姚毅鋒 楊暖

【摘 要】“科工融合”的小學科學課堂可以讓學生經(jīng)歷完整的科學探究與工程設計過程，培養(yǎng)學生的科學思維與工程思維，而信息技術的應用又能為科學課堂注入新的活力。基于此，本文從信息技術應用視角提出了小學科學中的“科工融合”教學策略，包括技術型腳手架支持工程理解；建立“科工融合”的學習環(huán)境；借助計算機輔助形成伴隨式評價等。

【關鍵詞】信息技術；科工融合；教學策略

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）06-081-02

引? 言

《義務教育科學課程標準（2022年版）》中倡導以探究和實踐為主的多樣化學習方式，讓學生主動參與、動手動腦、積極體驗，經(jīng)歷科學探究以及技術與工程實踐的過程[1]。科學和工程的融合，為理科類教師進行跨學科教學提供了一個“超學科”研究范疇?！翱乒と诤稀奔饶転閷W生創(chuàng)設更加真實合理的問題情境，又能夠激發(fā)學生的科學學習興趣，加深學生對學習內容的理解。隨著信息技術的發(fā)展，也為課堂實施提供了多方位賦能。因此，本研究將從信息技術視角進一步探索如何在科學課堂中有效滲透“科工融合”。

“科工融合”的邏輯起點分析

基于學生的認識特點分析“科工融合”的邏輯起點。學生的科學認識過程有其獨特之處，葉寶生指出：學生學習科學時既有重演律特征，又有現(xiàn)象學特征[2]。重演律特征指個體科學學習過程重演人類科學認識過程，而現(xiàn)象學特征則指兒童科學認識會傾向于關注科學現(xiàn)象，但難以接受規(guī)律性的學習。因此，學生的科學實踐與科學認識相輔相成：在科學實踐之中接收不同的現(xiàn)象，理解科學知識的規(guī)律性；同時在不斷試錯中修正單一的認識，全面認識科學現(xiàn)象，形成良好的“認識—實踐”循環(huán)。

學生的工程學習聚焦于現(xiàn)實生活中會遇到的具有現(xiàn)實意義的、開放性的問題，為學生的科學學習提供了充分的實踐平臺?？茖W探究與工程設計二者互相融合能夠促進學生高階思維的發(fā)展。一方面，工程設計可以被看作是一種應用性的科學實踐，作為一種科學教學方法；另一方面，科學知識在工程設計的過程中又能作為子系統(tǒng)被調用。“科工融合”就是希望培養(yǎng)“像科學家一樣思考，像工程師一樣解決問題”的學生。

“科工融合”的科學教學能夠在貼近生活情境的工程問題中引導學生經(jīng)歷完整的科學探究與工程設計過程，學生在充分理解問題以及限制條件的基礎上對必要的科學概念與科學規(guī)律展開探究，掌握一定的基礎知識。并以基礎知識為依托，借助工程思維設計問題解決方案、進行測試與改進，使方案最優(yōu)化。

基于“科工融合”的科學教學策略

1.技術型腳手架支持工程理解

工程設計具有一定的挑戰(zhàn)性，需要教師提供腳手架為學生降低準入門檻。教育技術中的腳手架傾向于用來描述工具提供的支持，工具和資源不僅能夠使學習的知識、學生的思維甚至學習的過程可視化，并且能夠促進同伴互動。

“科工融合”所面臨的一大問題就是工程設計過程被“手工化”，被等同于動手拼搭等基本操作。因此，需基于思維可視化建立學生的工程意識。首先，需要讓學生理解“工程是什么”“怎么做工程”兩大問題。同時，工程設計過程具有復雜性和不確定性，它并不是一個線性的、一成不變的靜態(tài)框架，而是一個非線性的、循環(huán)的過程。學生需要在反復的設計、測試、再設計循環(huán)中反思自己的失敗原因，澄清并矯正原有的錯誤認知，形成自己的學習和實踐方式。借助思維可視化的技術型腳手架能夠更好地幫助學生完成工程設計過程，既能起到厘清思路、活化思維的顯性作用，也有探查思維缺陷、發(fā)展思維的隱性作用。

