曾曉麗

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出把培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)作為主要目標(biāo)，代替以學(xué)科知識、技能為目標(biāo)的傳統(tǒng)評價(jià)體系?？茖W(xué)思維既是核心素養(yǎng)的重要組成部分，也是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵組成。融合了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科的STEM教育倡導(dǎo)跨學(xué)科思維的培養(yǎng)，旨在運(yùn)用多學(xué)科知識和不同學(xué)習(xí)方式相融合的教學(xué)方式，使學(xué)生體會到學(xué)科之上的思維方式，包括因果思維、結(jié)構(gòu)性思考、系統(tǒng)化思維、模式化解決、規(guī)模比例與數(shù)量思維等。STEM課程的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將學(xué)科的核心理念與科學(xué)研究的內(nèi)容或工程技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為學(xué)生的能力與素養(yǎng)的評定，并將培養(yǎng)或提升學(xué)生科學(xué)思維能力放在核心地位。STEM理念下的小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是開展各類科學(xué)探究和工程實(shí)踐的過程，也是低年段學(xué)生科學(xué)思維的形成和發(fā)展的有利途徑。

低年段學(xué)生的思維能力的基礎(chǔ)特點(diǎn)是：主要以直觀形象思維能力為主，抽象概括能力較差;自控能力較差，注意力不穩(wěn)定，導(dǎo)致有效思維的時(shí)間短;模仿能力較強(qiáng)，但思維缺乏靈活變換，淺顯不深入。因此，在小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，需要從以具體形象思維為主要形式逐步過渡到以抽象邏輯思維為主要形式，而抽象邏輯思維的建立與小學(xué)生的感性經(jīng)驗(yàn)積累和動手操作實(shí)踐感受有密切聯(lián)系。另外，也需要注重學(xué)生日常經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的歸納和總結(jié)，開展科學(xué)探究過程的分析和推理，以及對科學(xué)事實(shí)和科學(xué)推理進(jìn)行質(zhì)疑和批判。

本文從小學(xué)科學(xué)STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中確定任務(wù)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品、制作產(chǎn)品、評估產(chǎn)品這四個(gè)環(huán)節(jié)對低年段學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)展開分析。

確定任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的開放思維

STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的核心是學(xué)生開展合作式探究活動，倡導(dǎo)開放性的學(xué)習(xí)模式，以真實(shí)問題和建造產(chǎn)品為任務(wù)驅(qū)動，將學(xué)生現(xiàn)有理論基礎(chǔ)與實(shí)際情景相結(jié)合。項(xiàng)目主題的導(dǎo)入和創(chuàng)設(shè)是學(xué)生知識構(gòu)建和項(xiàng)目學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。面對低年級的學(xué)生，STEM項(xiàng)目主題的設(shè)置應(yīng)該充分考慮他們的知識積累、技能水平和情感態(tài)度。項(xiàng)目研究的背景應(yīng)該貼近生活真實(shí)情境，創(chuàng)設(shè)的問題應(yīng)該具備一定的指引性和開放性。

例如在一年級開展“給動物設(shè)計(jì)棲息地模型”活動時(shí)，教師要求學(xué)生設(shè)計(jì)的棲息地可以滿足特定動物正常的生命活動需求，保證小動物能在模型中穩(wěn)定生活一周以上。一年級的學(xué)生剛開始接觸科學(xué)學(xué)習(xí)，缺乏學(xué)習(xí)科學(xué)的方法和習(xí)慣，科學(xué)模型的構(gòu)建對激發(fā)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自然觀察能力，幫助學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維有較大幫助。在項(xiàng)目之初，教師沒有給學(xué)生設(shè)定具體的動物范圍和模型選擇，給予學(xué)生較大的選擇空間。學(xué)生以小組為單位，可以圍繞自己喜愛的或接觸過的小動物展開討論，衡量各類動物棲息地模型搭建的難易程度，再有針對性地選擇研究主題。在確定項(xiàng)目的過程中，學(xué)生會經(jīng)歷一個(gè)頭腦風(fēng)暴的過程，充分調(diào)動他們的發(fā)散思維和開放性思維。

