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整合取向:科学学习方式的转型之路

2022-04-27季荣臻

江苏教育研究 2022年8期
关键词:有机整合科学探究学习方式

摘要:时代的变革促进人类学习方式的转型,科学学习方式从倡导探究转向科学实践,再到基于“科学探究”与“工程实践”的跨学科整合和基于数字化技术增强的超现实整合。学生从自己的经验世界中发现真实的问题,并尝试解决这些问题,从而实现有意义的学习。

关键词:学习方式;科学探究;有机整合;科学素养

中图分类号:G623.9

文献标志码:A

文章编号:1673-9094(2022)02B-0071-04

*本文系江苏省中小学教学研究第十三期立项课题“指向‘意义理解’的小学科学教学设计研究”(2019JK13-L05)研究成果。

收稿日期:2021-11-03

作者简介:季荣臻,无锡市教育科学研究院,高级教师,无锡市学科带头人,主要研究方向为小学科学教育教学、综合实践活动课程研究。

人类自古至今都没有停止过对各种有效学习方式的探索和尝试,新的学习方式与以往的学习方式互为补充、发展完善。学习方式的变革与研究,一直是基础教育改革的关键突破口。然而“为了探究而探究”“为了实践而实践”的现象在科学课堂教学中经常出现,孤立地进行探究技能的训练、按部就班地完成工程实践的作品,使得科学探究僵化为程序、工程实践僵化为“动手做”,科学学习在某种程度上被刻意弱化、淡化。核心素养时代呼唤基于学习方式变革的科学教育。回顾最近几十年小学科学教育的发展,科学学习方式经历了从科学探究到科学实践、再到整合优化的迭代转型与升级。这种整合取向的转型,旨在破解以往科学教育中的被动接受、机械实验、封闭训练的学习方式,有利于学生形成应对现实世界的关键能力和必备品格;将科学课程的价值、目标、资源、评价等进行有效统整,从而更好地培养和提升学生的科学素养,是对时代变革的一种顺应,也是育人观、学生观、学习观转变的见证。

一、在探究过程中理解科学知识

随着课程资源、教学技术、学习场景等发生深刻的变化,单一的学习方式已经无法满足学生主动学习、有效学习和深入学习的需要[1]。就小学生的科学学习而言,近三十年国内曾出现过多种科学学习方式的更迭。兰本达教授倡导的“探究—研讨”教学法就反映了这样一种思想方法:通过对自然事物的观察、描述、互相交流感受和解释,在思想上形成解释认识对象的模型,然后在实践中加以检验,从而找出纷繁复杂的现象之间的关系和联系,形成对自然界的有序理解[2]。这种“探究”与“研讨”有机整合的学习方式,从根本上改变了教师讲授学生被动听的现象。

美国的“动手做”和法国的“做中学”项目,让儿童亲历探索大自然的过程,通过观察提问、提出假设、动手操作、记录信息、表达交流等学习活动,让学生在具体的操作性活动中体验科学探究的乐趣。“做中学”项目用“做”和“学”取代了“教”和“听”,这种多样而灵活的科学学习方式,直接影响了我国2000年启动的基础教育课程改革,科学探究被列为小学科学课程学习内容,并被确定为一种最主要的学习方式。2001年颁布的《基础教育课程改革纲要(试行)》积极倡导学生由被动、单一、接受的学习方式,逐步向自主、合作和探究的学习方式转变。小学科学课程的改革力度更大,2001年的《全日制义务教育科学(3~6年级)课程标准(实验稿)》提出了“学生是科学学习的主体”“科学学习要以探究为核心”“科学课程应具有开放性”等基本理念,明确了“探究既是科学学习的目标,又是科学学习的方式”[3]。经过近二十年的实践与探索,探究式学习已深入人心。如“建桥梁”一课,教师一般会先指导学生认识各种各样的桥梁,并发现它们的特点,然后让学生按不同的标准进行分类,在此基础上重点组织学生探究桥梁的承重力与哪些因素有关。类似这样的课堂学习,学生在探究中建构、理解科学概念,解释科学现象成了常态。

