，引导学生关注一年四季的典型现象，激发学生的探究兴趣。

子任务2：“季节布置师”。学生通过阅读《四季图册》，思考并感悟四季是怎样影响动植物和人类生活的；在理解和完善“四季对生物的影响”的概念后，选择合适的模型材料制作布置季节馆。“季节布置师”活动把概念的学习和动手实践结合起来，让学习的过程充满乐趣，体现了教学的素养导向。

子任务3：“季节代言人”。学生给季节代言人选择合适的衣着，参加季节馆活动并设计解说词，向参观者介绍季节馆的特色。学生在理解相关概念的同时，解释“季节馆模型”，加深了对季节变化的辨析与表达。

（二）多样性支架：从学习资源到助力概念内化的桥梁

教师需要搭建“成长的支架”，提供学习资源、学习策略等，指导与推进学生在“工程实验”完成过程中的深度学习，促进“工程实验”成果的生成。

1.沙盘演绎：捕捉动态生成，营造学习体验场域

“工程实验”的核心是产品制作，它以“实践”的方式整合了知识、技能、活动等，在设计和制作中形成知识的生成与应用。在《不同的季节》教学中，季节馆的布置就借助沙盘模型，通过模型及时捕捉课堂问题的动态生成，层层深入，让学生通过感官或实践去布置，获得高峰体验。

2.材料自助：另类思维体操，可视化学习结果

“工程实验”需要提供丰富的、有结构的材料。设置材料区——“四季超市”，使其成为“自助餐式”材料站，为不同的学生提供个性的材料，如形象生动的《四季图册》学习材料、形态各异的动植物模型。有声有色的氛围感材料，让学生在探究过程中更自主。

材料的选择体现了学生对季节的理解，并且通过小组介绍“我们组制作的是X 季节馆”“我们选用的材料有……”“我们选择的理由是……”，将学生已有的经验梳理归纳，形成一定的认识并且以可视化的结果呈现出来，便于学生修正和建构核心概念。

（三）综合性评价：从表达走向对话的概念解释

“工程实验”给予学生的不仅是知识和能力的增量，更是真实情境的参与，而“工程实验”评估与成果展示是其中一个重要组成部分。

1.解说代言：引领学习进阶，突显“工程实验”表现力

在“工程实验”中，教师遵循学生的认知规律，提供真实的学习情境展示机会，能提升学生“工程实验”成果的表现能力。季节馆布置完成后，组织学生开展图片、文字结合的解说词设计，并选择代言人介绍小组的成果，让学生的成果得到呈现。由于二年级学生在语言表达上尚处于发展阶段，教师可以提供解说范式给予点拨引领。

2.成果展示：激发思维碰撞，提升工程学习元认知

“工程实验”物化的成果要以公开的形式向同伴、教师等展示，并以评价的方式，判断学习成效。学生将自己的季节馆沙盘展示在平台上，小组中2名学生在作品展示区介绍自己的作品，另外2 名学生参观其他组的作品，并投票。游园评价的形式，让学生用学习到的概念对季节馆做出解释，以实现重组知识、应用迁移能力的创造性发展。