章欣

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》提出，科學(xué)課程學(xué)習(xí)中要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐和態(tài)度責(zé)任等方面的核心素養(yǎng)[1]，這4 大科學(xué)核心素養(yǎng)是科學(xué)課程育人價值的集中體現(xiàn)。

“防災(zāi)減災(zāi)”是永恒的話題，長期以來中小學(xué)生因生活經(jīng)驗有限等原因?qū)е路罏?zāi)減災(zāi)意識淡薄，在應(yīng)對城市里可能發(fā)生的自然災(zāi)害、人為災(zāi)害及其誘發(fā)的次生災(zāi)害時的思想準(zhǔn)備與行動技能尚有待提高。在2021 年教育部發(fā)布的《生命安全與健康教育進(jìn)中小學(xué)課程教材指南》中明確提出學(xué)校的災(zāi)難安全教育需“立足日常生活情境，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會科學(xué)應(yīng)對自然災(zāi)害、事故災(zāi)害和社會危機(jī)事件，增強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)意識，提升危險預(yù)判、緊急避險、求生逃生等自救和他救技能”。

本文聚焦培育學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的項目式學(xué)習(xí)設(shè)計與實踐策略，從鄭州大雨這一社會熱點新聞切入，聚焦于城市內(nèi)澇中的車輛被困問題，學(xué)生通過實地調(diào)查走訪、設(shè)計救援方案、優(yōu)化迭代、立體模型制作、展示交流、反思修正等一系列學(xué)習(xí)過程，其間不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，最終向全班同學(xué)、社會工作者及專家呈現(xiàn)各組的學(xué)習(xí)成果。項目成果是圍繞城市內(nèi)澇車輛被困這一問題讓學(xué)生設(shè)計解決方案并形成模型產(chǎn)品。項目圍繞4 大科學(xué)核心素養(yǎng)展開，以學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力為落腳點，在對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)時不僅注重小組如何對解決方案進(jìn)行設(shè)計，還應(yīng)注重如何應(yīng)用多樣化的工具將設(shè)計方案落地實現(xiàn)，以期為指向科學(xué)素養(yǎng)的項目式學(xué)習(xí)設(shè)計提供借鑒。

指向科學(xué)素養(yǎng)的真實性驅(qū)動問題

情境激疑，提出問題

好的驅(qū)動性問題應(yīng)當(dāng)來源于現(xiàn)實生活，并且具有一定的挑戰(zhàn)性、開放性[2]，2021 年暑期的“7·20”鄭州特大暴雨，進(jìn)一步引發(fā)了全社會對于未來韌性城市防災(zāi)減災(zāi)治理與建設(shè)的思考。中小學(xué)生也是未來城市治理與建設(shè)的重要參與主體，這既符合我國學(xué)生核心素養(yǎng)提出的責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)囊螅灿欣谂囵B(yǎng)未來社會高素質(zhì)公民。基于以上背景，項目可借助創(chuàng)境法與框架法創(chuàng)設(shè)真實而具有挑戰(zhàn)性的開放劣構(gòu)問題，以激發(fā)學(xué)生的思考與興趣[3]。

創(chuàng)境法——創(chuàng)設(shè)真實情境，貫穿項目過程 項目的真實情境來源于2021 年夏季鄭州特大暴雨所引發(fā)的城市內(nèi)澇，如果杭州也遭受了臺風(fēng)暴雨的侵襲，低洼路段突發(fā)的積水可能會淹沒困在水中的車輛，如何避免類似的災(zāi)害事件再次發(fā)生呢？為幫助學(xué)生更好地理解情境，可以向?qū)W生出示情境示意圖等輔助工具。

框架法——把握關(guān)鍵要素，推動學(xué)習(xí)進(jìn)展 通過借助“框架詞+ 主體+ 行動+ 目的”的表達(dá)框架提出如下的驅(qū)動問題：“因連日臺風(fēng)暴雨，我校附近的主干道積水較深，車輛直接經(jīng)過積水路段時很容易熄火擱淺，車內(nèi)人員可能會有生命危險。我們?nèi)绾螏椭@輛汽車避免被困，快速且順利地到達(dá)目的地？”

面對這樣一個極具挑戰(zhàn)性又具多元開放性的驅(qū)動問題，學(xué)生的思維很活躍也很發(fā)散，但是在實際操作時一些孩子的想法存在著想法過于超前，與當(dāng)下現(xiàn)實不符，以及成本高昂，不具可復(fù)制性等問題，如有的學(xué)生提出“用一塊巨大海綿把水吸走”“在積水上方搭一座浮橋”等。為此，項目對驅(qū)動性問題的成功標(biāo)準(zhǔn)和限制性條件又作了進(jìn)一步的界定[4]，從而基本規(guī)避了這些問題，幫助學(xué)生更好地聚焦救援行動本身（見圖1）。