在開放式的學(xué)習(xí)氛圍中，學(xué)生更愿意接受與自己不同的觀點(diǎn)和想法，在交流中辯證思考自己的觀點(diǎn)。開放性的項(xiàng)目命題還有利于促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)散性和流暢性，在項(xiàng)目主題的頭腦風(fēng)暴中，學(xué)生嘗試在盡可能短的時(shí)間內(nèi)生成并表達(dá)出盡可能多的想法，呈現(xiàn)自己的思維成果，也可以較快地適應(yīng)、消化同伴提出的看法和建議。學(xué)生的發(fā)散思維沿著不同的方面和方向擴(kuò)散，表現(xiàn)出更豐富的多樣性和多面性。避免個(gè)體學(xué)習(xí)具有的保守性和被動性，項(xiàng)目式團(tuán)隊(duì)協(xié)作的模式可以突破傳統(tǒng)思維定式和狹隘眼界。

設(shè)計(jì)產(chǎn)品，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維

設(shè)計(jì)項(xiàng)目產(chǎn)品是整個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程的核心組成部分，也是對學(xué)生學(xué)習(xí)能力和思維能力提升的重要環(huán)節(jié)。完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要學(xué)生具備一定的系統(tǒng)思維和邏輯思維，主要從整體性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)意、綜合實(shí)用等方面來考量設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。STEM教育理念倡導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用設(shè)計(jì)思維開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，體現(xiàn)在產(chǎn)品上就是學(xué)生在分析工程任務(wù)、項(xiàng)目目標(biāo)和現(xiàn)實(shí)可行性的基礎(chǔ)上進(jìn)行的綜合設(shè)計(jì)，需要學(xué)生從多層次、多角度對設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合思考，激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)性思維和系統(tǒng)思維。這對剛接觸科學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)不久的低年段學(xué)生來說具有較大難度，需要教師給予充分的引導(dǎo)和支持。

在活動中，低年級的學(xué)生初步調(diào)查了解該種動物的生活習(xí)性和棲息特性，掌握科學(xué)觀察動物及其生活環(huán)境的方法，進(jìn)而確定本組的目標(biāo)動物，再完成為動物設(shè)計(jì)棲息地的任務(wù)。在設(shè)計(jì)之初，教師先為學(xué)生提供鳥巢模型作為參考，向?qū)W生介紹動物棲息地的基本組成部分，包括適宜的生存空間、安全的周圍環(huán)境、合適的食物和活動空間等基本要素，模擬鳥類在鳥巢中的生活狀態(tài)，并預(yù)設(shè)棲息地中可能存在的缺陷問題，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行更加全面和系統(tǒng)的思考。

在設(shè)計(jì)棲息地模型的過程中，一方面學(xué)生要把握好該動物生命活動所需基本生存空間這一原則性需求。學(xué)習(xí)小組要建立起動物的生存與棲息地間的密切聯(lián)系，滿足包括取食、活動空間、棲息范圍和繁殖需求等一系列內(nèi)容，從而在整體上把握棲息地的設(shè)計(jì);另一方面，學(xué)生也需要靈活應(yīng)對環(huán)境變化對動物及其棲息地所產(chǎn)生的影響這一動態(tài)變化。學(xué)習(xí)小組要意識到客觀環(huán)境是動態(tài)變化的，環(huán)境的光照、土壤、溫度、濕度、敵害等客觀條件是相互聯(lián)系、發(fā)展變化的有機(jī)整體，可能會對該動物生命活動產(chǎn)生一定的影響。學(xué)生將原則性與靈活性有機(jī)結(jié)合的思維過程便是對其系統(tǒng)思維的有效訓(xùn)練。

學(xué)生在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中不斷訓(xùn)練其系統(tǒng)思維，抓住產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體方向和關(guān)鍵因素，有計(jì)劃地采取靈活有效的方法應(yīng)對變動情況。學(xué)生在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過程中，可以把產(chǎn)品中相互聯(lián)系的各個(gè)方面及其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行系統(tǒng)認(rèn)識，形成一種整體的思維觀念。還要關(guān)注到各方面的密切聯(lián)系，再從整體到局部深入分析，緊密把握各個(gè)局部細(xì)節(jié)的變化。