二、在实践体验中解决科学问题

2011年美国国家研究理事会研制并发布了《K-12科学教育框架:实践、跨学科概念和学科核心概念》(以下簡称《框架》),2013年以《框架》为基础的美国《新一代科学教育标准》(NGSS)正式颁布,其引人注目的新变化是用科学与工程实践、跨学科概念以及学科核心概念三个维度,表述课程目标和构建课程。这标志着科学教育关键词正在由“科学探究”悄悄地转为“科学实践”,这对我国的科学教育研究也产生了深远的影响。随后,起源于美国的STEM教育进一步影响了我国科学教育的改革。教育部发布的《义务教育小学科学课程标准》中新增加了“技术与工程”领域,并且在“实施建议”部分对STEM做了具体化阐述:STEM是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式,它将科学、技术、工程、数学有机地融为一体,有利于学生创新能力的培养。[4]63新课标的颁布进一步推动了我国小学科学教育中的STEM热潮,STEM在各类科学教育培训会、观摩课活动中频频亮相,探究式学习的“建桥梁”也变身为形态各异的STEM主题学习“桥世界”。

科学实践、工程设计、STEM学习、项目学习、创客学习、智慧学习......这些为学生科学学习方式的多样化选择提供了可能性。《义务教育小学科学课程标准》在“基本理念”中倡导探究式学习:小学科学课程倡导以探究式学习为主的多样化学习方式,促进学生主动探究[4]3,改变了以前“科学学习要以探究为核心”的定位,并在“教学活动建议”中提出:不要把探究式学习作为唯一的科学学习方式......戏剧表演、科学游戏、模型制作、现场考察、科学辩论会等,都是科学学习的有效方式[4]61,在“学科关联建议”中提出要“倡导跨学科学习方式”[4]63。

可提供多种选择的新的科学学习方式的出现,是科学教育深化发展的机遇。以STEM学习方式为例,倡导学科融合,基于项目的学习、基于工程设计的学习、基于问题的学习等是基本形式,其中,基于工程设计将STEM各学科融为一体的形式被普遍运用。STEM学习理念下的“建桥梁”,冰棒棍、意大利面等成了学习的新材料,甚至热熔胶枪也成为新工具。教师一般会要求学生搭建的桥梁不仅要考虑成本,而且桥梁的任意一点都要满足承重要求,学生就桥梁设计进行自主讨论,形成小组开展合作,在设计、计算、制作过程中不断调整方案。通过对工程师工作的模仿把力学、数学和工程、技术设计方面的学习联系起来,极大地调动了学生学习的积极性,指向了学生综合解决问题能力的培养。

三、在有机整合中发展科学素养

发展科学素养迫切要求学生转变学习方式。上文提到的STEM学习就是一种基于项目的跨学科整合的学习方式,但具体落实到科学课堂教学,其效果需要进一步验证。在实际的STEM学习中已面临诸多问题:不同的年龄段学生学什么,怎么教,怎么跨学科整合,长周期项目的学习时间怎么安排,尤其重要的是如何评价学生,等等。在实际的科学教学中还出现了STEM学习模式化、流程固化的问题。再加上我国科学教育本身存在的许多问题,如师资数量不足、师资水平有待提升,在新的课程标准要求下教材编写及可操作性问题,大班额学生不利于采取新型学习方式的问题,等等。我国现有专职科学教师自身水平也不一定能跟得上以STEM、创客为背景的科学教育改革。科学教育工作者唯有立足现状,从学生的实际需求出发,改造课堂,寻找新的可能性。科学教育工作者可从学习机制的三个方面入手,即:一是基于已有知识和经验对新知识进行建构和意义制定;二是学习具有情境性,受发生情境的调节;三是学习具有社会性,知识的意义建构和认知活动总是发生在一定的社会文化情境中[5]。只有根据学习的个体性、情境性和社会性,有机整合多样化的科学学习方式,才能使学生在理解科学概念、规律、原理的基础上逐步形成科学观念,发展科学思维等科学学科核心素养。

(一)基于“科学探究”与“工程实践”的跨学科整合

离开了探究,离开了实践,一个人不可能成为真正的人。知识只有通过发明和再发明,通过人类在世界上、人类与世界一道以及人类相互之间的永不满足的、耐心的、不断的、充满希望的探究才能出现[6]。必须根据我国科学教育现状,搭建探究与实践的“桥梁”,让学生通过探究行动不断提出猜想、假设并验证,通过技术与工程实践不断提升科学探究能力,做到两者有机整合。

“建桥梁”一课学习方式有另一种选择,教师引导学生在真实情景中认识并探究三种桥梁(平板桥、拱桥、斜拉桥)的承重力,使学生发现平板桥的缺点,然后让学生实践创新,增强平板桥的承受力,激发学生的创新思维,让学生在动手实践的过程中,既发展问题解决能力,又形成创新意识。这样的课例还可以在材料与工程相结合、形状结构与工程相结合、机械原理与工程相结合中继续开发。这种学习方式的选择,搭建了工程实践与科学探究之间的“桥梁”,促进两者互补与整合,既实现了“提出关于自然界的问题,并用以基于实证的解释的方式给出答案”的科学探究目标,又达成了“明确有关人类需求和愿望的问题,并以新产品和新工艺的形式给出解决方案”的工程实践目标[7]。

