姚毅锋　许立希

关键词 STEM教育理念;小学科学;单元整合;“声音”单元

中图分类号 G623.6

文献标识码 A

文章编号 2095-5995（2021）12-0060-03

在《义务教育小学科学课程标准》发布后，STEM教育理念在基础教育领域中被广泛接受，科学教育也越来越受到重视，但工程教育与技术教育的普及和发展仍相对滞后。如何在小学科学课堂中有效发展STEM教育，全面提高学生的综合素养，是身为科学教育工作者需要思索和通过实践探索的问题。基于此，笔者对小学科学进行基于学科的STEM教育整合实践探索。本文将以教科版小学《科学》四年级上册“声音”单元整合教学案例——《合奏（小星星变奏曲）——设计制作小乐器》为例，说明小学科学单元整合教学案例开发设计的过程与实施路径。

一、单元整合案例开发与设计流程

单元整合是指围绕一个核心驱动问题，将某一单元的教学内容进行重新设计和整合，以完成一个项目的形式，将散落在不同课时的具体知识与技能以最优的方式综合，使学生在解决真实问题时进行深度学习，构建相应的知识技能，在经历工程设计的过程中建立工程思维。单元整合教学案例开发与设计流程主要分为五步。

（一）选择合适的单元

单元整合教学是以项目式学习的模式进行，引导学生从解决一个真实的、劣构性问题（富含多种解决方案、多种解决途径的问题）出发，自主学习相关的知识与技能，经历工程设计的过程，最终得到一个开放性的结果。这是一种有效体现工程思维的教学形式，因此我们所选择的教学单元应具备技术工程的可开发性、可实践性。

（二）梳理课程目标

1.以科学学科目标为核心，多学科目标并行

本课程是以小学科学学科为核心的学科单元整合课程，因此课程目标设计应主要参照《义务教育小学科学课程标准》（2017年版）对该单元的要求制定。同时，STEM教育的课程理念的突出特点是跨学科学习与实践。因此除了科学学科外，小学科学单元整合课程设计还需关注本课程涉及的其他学科的课程目标，使学生通过课程学习后，能将不同学科的知识联系起来，形成一个立体的、多学科的知识结构网。

2.聚焦培养学生关键能力

《关于深化教育体制机制改革的意见》明确指出，学校应在“在培养学生基础知识和基本技能的过程中，强化学生关键能力培养”。关键能力包括认知能力、合作能力、创新能力和职业能力四个方面，而项目式学习是培养学生关键能力的重要途径之一。因此在设置课程目标时，也应将关键能力的培养列入单元整合课程目标之中。

（三）提出核心驱动问题

单元整合学习是围绕解决一个真实而非假设的问题开展的一系列学习活动。单元内容作为解决核心驱动问题的“资源库”，是为解决该问题而服务的。在选择核心驱动问题时，首先要考虑问题的理论性和实践性，评估该问题是否能使学生主动且有效地建构本单元的知识与技能，否则实践（解决问题）将会与理论（学习单元知识与技能）相分离，使教学效果大打折扣。另外，要把握好核心驱动问题的指向性和劣构性。核心驱动问题的表述要清晰地指向最终产品（作品）及附加要求，让学生有方向地进行思考和设计。因此在围绕核心驱动问题的前提下，教师应更多地设置劣构性问题，允许学生用不同的方法解决同一个问题，激发学生更高的创造热情，激活其创新思维。

（四）分解形成若干子问题

核心驱动问题一般较为复杂、概括性强，且解决方式具有一定的开放性，因此学生甚至成人面对这些问题时常常会感到迷茫而无从下手。而学会分解问题是计算思维的体现，也是一种高效解决问题的方法。因此教师可在课堂上以“头脑风暴”的形式引导学生运用这样的计算思维，抓住问题本质，对之进行拆分，将复杂的问题分解成一个个能被解决的子（小）问题，然后列出子问题清单，并说明解决问题的步骤。之后，教师就可以根据预设的子问题清单设计相对应的学习活动，使学生有依据、有顺序地进行学习。

（五）采用多元评价方式

1.评价主体多元化

基于STEM教育理念的单元整合课程开发涉及多学科教师的共同合作。同时教学活动又是师生、生生的双边活动，因此在评价过程中，不仅要协同各学科教师进行评价，还要充分考虑学生在课程實施主体性，注重学生自评与互评。

2.评价方式多样化

单元整合课程涉及的知识技能综合且复杂，学生学习的过程性强，形式也较为多样，这要求教师设置的课程评价方式不能单一。因此教师应将多种评价方式相结合。例如教师可以将评价置于真实情境中，引入评价量表、成长档案袋等评价方式关注学生学习过程的评价。

