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1、科学核心素养下真实情境项目教学初探许阳 杭州绿城育华小学 浙江 杭州 230012【摘要】本文主要讨论了科学核心素养的几个关键要素，呈现了三个指向科学素养提升的真实情境教学项目，总结分享了笔者多年的实践研究经验，为一线科学教师提供参考。【关键词】科学素养；真实情境；项目教学科学素养的含义不仅涉及我们所熟知的认知领域，而且包括情意领域。也就是说科学素养不仅包含了科学知识和科学方法的学习、理解和应用，还包含了人生观、价值观和现代道德伦理内容。标准中提出，科学核心素养表现在个体学习、理解、运用科学知识和技能等方面表现出的价值标准、思维方式和行为规范，且崇尚真知，理性思维和勇于探究。一、真实情境项目教
2、学的核心要素（一）指向核心概念核心概念是指一个学科领域中最重要的学科内容。如物质科学领域中的“物体具有一定的特征，材料具有一定的性能”，“力作用于物体，会改变物体的形状和运动状态”等。在科学教育的原则和大概念中，介绍了多位科学教育专家研讨总结的14个大概念，即核心概念。其中，对于物质科学领域的核心概念表述有“宇宙中所有的物质都是由很小的微粒构成的”。（二）亲历技术和工程实践 技术和工程实践领域作为一个新的教学“阵地”，提倡学生动手做，提高解决问题的能力。科学是技术发展的理论基础，技术是科学发展的手段。亲历技术和工程实践是培养科学核心素养的着力点。（三）渗透跨学科融合标准中倡导跨学科学习方式。如
3、STEM,就是以项目学习、问题解决为导向的课程组织形式，有助于学生创新能力的培养。（四）贯穿学习进阶 学生的身心在不断发展，对于一个概念的理解能力和层次也在不断进步。一个科学大概念于各学段有不同的目标要求。如物质科学领域中，有关“物体基本特征”的大概念就分成了三个层次的目标要求。这一点，在美国标准的主题设计中也得到充分体现。如，一年级主题为波：光和声音，核心概念为“声音会产生振动，振动会产生声音。物体由于反射了光被看见。一些物体可以自己发光”。四年级主题为波：波和信息，核心概念为“波可以在水面传播，直到岸边消失。波的传播携带信息”。二、教学项目的设计与实践研究（一）真实情境中的科学思维教学“暖
4、宝宝”是如何产热的？ 在进行科学思维教学项目设计时，要创设一个真实情境，提出真实问题，充分调动学生学习积极性。本项目适用对象是小学高段学生。1.项目呈现（1）提出问题 通过“暖宝宝”真实情景的介绍，导入学习，提出一些与“暖宝宝”相关的问题。师：冬日天气寒冷，老师用了“暖宝宝”。看了商品背面的说明书并查阅商品页相关说明开始使用起来。师：在使用过程中，老师有很多疑问。如：不打开密封包装，为什么不会产热？产热的物质是什么？它为什么是一次性发热贴？ （2）作出假设教师通过查阅资料的方式展示有关“暖宝宝”的知识，激发学生碰撞前概念。师：老师通过百度百科等网站查阅资料得到了一些答案。师：在查阅的资料中，老
5、师可以进行推测，产热与空气有关。（3）实验探究学生进行自主探究，找出证据。从学生的实验中可以归纳出几类不同的实验方案，教师指出实验存在的问题，帮助学生总结分析实验的不足，教会学生缕清思路，改进实验。（4）分析实验教师进行探究实验展示，为证明“氧气产生了作用”寻找证据。师：老师进行了实验，“暖宝宝”在杯子中与空气产生了作用，空气减少了，液面开始上升，一段时间后，液面停止了上升，保持在一定的高度。用尺子进行测量，玻璃杯高为172mm，水高为42mm，将杯子近似看成圆柱体，上升的水体积与杯子总体积比值为：42/172=24%，即产生作用的气体占空气的24%左右。师：大家可能会联想到，空气中各种气体所
6、占比例是怎样的？（5）得出结论通过查阅资料，空气中有21%左右的氧气含量，与实验所得数据最接近。间接证明了，与“暖宝宝”产生作用的是氧气。2.项目分析（1）探究问题的选择应该具有可通过不断的思考改进实验逼近真理的进阶性，也应该具有得出答案后恍然大悟，敲动心灵的感受。“暖宝宝”的产热与空气有关，与空气中的什么气体有关？可以再进行追问，与氧气产生了什么作用？氧气会让“暖宝宝”中的物质变化？这些追问是非常有意义的，一直探究下去，就会对这些科学概念有非常深的理解。（2）在真实情境中进行学习是快乐、积极和兴奋的。“暖宝宝”是身边常见的物品，也是比较有意思的东西。亲自动手做实验，还能不断收集到证据，无疑是
7、兴奋的。（二）实验过程中的科学大概念教学“过山车”实验探究的优化实践1.实验优化设计教科版三年级的设计过山车、测试过山车两节课先聚焦过山车图片，出示直线轨道和曲线轨道，再明确设计要求，进行制作，最后对过山车位置、运动形式和运动快慢等方面进行测试评价。课标中提出的3-4年级有关技术和工程实践的大概念是，工程是以科学和技术为基础的系统性工作。学习目标是，举例说出，一项工程运用到的技术和原理。教科版作业本“科学阅读”部分有材料可以作为实验优化的参考，即“过山车”运用到的技术和原理是重力和离心力的关系。笔者开发制作了供学生进行实验探究学习的教具模型。该模型由木板、铝型材和窗帘轨道制作而成。铝型材支撑直