2.建立“科工融合”的學習環(huán)境

建立“科工融合”的學習環(huán)境有助于學生的連貫性理解以及自主學習能力的形成，主要呈現(xiàn)形式是基于網(wǎng)絡的整合性學習環(huán)境。不同的功能被嵌入到該學習環(huán)境中，包括但不限于交流討論、制作概念圖、檔案評價等功能。如科學探究環(huán)境WISE基于知識整合的理論原則將科學學習的關鍵步驟凝煉成科學探究程序和對應任務，同時利用模擬、可視化工具、建模工具突破抽象概念學習的阻力[3]。其中，在“科工融合”的科學課程中設置計算建模環(huán)境可以幫助學生更清晰地表征復雜現(xiàn)象和數(shù)學關系，幫助學生更好地進行作品迭代，培養(yǎng)學生的計算思維?？茖W可視化則是能夠通過直觀的表征助力學生的工程設計，幫助他們了解潛在的科學概念以及每項工程決策的后果。

然而，在“科工融合”的學習環(huán)境中，學生可能無法自主尋找腳手架支持自己學習的意識，因此，教師的適度引導也是必不可少的。教師引導需要具有適時性、適度性與引導性。適度性指的是教師需要充分診斷學生的學情，確定學生現(xiàn)有水平與教學目標之間的差距，以此為依據(jù)提供強度適宜的腳手架。適時性指的是把握不同腳手架的呈現(xiàn)時機，也就是不同的教學環(huán)節(jié)需要針對學生的需求提供不同的腳手架。引導性指的是教師需要引導學生有意識地借助腳手架達成自己的目的，而非放任不管。

3.借助信息技術平臺輔助形成伴隨式評價

在科學課中融入工程教育核心目標是培養(yǎng)學生的工程思維與科學思維，使其在遇到真實問題時能夠自主地運用這兩種思維進行思考。因此，若一味地給學生提供腳手架而不去考慮腳手架的撤除，則難以培養(yǎng)學生的獨立性。教師需要在監(jiān)測學生發(fā)展的基礎上逐漸將學習責任轉移給學生，使學生跨越不同階段的最近發(fā)展區(qū)，真正地提升自己的能力。

逐步讓渡責任模式認為，在教學過程中，教師可以隨著學生能力的發(fā)展轉變角色，從主要推動者轉變成為參與較少的指導者與幫助者，使學生在學習活動中承擔更多、更重要的責任。皮爾遜和加拉格爾提出，認知負荷應該緩慢而有目的地從教師開始轉移，以示范、共同負責、獨立實踐和應用作為路徑最終轉移至學生身上。在這個模型中，教師在一段時間內通過調整教學支架逐漸將執(zhí)行任務的責任轉移給學生，這段時間可能是一個小時、一個星期、一個月或更長，取決于所教授技能的復雜性。逐步釋放責任學習理論與傳統(tǒng)的顯性教學理論不同，它認為“學習是通過與他人的互動發(fā)生的”。這些交互是有意的，能夠推動具體學習的發(fā)生。目前，最為公認的逐步讓渡責任模式主要是遞進式三個階段，即從示范到指導下的實踐，再到獨立實踐[4]，為“科工融合”的小學科學教學提供了一定的思路。

而逐步讓渡責任的基礎是學生的個性化評價與監(jiān)測，研究發(fā)現(xiàn)運用信息技術輔助設計環(huán)境能夠較準確地評估學生的工程設計過程，勾勒學生的學習軌跡。因此，可以利用結構化工具對學生需要掌握的重要技能，尤其是高階學習能力進行評價。以此為學生提供伴隨式的個性化指導，挖掘和分析學生在學習過程中的系列影響因素，對學習支架的強度與提供力度進行調整，從而促進學生的有效學習。

注：本文系深圳市教育科研專家工作專項課題“素養(yǎng)導向的項目式學習案例開發(fā)與評價研究”（課題編號：kyzj4p020）成果之一

參考文獻

中華人民共和國教育部. 義務教育科學課程標準（2022年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

葉寶生. 小學生科學認識的現(xiàn)象論特征與教學策略[J].課程·教材·教法，2016，36（11）： 91-94.

裴新寧，孔令鑫，仝玉婷，等. 技術支持的探究性學習研究國際進展——歷史脈絡、熱點主題和新議程[J]. 遠程教育雜志，2021，39（3）： 20-31.

PEARSON P D， GALLAGHER M C. The instruction of reading Comprehension[J].Contemporary Educational Psychology，1983， 8（3）： 317-344.