制作產(chǎn)品，訓(xùn)練學(xué)生的工程思維

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中總是以實(shí)際需求和建造產(chǎn)品為驅(qū)動，而實(shí)施過程是最直接體現(xiàn)任務(wù)中解決問題的過程。STEM理念鼓勵學(xué)生在工程實(shí)踐中創(chuàng)新性地解決問題，學(xué)生在實(shí)施具體的制造產(chǎn)品的活動中，可以培植學(xué)生的實(shí)踐思維和構(gòu)建性思維，能夠達(dá)成培養(yǎng)工程思維的目標(biāo)。對低年段學(xué)生而言，工程和技術(shù)的實(shí)施是STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中最薄弱的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)教學(xué)常以傳授和演示為主，而STEM教育更強(qiáng)調(diào)動手操作能力和創(chuàng)造能力。

在這項(xiàng)活動中，各小組需要結(jié)合本組所繪制的棲息地設(shè)計(jì)圖，從教師提供的實(shí)驗(yàn)材料中選取合適的材料，分階段、分步驟地完成棲息地模型的搭建，使該作品能夠發(fā)揮預(yù)先設(shè)定的某種動物的居住功能。制作過程需要解決多方面問題，包括小組成員分工、完成時(shí)間進(jìn)度、制作先后步驟、所需材料特性和需要運(yùn)用的技能等。在動手操作的過程中，學(xué)生經(jīng)歷了觀察、分析、比較、概括、歸納、創(chuàng)新等一系列思維活動。

產(chǎn)品制作這一環(huán)節(jié)是STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)區(qū)別于一般科學(xué)活動教學(xué)的重要特征。項(xiàng)目實(shí)施遵循工程制作的一般流程，學(xué)生從項(xiàng)目開展初期學(xué)習(xí)了解的動物生命活動和習(xí)性等基礎(chǔ)知識，運(yùn)用理論知識實(shí)施棲息地制作前的設(shè)計(jì)。同時(shí)嘗試了數(shù)學(xué)測量與簡單計(jì)算等操作，對所選取的搭建材料進(jìn)行裁剪和加工，為動物規(guī)劃合理的休息區(qū)域和活動空間。學(xué)生在模型搭建過程中可能會面臨一系列問題，當(dāng)準(zhǔn)備材料不足時(shí)，是尋找補(bǔ)充材料還是選擇其他相似材料替換;當(dāng)搭建的棲息地模型與設(shè)計(jì)圖出現(xiàn)較大差異時(shí)，能否反思分析是哪些步驟出現(xiàn)了偏差;當(dāng)小組分工不均衡導(dǎo)致配合效果較差時(shí)，組長與組員如何進(jìn)行協(xié)調(diào)和處理。研究過程出現(xiàn)的許多臨時(shí)性問題都能考驗(yàn)學(xué)生的思維靈敏度和邏輯縝密性。

工程制作的成果可以是設(shè)計(jì)的圖紙，可以是實(shí)際操作的過程收獲，也可以是制作完成的半成品或初步產(chǎn)品。本環(huán)節(jié)可以有效補(bǔ)充學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)動手能力的訓(xùn)練，使學(xué)生建立起項(xiàng)目工程實(shí)施的初步認(rèn)識，最重要的是學(xué)生在團(tuán)隊(duì)制作活動中動手操作能力和工程思維能力得到了提升。

評估產(chǎn)品，發(fā)展學(xué)生的批判思維

STEM課程所制作項(xiàng)目產(chǎn)品的檢查評估環(huán)節(jié)也是開展科學(xué)學(xué)習(xí)成果的評價(jià)和學(xué)習(xí)過程的總結(jié)反思。STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)主導(dǎo)從課程標(biāo)準(zhǔn)的符合程度，產(chǎn)品制作的成果，學(xué)生在工程設(shè)計(jì)過程中思維能力的提升，團(tuán)隊(duì)協(xié)作效果和情感體驗(yàn)等方面開展評估。學(xué)生展示、評價(jià)、檢測、改進(jìn)的環(huán)節(jié)也是STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵步驟，學(xué)生展示出產(chǎn)品亮點(diǎn)的同時(shí)，也在自評與他評中反思產(chǎn)品的不足，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

