STEM理念下基于大单元教学的小学科学实践研究

张艺士

STEM理念已经在基础教育中广泛应用，小学科学课程的总目标旨在培养学生的核心素养，为学生的终身发展奠定基础。但是在小学科学技术与工程领域，课堂碎片化的教学很难让学生形成系统的知识框架。那么，在STEM理念下基于大单元开展科学教学，是否可以有效促进学生核心素养的形成呢？基于此，以教科版小学科学六年级上册第二单元“形状与结构”为例展开设计与实践，探讨STEM理念下小学科学基于大单元教学的成效。

一、STEM理念下小学科学基于大单元教学的分析

（一）传统教学存在的问题

“形状与结构”是教科版小学科学六年级上册第二单元的内容，主要分为两部分。第一部分（第1～7课）：探究形状与结构所蕴含的科学道理。其中，第1～6课分别研究条形、拱形、框架等结构，第7课是认识桥梁的结构。第二部分（第8课）：设计科学合理的形状与结构，呈现了由浅入深地进行探究的过程，最后进行综合应用。但实际上很多学校一周只有一两次科学课，学生学习到的是碎片化的知识，到第8课输出时——“用纸造一座桥”，便很难把碎片化的知识联系起来，导致出现了纸桥制作的完成率低、制作效果不佳等问题。这样的教学不但不利于学生科学核心素养的培养，而且也导致学生学习科学的兴趣有所降低。

（二）STEM理念下对该单元进行大单元教学的分析

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的统称，强调多学科的整合。[1]小学科学教育中的技术与工程领域的本质，在于将技术与科学、工程和数学等知识进行有效融合，这在某种程度上是STEM教育理念的具体体现。[2]《义务教育科学课程标准（2022年版）》也强调知识点的讲解要从理解到应用，要求教师改变以往的教学方式，即摒弃以单个知识点讲解为主的碎片化教学方式，从知识的整体出发，重视知识点之间的联结及其应用。[3]

崔允漷在《学科核心素养呼唤大单元教学设计》一文中指出，大单元教学是一种围绕大观念或大问题进行的单元教学。国内外学者和一线教师对于大单元教学的内涵、意义以及实践的研究表明，大单元教学的单元整合形式使知识内容更加系统、课堂内容不再重复，教学环节也更加紧凑，有一定的实践价值。由此，基于STEM理念将大单元教学引入小学科学教学，对于培养学生的核心素养有着重要的价值和意义。

在STEM理念下，本单元以任务或项目为导向，让学生经历主动发现、探究、学习和应用的过程，在STEM理念及大单元教学的思考下，决定调整教材的架构和顺序，把整个单元的学习调整为“我是湾区桥梁小专家——桥的探究”项目式学习。

二、STEM理念下基于大单元教学的小学科学教学实践

小学科学教材的内容主要有四个领域，即物质科学领域、生命科学领域、地球与宇宙科学领域以及技术与工程领域。[4]技术与工程实践活动可以使学生体会到“做”的成功和乐趣，并养成通过“动手做”解决问题的习惯。

调整后，整个项目式学习涉及的学科知识有科学、美术、语文、综合实践。其中以科学为主，项目以“我是湾区桥梁小专家，我为湾区设计建造一座桥”（见表1）为驱动型任务，第一课，首先引导学生观察和认识广州的黄埔大桥、珠江大桥、海珠桥、广州大桥、猎德大桥、江湾大桥、洛溪大桥……然后抛出任务（如果你是湾区桥梁小专家，你会如何设计和建造一座桥来解决交通难题），以激发学生了解桥、学习桥、设计建造桥的热情和兴趣。再布置任务——调查和分组讲解一座桥，可以是广州的桥，也可以是家乡的桥等。第二课，学生分组讲解，认识身边的桥，进一步点燃学生学习的热情。接下来先让学生考虑如果设计和制造一座桥需要考虑什么问题，然后再去讲解有关桥梁的形状与结构的知识。这样，结合“形状与结构”单元的知识，由一个任务衍生出多个问题，比如，什么是桥？为什么人类要建造桥梁？桥梁的功能是什么？桥的分类有哪些？你见过的桥是什么类型的？等等。学生通过对这些问题的探究，加深了对桥的认识和理解，能够感受到技术与工程对我们生活的影响。

