吳麗華 王蕊 彭海棠

摘 要：新課程改革以來，科學(xué)課程對(duì)培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要作用。為了深入理解STEAM科學(xué)項(xiàng)目中的目標(biāo)層級(jí)結(jié)構(gòu)，本文運(yùn)用解釋結(jié)構(gòu)模型法（ISM分析法）對(duì)小學(xué)三年級(jí)科學(xué)教材中STEAM科學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行分析，得出跨學(xué)科教學(xué)目標(biāo)的可視化層級(jí)關(guān)系，幫助教師厘清項(xiàng)目中各學(xué)科目標(biāo)的層次和教學(xué)內(nèi)容次序，為教師合理構(gòu)建教學(xué)層次提供參考。

關(guān)鍵詞：STEAM科學(xué)項(xiàng)目;教學(xué)目標(biāo)可視化;內(nèi)容設(shè)計(jì);ISM分析法

中圖分類號(hào)：G42? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-624X（2021）10-0063-02

引 言

2017年，教育部重新修訂的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，小學(xué)科學(xué)課程應(yīng)重視對(duì)學(xué)科綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，并鼓勵(lì)教師在教學(xué)實(shí)踐中嘗試運(yùn)用STEAM教育理念。

一、小學(xué)科學(xué)課程中STEAM科學(xué)項(xiàng)目內(nèi)容分析中存在的問題

在STEAM科學(xué)項(xiàng)目中，教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)跨學(xué)科融合的概念。但在科學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，很少有教師能夠獨(dú)立進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，大多數(shù)教師直接借用他人的教案或?qū)λ说慕贪高M(jìn)行加工處理，缺乏深入的思考和分析[1]。

針對(duì)STEAM科學(xué)項(xiàng)目，教師在分析教材、設(shè)計(jì)教案的過程中，往往無法憑借以往的直觀經(jīng)驗(yàn)判斷各學(xué)科知識(shí)在項(xiàng)目中的層級(jí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而無法確定教學(xué)層級(jí)。教師在不清楚各目標(biāo)層級(jí)結(jié)構(gòu)的情況下，直接沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方案，不僅無法達(dá)到STEAM項(xiàng)目應(yīng)有的教學(xué)效果，還容易出現(xiàn)學(xué)科間知識(shí)不融合的情況。

教師應(yīng)重視科學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目，學(xué)會(huì)把一體化的STEAM科學(xué)項(xiàng)目目標(biāo)分解到對(duì)應(yīng)學(xué)科中，分析項(xiàng)目中各知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系，對(duì)各學(xué)科內(nèi)容和目標(biāo)的教學(xué)層次進(jìn)行科學(xué)劃分。

二、ISM分析法及思路

解釋結(jié)構(gòu)模型（Interpretive Structural Model），簡(jiǎn)稱ISM分析法，作為一種系統(tǒng)建模的分析工具，可以將教材的系統(tǒng)知識(shí)結(jié)構(gòu)還原并清晰地呈現(xiàn)出來，幫助教師從整體上聚焦知識(shí)點(diǎn)、發(fā)揮教材的整體性功能。ISM分析法已被證實(shí)有助于教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

利用ISM分析法進(jìn)行教材分析的最大優(yōu)勢(shì)是把教材中知識(shí)要素之間支離破碎、雜亂無章的關(guān)系梳理成客觀、清晰的多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)模型，使教材分析由主觀研究直接轉(zhuǎn)化為量化研究，提高了項(xiàng)目分析的科學(xué)性，尤其適用于STEAM項(xiàng)目中多學(xué)科融合的內(nèi)容分析。

本文以2017年人民教育出版社和湖北教育出版社出版的小學(xué)科學(xué)三年級(jí)教科書為例，針對(duì)其中第六單元的“動(dòng)力小車”進(jìn)行ISM分析。

三、應(yīng)用ISM分析法進(jìn)行科學(xué)項(xiàng)目分析的操作過程

第一步，找出影響系統(tǒng)問題的主要元素，抽取教學(xué)子目標(biāo);第二步，考慮因果等關(guān)系的傳遞性，建立反映諸要素間關(guān)系的鄰接矩陣;第三步，尋找元素之間的其他通路，即通過鄰接矩陣求可達(dá)矩陣;第四步，對(duì)可達(dá)矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到層級(jí)關(guān)系，并畫出層級(jí)結(jié)構(gòu)圖。運(yùn)用ISM分析法進(jìn)行教材分析的基本流程為抽取教學(xué)—建立反映諸要素—通過鄰接矩—畫出層級(jí)，找出影響系統(tǒng)問題的主要元素，抽取教學(xué)子目標(biāo)（見表1）。

本章節(jié)目標(biāo)元素根據(jù)教材原文結(jié)尾處對(duì)單元的回顧整理得出。教材中將本次“動(dòng)力小車”項(xiàng)目分為四個(gè)模塊，加入最新的藝術(shù)概念，正好對(duì)應(yīng)STEAM教育中的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)五門學(xué)科。由此可見，教材采用STEAM理念進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并對(duì)每個(gè)目標(biāo)進(jìn)行了學(xué)科劃分，使教學(xué)目標(biāo)相對(duì)清晰，所以在選取教學(xué)目標(biāo)元素時(shí)沿用了這種區(qū)分方式和目標(biāo)設(shè)置。考慮因果等關(guān)系的傳遞性，建立反映諸要素間關(guān)系的鄰接矩陣（見表2）。