模型的制作完成之后，各組學(xué)生輪流展示，并進(jìn)行組內(nèi)點(diǎn)評。各小組通過對比其他項(xiàng)目組的作品，從設(shè)計(jì)特點(diǎn)、材料選取、團(tuán)隊(duì)合作、模型科學(xué)性、展示環(huán)節(jié)等方面作出評價(jià)，幫助各小組客觀全面地分析模型的優(yōu)缺點(diǎn)，從而進(jìn)一步改進(jìn)和完善棲息地模型。在課后條件允許的情況下，各小組可以對棲息地模型進(jìn)行測試，將小動物放置在其中生活一周時(shí)間，維持動物與棲息地處于相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，觀察和測試動物的生理活動情況是否正常，做好日常觀察記錄，再將真實(shí)的檢測結(jié)果與預(yù)設(shè)效果相比對，實(shí)現(xiàn)綜合性評價(jià)。

項(xiàng)目小組在展示和評估棲息地模型的搭建成果時(shí)，學(xué)生廣泛地開展自評和他評，在評價(jià)中激發(fā)學(xué)生的變通思維，借助橫向類比、知識轉(zhuǎn)化、觸類旁通等方法突破常規(guī)思維的界限。使學(xué)生能以更新穎的方法和視角思考問題，提出更有效的解決方案，對作品進(jìn)行改進(jìn)和完善，達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新思維的目標(biāo)，從而產(chǎn)生有實(shí)際意義的思維成果。在實(shí)際檢測中觀察模型的真實(shí)效果，在修正和完善模型的過程中增強(qiáng)項(xiàng)目產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)一步加深學(xué)生思維的寬度。

教師的評價(jià)作用是不可替代的，教師參與了學(xué)生由選題、設(shè)計(jì)、制作與檢測的完整過程，從指導(dǎo)者和觀察者的角度，全面地分析項(xiàng)目開展的成效和存在的問題。低年段的學(xué)生容易堅(jiān)持己見，不愿接納他人的意見，教師需要引導(dǎo)他們在面對不同的意見時(shí)采取寬容的態(tài)度，不能全盤接受或否定，應(yīng)批判性地分析他人的意見，審慎地做出判斷，或暫不下判斷，或修改已有判斷，以真誠客觀的態(tài)度去接受多種解決問題的方法，進(jìn)而提升學(xué)生認(rèn)知的成熟度，增強(qiáng)他們的批判性思維。

總? 結(jié)

小學(xué)科學(xué)的STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)是基于真實(shí)問題解決的探究學(xué)習(xí)、基于工程設(shè)計(jì)的實(shí)踐學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)發(fā)展學(xué)生的設(shè)計(jì)能力與問題解決能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展。學(xué)生有大量的機(jī)會通過摸索、探究、決策來驗(yàn)證他們認(rèn)為有創(chuàng)造性、能解決問題的方案，他們在解決問題的過程中通過犯錯(cuò)、分析失誤、改進(jìn)，使能力得到提升。讓學(xué)生掌握知識與技能，進(jìn)行靈活遷移應(yīng)用、解決實(shí)際問題，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

基于STEM理念開展的項(xiàng)目學(xué)習(xí)是一個(gè)學(xué)生親身體驗(yàn)知識內(nèi)容獲取、技能掌握、技巧鍛煉的過程。從探究內(nèi)容的選擇、項(xiàng)目產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制作、產(chǎn)品檢測評價(jià)等環(huán)節(jié)中，教師可從激發(fā)動機(jī)、引發(fā)認(rèn)知沖突、改進(jìn)技術(shù)、拓展延伸等方面調(diào)動學(xué)生的知識和技能儲備，使學(xué)生的思維碰撞出火花，形成創(chuàng)意并付諸實(shí)踐。低年段學(xué)生認(rèn)識事物的過程是由低級到高級，由簡單到復(fù)雜，由量變到質(zhì)變的過程。所以，教師要根據(jù)學(xué)生掌握知識的規(guī)律對學(xué)生進(jìn)行由淺入深的滲透和對學(xué)生邏輯思維進(jìn)行由淺入深的訓(xùn)練。學(xué)生在低年級的科學(xué)學(xué)習(xí)中形成的探索、思考和創(chuàng)造能力將會對未來的成長打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，良好的科學(xué)思維能力和科學(xué)素養(yǎng)基礎(chǔ)也將促使其更好地開展各類型學(xué)習(xí)活動和社會實(shí)踐活動。