在开展STEM理念大单元学习中，学生参与了设计的四类实践：审美性实践、社会性实践、探究性实践和技术性实践。学生以考察者的身份去调查了解广东各式各样的桥，了解桥的历史和背后的故事，体验城市的发展变化；以摄影师的身份去记录桥，向同学、老师展现不同桥梁的建筑美；以建筑学家的角色去研究桥梁的结构，收集数据，做实验，探究桥的建造里包含的科学原理；以设计师和工程师的身份去设计建造桥，从美学、生态学、科学、建筑学等不同学科的角度综合考虑。看似分散的小活动实际构建了大活动，借助参观、调研、考察、动手、实验等形式，注重学生的问题解决过程，逐步形成学科内综合以及跨学科多主题（体验类、知识类、探究类、动手类等）的活动内容。

通过前期的学习，学生在设计建造桥的时候会考虑多种因素，如采用什么样的材料，是否只有报纸才可以。在今天，很多家庭都不怎么买报纸了，能否用3D打印的材料，是做拱形桥还是拉索桥，支撑桥面的结构是用圆柱形的空心纸筒组合还是用三角形的组合，是否用横梁加固桥面，桥柱做成什么样的形状抗弯曲能力比较强，都是他们再次考虑和讨论的问题。这时，教师需要根据实际情况对材料和设计建造桥的要求进行调整。在调整时，教师可以引导学生进一步讨论，让学生参与到评价标准的制定中。在计算材料和评估制作的费用、评估桥的抗弯曲能力时，需要数学知识。为了让桥的设计更美观，甚至可以让学生去咨询和参考美术老师的意见，或尝试用电脑软件画图。这在某种程度上也体现了完成一个技术和工程任务，确实是多学科融合，也需要多个学科的知识。

在STEM的理念下开展大单元学习，学生以任务驱动进行自主探究和小组合作学习，以小组为单位进行调查、设计、分工合作。在進行建造、交流和分享的过程中，教师要尊重学生的主体作用，充分发挥自身的主导作用，及时给予学生指导和帮助。但评价是为了支持与促进学习，所以在STEM理念下开展大单元学习的评价也需要采用多种形式，包括过程性评价和总结性评价。过程性评价是让学生对学习中的参与度、积极性、合作性等几个方面进行自评和互评，突出评价促进学生发展的作用，使评价更加全面和科学。过程性评价量表的评价维度主要包括学生能力、合作、学习态度三个方面。详见表2。图1、图2是学生讨论、设计桥的过程图和最后的成品图展示。

三、结语

通过STEM理念下的大单元教学实践，把单一的一课一课学习的知识转化成一个项目式的学习，既给学生创设了情境，又有主题，打破了课本上用报纸去做一做“桥”的局限。另外，在材料的选择上比较多元，可以用纸板、木条、废旧物品等，又有一定的开放性，评价标准既可以考虑承重性，又可以考虑创意和美观。在教师的引导下，每位学生有事可做，有的进行设计，有的进行制作，有的进行美化，有的进行拉票，有的准备材料，为小组合作贡献自己的力量。对比传统教学，STEM理念下的“形状与结构”的大单元教学实践，学生参与度高，合作能力强，最终85.6%以上的学生高质量地完成了做桥的任务。

综上所述，STEM理念下开展的大单元教学实践相较之前进行的传统教学对于学生构建系统化的知识有着积极的意义；教学以项目化任务为驱动，关联多学科知识的学习和运用，不断地引导和驱动学生达成概念知识的学习和进阶。而学习过程中的调查、运用和设计制作也进一步强化了学生的知识体系，培养了学生的社会参与度，强化了学生对技术和生活关联的感受，最终既促进学生科学概念的掌握和理解，又培养学生综合运用、动手操作的实践能力，在实践中发展学生的工程性科学思维。

参考文献：

［1］余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式［J］.开放教育研究，2015，21（4）：13-22.

［2］董艳，徐淑华，杨洋.SSI教育与STEM教育的融合路径研究［J］.中国电化教育，2022（10）：64-71.

［3］崔允漷.学科核心素养呼唤大单元教学设计［J］.上海教育科研，2019（4）.

［4］李玉峰，卢巍.大概念统领的小学科学课例开发［J］.现代教育，2022（1）：61-64.

（作者单位：广州市天河区华景小学）

编辑：温雪莲