(二)基于数字化技术增强的超现实整合

近年来,人们越来越意识到技术可以成为转换、整合、优化科学学习方式的强大工具。数字化技术增强可以嵌入科学探究、方案设计、模型建构、互动交流、反馈评价等不同的学习方式中,这种整合促进学习方式从传统的“听讲—任务—练习”模式向“情景—探索—迁移”模式转变,侧重于学生对科学知识的深度理解和迁移转化。运用数字模型技术、交互式仿真技术、虚拟现实技术,学生在虚拟现实情景中发现问题、明确任务,尝试虚拟建模,从模型建构的“虚拟迭代”到“实践迭代”,实现动态化、高效化、跨越式学习。学生在解决仿真问题的不断实践尝试中,通过数字协作交互平台,随时与情景、同伴、教师积极互动。这样的互动具有多样化、即时化和易反馈的特点,学生在与学习内容的主动互动、他人的协作帮助中不断加深对相关科学概念(原理)的理解,并将这种理解迁移到解决问题的实践中,实现个体知识和群体知识的深层建构、深度学习。

“建桥梁”项目化学习,可以通过数字化技术的优化嵌入,整合多种学习方式。如学生可以使用将仿真情景、数字模型、虚拟测试、迭代设计融于一体的“做桥吧”(BridgeIt)软件,在数字化学习平台上进行交互式学习。BridgeIt是一个桥梁制作与载重测试的游戏软件,游戏环境有沙漠和森林,对玩家的桥梁工程设计能力提出了挑战。当桥建好后,电脑程序模拟旅客列车、重载货车及桥下航行的船只,检验桥梁设计水平与稳固程度——随着车辆的行驶,桥梁的不同组件开始变色,测试者可以看到张力与压力是怎样实时变化的:绿色表示没有受到大的应力(張力或压力),红色表示组件即将损毁。游戏的智能评分系统也将从玩家的桥梁设计水平和预算成本方面给玩家打分。学生在BridgeIt虚拟建桥活动中,通过数字化协作平台的互动交流,了解了常见桥梁的类型和特点,发现在目标情景中建造适合的桥梁需要考虑桥的功能、类型、材料、地形、河面宽度等诸多因素,进而不断完善自己的设计方案,然后制作实体模型,借助数字化传感器进行测试,再迭代改进......数字化技术很好地帮助学生输出观点、掌握系统化工程问题的解决流程、学会科学实验与测试的方法、进行科学论证与评估等。

科学学习方式的有机整合反映了科学教育向学生生活世界的回归,是对学生自身经验的重视和开发,让学生从自己的经验世界中发现真实的问题,并尝试解决这些问题,从而实现有意义的学习。只有这样才能真正落实《义务教育小学科学课程标准》提出的“小学科学课程要按照立德树人的要求培养小学生的科学素养,为他们的继续学习和终身发展打好基础”[4]1。

随着脑科学、神经科学、儿童学习心理学等研究的不断突破,学习方式的革新是必然的,有机整合的科学学习方式是当前社会发展过程中科学教育的必然趋势。整合取向的科学学习方式不是科学教育的终点,科学教育一直走在探索变革的道路上。

参考文献:

[1]季荣臻.整合是科学教育的“基因”[J].湖北教育(科学课),2018(5):1.

[2]兰本达,等.小学科学教育的“探究—研讨”教学法[M].陈德彰,张泰金,译.北京:人民教育出版社,2010:3.

[3]中华人民共和国教育部.全日制义务教育科学(3~6年级)课程标准(实验稿)[M].北京:北京师范大学出版社,2001:2.

[4]中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准[M].北京:北京师范大学出版社,2017.

[5]柴少明,赵建华.面向知识经济时代学习科学的关键问题研究及对教育改革的影响[J].远程教育杂志,2011(2):2.

[6]保罗·弗莱雷.被压迫者教育学[M].顾建新,赵友华,何曙荣,译.上海:华东师范大学出版社,2014:25.

[7]郑思晨.STEM+课程的系统解读——基于本土化实践的探索[M].上海:上海教育出版社,2018:114.

责任编辑:石萍

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