二、单元整合教学过程设计实例与实施路径

美国教育家杜威认为，儿童在现实情境中生活，他们认识世界的活动是连续的、综合的，而已归了类的学科将学生认识世界的过程割裂开来，因此他主张课程应与儿童的生活经验相结合，摒弃固定的、现成的观点，让学生在“做中学”。单元整合的课程希望学生能够在真实情境中学习如何解决问题，主动习得与该单元相关的知识与技能，同时发展关键能力，使学生体验如工程师那样完成一个项目的过程。通过团队的探索与实践，我们以工程设计的一般过程为主线，将单元整合融入一般的教学过程，提出了单元整合教学的设计与实施路径（如图1）。

（一）导入环节

单元整合教学的导入环节主要由概要讲授相应知识、布置任务、公布过程性评价和终结性评价量表组成。以“声音”单元为例，本环节教学过程具体如下：

发布驱动任务：制作能演奏儿歌《小星星》的小乐器，并出示评价量表，让学生根据量表监控自己和小组的学习活动，引导小组成员之间的合作与评价。

对总任务进行分解是学生形成分解与抽象思维的关键步骤。本环节中教师引导学生通过头脑风暴的方式将“设计制作小乐器”这个大而复杂的“工程系统”分解成若干个待解决的任务，列出乐器制作所需的条件，思考需要解决哪些问题，进而将每个任务分解为几个小但可以解决的子任务，然后列出问题清单，并确定解决问题的步骤。如要使乐器具备发出不同音调的声音的条件，就要解决声音的高低（即音调）与什么有关、如何改变声音的高低的问题，从而帮助学生有方向、有针对性地解决问题。此阶段学生有很大的自主性，教师也应及时、全面地了解各小组的学习情况，从而对各组进行有针对性的辅导。

（二）设计方案与工程制作环节

设计方案与工程制作环节主要由收集资料与聚焦问题、完成设计方案、动手创作、实验修正四个部分组成。成功的工程常常需要在设计与制作之间多次循环迭代，因此四个部分并不是单向的、顺序性的，而是相互支撑、促进的闭环，直到得到最优产品。本环节教学过程具体如下：

在学生有了一定的声学、乐理等知识储备后，从本环节开始，学生将着手设计与制作小乐器。教师应向学生介绍设计的一般过程，并指导学生撰写设计方案，鼓励学生大胆想象，对设计进行创新。设计方案一般由设计思路、总体构想、核心技术分析、可行性分析、确定方案等步骤组成，在教师介绍后，应引导学生参照这些步骤有条理地进行方案设计。教师应注意提醒学生充分考虑现实问题，如作品的结构性、材料的选择、成本的限制、工程计划等因素。当学生能考虑方方面面的要求时，其系统性思维方式就逐渐培养起来了。

迭代、优化是工程实践的要求，是工程实施过程必不可少的环节。学生在完成作品的初步设计和制作之后，教师要引导学生对自制乐器进行实验修正，对其所设计的乐器的音高、音量等进行调试和优化。

（三）测试反思环节

本环节由成果展示和反思与建议组成。在科学单元整合课程中，教师应着重培养学生的沟通交流这一关键能力。因此在这两个环节中，教师要着重培养学生的表达与交流能力，同时也要引导学生学会倾听他人建议、对他人的作品进行客观的评价。本环节教学流程如下：

全班共同制定评分标准，针对乐器的声音、

结构等设置科学的测试方案和评分标准。

各组介绍自制乐器并用其演奏《小星星》，各科教师及其他小组对各组的演奏与作品进行评分，最后全班一起合奏《小星星》。随后，各组整理课程学习过程资料，形成单元思维导图，并依次汇报，展示各组成员的收获与反思。同时，教师也需要对照本节课的知识目标，提前准备一份知识技能架构图，以备补充学生遗漏的知识点。

三、成效与反思

单元整合课程能有效地培养学生的关键能力，发展学生的核心素養。因此在教学过程中，教师要在各项活动中有意识地培养学生的“隐性目标”（学生在学习过程中的情感体验、学习的态度及发展性学习、创造性学习能力的培养等）。如在小组合作中，教师要关注学生间的合作氛围和合作效率，关注各小组的任务分配是否做到分工明确、责任到人;在汇报展示时，教师要关注学生是否能逻辑清晰地表达，是否能大方地回应观众。

与常规的探究式教学模式相比，基于学科的单元整合课程有以下优势：从学生角度看，通过单元整合教学，学生接受知识的广度和容量远远大于常规教学模式，其应用能力和解决问题的能力更强，并能享受解决问题后带来的成就感和满足感;从教师的角度看，在这个过程中不同学科的教师相互交流、研讨，拓宽了知识面，同时在更为复杂的教学场景中，各学科教师也提升了自己的教学组织管理能力和应变能力;从学校的角度来看，单元整合课程模式可以充分地利用学校的硬件设施资源，如创客空间、木工坊等，实现资源利用最大化。

责任编辑：刘源