8、线轨道，曲线轨道通过螺丝钉固定在木板上。红色钢球起点静止落下，在轨道上运动。2.探究活动呈现师：同学们，根据我们前面学习的知识，这个模型有几种类型的轨道？生：两种。直线轨道和曲线轨道。师：老师从起点将铁球静止放下，小球能顺利到达终点吗？生：有的时候可以。师：小组开始实验吧。学生在探究实验过程中，教师进行观察和指导。教师观察学生寻找起点的方法，学生是否静止释放小球，小球在轨道上不能脱轨。指导学生小组合作，多次进行实验。师：请同学们分享你们的发现。生：小球从高处落下才能顺利通过曲线轨道到达终点，如果低一些就不可以到达。师：发现得很对。为什么低一些就到达不了呢？生：小球从很低的地方落下，滚到曲线轨道
9、的时候又要爬坡了，滚得太慢就爬不到曲线最高点，也就过不来了。师：非常棒，你真是个爱动脑筋的学生。教师还可以继续追问：同学们能否找到能让小球顺利到达终点的最低起点？如果换一个小球给你，在同样的轨道上滚动，能让小球顺利到达终点的起点又在哪里呢？3.项目分析笔者设计的此过山车项目教学效果显著，亮点有：（1）指向核心概念。过山车模型指向工程设计领域，核心概念是“力及其之间的相互关系”和“能量转化”。此教具模型中，小球沿着斜面轨道下落滚动是在重力的作用下，能量的转化是否满足小球通过曲线轨道最高点。（2）真实情境的探究。本教具与现实生活中的过山车极为相似，学生在操作过程中能充分联系生活实际，深入探究。（三
10、）迭代设计中的科学方法教学“保温杯”制作的设计思维路径1.项目背景科学大概念中有，在宇宙中能量的总量总是不变的，但是，在某种事件发生的过程中，能量的储存形式可以从一种转化为另一种。本项目是利用所学知识，运用科学技术制作一个保温杯原型，学生亲历设计思维学习过程，进行用户需求调查、制作和反馈，以个人用户为中心，进行一个跨学科的渗透设计思维教学方法的工程和技术实践课学习。2.项目实施 设计思维迭代环节：同理心定义头脑风暴原型制作测试。（1）同理心挖掘用户的需求为用户制作一个保温杯，除了对保温杯保温性能的要求外，还会对其形状、颜色和大小等方面提出要求。可以先进行用户调查。（2）定义提出要解决的问题对用
11、户提出的需求信息进行分析，明确接下来要解决的问题。可以呈现在“鱼骨图”上。如：问题1：你喜欢的颜色是什么？回答：白色。问题2：你喜欢卡扣还是旋钮？回答：卡扣。问题3：你上班的时候一般背什么包？回答：布包。由此我们可以初步得出：我们要为一个喜欢白色的用户设计制作用卡扣打开的保温杯，能方便放到她上班用的布袋中。（3）头脑风暴集体智慧想出更多解决方案在这个环节，每个学生都是设计师，可以各自进行头脑风暴，充分发挥创意，将尽可能多的想法用简图绘出。然后小组内各个成员可以进行分享，合并大家头脑风暴产生的创意想法，最后完成一个最优方案。（4）原型制作动手动脑相结合学生选择材料和工具进行制作，了解不同材料的特
12、性，合理使用材料，实现功能。学生根据头脑风暴设计的三视图进行制作。教师给予支持和帮助。（5）测试为迭代提供依据原型是否满足用户的需求，解决用户的问题。就是要反复进行测试。保温杯的测试至少包括两个部分，即保温性能的测试和用户访谈测试。保温性能的测试是用电子温度计测试各小组保温杯的保温效果。用户访谈测试则可以利用“A wish and a star”表格进行记录。3.项目分析 学生在此项目中亲历设计思维方法学习，可以更好地制作出满足用户需求的保温杯；在学习过程中，探究了“热传递的机制”、“空气是一种热的不良导体”等科学核心概念；还经历了多学科的融合式学习，锻炼培养了创新思维和创造力。三、项目实践研
13、究的总结与反思（一）优选素材，激发成长“爆点” “暖宝宝”，“过山车”和“保温杯”，都是学生感兴趣的素材，真实情境都指向科学大概念，即“物质变化”，“能量守恒”和“能量传递”。都有学生可探究学习的“爆点”，即学生在经过实验探究突破难点时有成功喜悦之情。（二）项目可迭代，指向最优方案 在三个教学项目实践过程中，都可以多次进行实验和测试，最终达到最理想状态。科学性和可重复性，提升了教学项目的价值。（三）动手实践，动脑思考 学生在解决问题过程中释放了双手，尽情头脑风暴，并可以亲自尝试，在动手操作中总结经验，激发想象力和创造力，调动思考能力，手脑结合，问题快速得到解决。【参考文献】1中华人民共和国教育部.小学科学课程标准M.北京师范大学出版社,20172National Research Council. Framework for K-12 Science Education: Practices, crosscutting Concepts, and Core Ideas M.The National Academies Press, 20123（英）温哈伦著，韦钰译.科学教育的原则和大概念M.科学普及出版社，20114（美）国家研究理事会著，罗星凯等译.科学探究与国家科学教育标准教与学的指南M.北京：科学普及出版社，20044