抽取要素后，教師應(yīng)綜合考慮教材具體內(nèi)容、學(xué)生特點(diǎn)及要素所屬的上下位和邏輯關(guān)系，確定要素間的形成關(guān)系，同樣要先對(duì)形成關(guān)系進(jìn)行界定。比如，教材解釋說明了給小車安裝動(dòng)力裝置（E1）需要考慮動(dòng)力因素（S1、S2、S3）、小車的形狀和結(jié)構(gòu)（T1、T2），那么，小車的設(shè)計(jì)（E1）這一要素就與動(dòng)力因素（S1、S2、S3）、小車的形狀和結(jié)構(gòu)（T1、T2）存在直接形成關(guān)系。尋找元素之間的其他通路，即通過鄰接矩陣求可達(dá)矩陣（見表3）。

可達(dá)矩陣的求解有很多不同的計(jì)算方法。本文在由鄰接矩陣A到可達(dá)矩陣M的計(jì)算中，引入除對(duì)角線外其他元素均為0的單位矩陣I，當(dāng)滿足（A+I）≠（A+I）2≠…≠ （A+I）k-1=（A+I）k時(shí)，可達(dá)矩陣M=（A+I）k。具體計(jì)算中可以使用Warshell算法來求解。本文計(jì)算過程直接套用matlab求可達(dá)矩陣的代碼實(shí)現(xiàn)（見圖1）。

教師對(duì)可達(dá)矩陣進(jìn)行層級(jí)劃分，得到層級(jí)關(guān)系，并畫出層級(jí)結(jié)構(gòu)圖。所謂層級(jí)劃分，就是將系統(tǒng)中的所有元素，以可達(dá)矩陣為準(zhǔn)則，劃分成不同層級(jí)。由要素的可達(dá)集和先行集的定義可得到一個(gè)事實(shí)：在教學(xué)目標(biāo)結(jié)構(gòu)中，其最上級(jí)要素S1的可行集R（S1），只能由S1本身和S1的強(qiáng)連接要素組成。

通過多次原因優(yōu)先——結(jié)果優(yōu)先的輪換法對(duì)可達(dá)矩陣進(jìn)行層級(jí)抽取，得出各層級(jí)和對(duì)應(yīng)層級(jí)要素，過程和結(jié)果如表4和圖2所示。得出“動(dòng)力小車”項(xiàng)目一節(jié)的教學(xué)結(jié)構(gòu)層次與教材順序結(jié)構(gòu)層次（見圖3）。

從以上的解釋結(jié)構(gòu)分析結(jié)果中，我們可以知道在“動(dòng)力小車”這一單元中，教師應(yīng)按照層次結(jié)構(gòu)圖由下而上地設(shè)定教學(xué)目標(biāo)，并根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、學(xué)生的初始能力、課時(shí)分配等情況，層次之間由低到高，同一層次的不同要素之間由易到難，適用范圍由大到小，按基礎(chǔ)程度由低到高的原則，靈活、合理地設(shè)計(jì)和安排教學(xué)順序。

四、用ISM法分析層級(jí)結(jié)構(gòu)的結(jié)果

由此可知，教師在STEAM項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)中，不可單純根據(jù)學(xué)科的區(qū)分進(jìn)行分類教學(xué)和講授?？鐚W(xué)科教學(xué)不是將學(xué)科內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)單純地融合，而是體現(xiàn)在學(xué)習(xí)任務(wù)和項(xiàng)目中各學(xué)科知識(shí)的深度融合。根據(jù)ISM分析法得到的層次與教材基本一致，但各學(xué)科內(nèi)容的分布更清晰，證明ISM分析法可運(yùn)用在STEAM項(xiàng)目的教學(xué)分析中。教師可以將該方法用于STEAM科學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目中，并根據(jù)層級(jí)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容次序，為小學(xué)科學(xué)教材的可視化和量化分析提供科學(xué)、合理的依據(jù)。

結(jié) 語

綜上所述，教師運(yùn)用ISM分析法分析科學(xué)教材中STEAM科學(xué)項(xiàng)目，能得出跨學(xué)科教學(xué)目標(biāo)的可視化層級(jí)關(guān)系，從而厘清各學(xué)科目標(biāo)的層次和教學(xué)內(nèi)容次序，設(shè)計(jì)更有效的教學(xué)方案，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高。

[參考文獻(xiàn)]

蔡曉程.基于STEAM教育理念下小學(xué)課程實(shí)踐[J].當(dāng)代家庭教育，2020（32）：3-4.

基金項(xiàng)目：本文系2018年國家自然科學(xué)基金一般項(xiàng)目“基于不確定認(rèn)知云模型的在線學(xué)習(xí)者隱性學(xué)習(xí)行為特征聚類方法研究”（項(xiàng)目編號(hào)：61867001）的階段性研究成果。海南省2018年自然科學(xué)基金一般項(xiàng)目“基于不確定認(rèn)知云模型的在線學(xué)習(xí)者隱性學(xué)習(xí)行為特征聚類方法研究”（項(xiàng)目編號(hào)：619MS053）的階段性研究成果。

作者簡(jiǎn)介：吳麗華（1963.6—），女，錫伯族，遼寧沈陽人，教授。

王蕊（1998.5—），女，四川資陽人，在讀研究生。

彭海棠（1967.7—），男，廣東汕尾人，中級(jí)教師。