回溯知識，拆解問題

確定知識點，錨定項目目標(biāo) 基于義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)中本項目所涉及的核心概念與知識，同時結(jié)合項目實施過程中的5 大任務(wù)，制訂逐層細(xì)化的項目學(xué)習(xí)目標(biāo)（見表1）。

拆解困難點，規(guī)劃任務(wù)鏈條 在確定驅(qū)動性問題后，下一步還需要對驅(qū)動問題進(jìn)行拆解。

這是因為驅(qū)動問題本身肯定是復(fù)雜的，在解決復(fù)雜問題的過程中天然地要拆分成可以解決的小問題，也就是項目式學(xué)習(xí)中的子問題或問題鏈[5]。驅(qū)動問題如何分解也直接決定著項目實施階段各項活動的設(shè)計與實施。根據(jù)驅(qū)動問題，可以按照產(chǎn)品導(dǎo)向型項目的一般路徑拆解為：①車輛在積水路段被困的原因有哪些？②怎樣設(shè)計我們的救援方案？③如何驗證我們的想法，將其變成物化產(chǎn)品？④我們的救援方案是否符合要求？⑤如何進(jìn)行最終的展示和發(fā)布？拆解后的任務(wù)鏈條引導(dǎo)學(xué)生沿著“調(diào)查需求—設(shè)計構(gòu)思—制作原型—改善修正—發(fā)布成果”的路徑完成整個項目，同時幫助學(xué)生不易偏離項目目標(biāo)。

指向探究實踐的合作型學(xué)習(xí)策略

1.搭建可視的項目墻，助力合作探究

為了落實項目管理，可制訂項目時間流程圖（見圖2），并在充分考慮學(xué)生的認(rèn)知水平和任務(wù)難度的進(jìn)階性的基礎(chǔ)上按照5E 教學(xué)法設(shè)計項目任務(wù)[6]，以5 大任務(wù)層層遞進(jìn)，每個任務(wù)下又分為2 ～ 3 個不同的活動階段，以推動項目一步步進(jìn)行。

在整個項目過程中怎樣引導(dǎo)學(xué)生持續(xù)深入地進(jìn)行探究卷入式的探究是項目式學(xué)習(xí)落地實踐的難點[7]，因此在實施之初建議進(jìn)行詳細(xì)的項目管理?？梢栽诔浞挚紤]學(xué)生的認(rèn)知水平和任務(wù)難度的進(jìn)階性的基礎(chǔ)上，將驅(qū)動問題進(jìn)行拆解。每個子問題對應(yīng)1 個子任務(wù)，每個任務(wù)下又分為2 ～ 3 個不同的活動階段，同時通過項目墻等工具幫助及時記錄并直觀呈現(xiàn)小組或班級的項目式學(xué)習(xí)活動進(jìn)展。

2. 提供有效的調(diào)查單，促進(jìn)深入實踐

在設(shè)計任務(wù)中需要給學(xué)生提供有效的支持性工具促進(jìn)深入探究，如給各項目小組1 個周末的時間自行走訪調(diào)查。有些小組走訪了附近的交警大隊，調(diào)查了學(xué)校附近的積水多發(fā)地；有些小組采訪了消防員，了解了車輛在積水中被困的常見原因。回過頭看，學(xué)生在這次走訪調(diào)查的學(xué)習(xí)活動中，對真實的車輛被困與救援情況有了更深入直觀的了解，極大促進(jìn)了他們對后續(xù)方案的深入思考。

在完成調(diào)查后，教師針對各組情況提醒學(xué)生適當(dāng)轉(zhuǎn)化自己的問題與思路，如引導(dǎo)學(xué)生將“把車變成氣墊船”轉(zhuǎn)化為“在車輛下面加裝能便攜充氣和排氣的氣囊或氣袋”，簡單的轉(zhuǎn)化不僅能激發(fā)學(xué)生的深入思考與主動建構(gòu)，而且往往也為學(xué)生提供了解決的“訣竅”。在這個階段允許并鼓勵小組有多種不同的救援方案。在各組完成本組的設(shè)計迭代后將全班的解決方案匯總整理成預(yù)警類、排水類、漂浮類和牽引類4 類（見表2）。

指向項目推進(jìn)的卷入式學(xué)習(xí)支架

合適且有效的學(xué)習(xí)支架在項目學(xué)習(xí)過程中十分重要，指向科學(xué)素養(yǎng)的項目式學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)支架可分為以下3 類：任務(wù)- 問題支架、思維-工具支架、整理- 反思支架。

增強(qiáng)學(xué)習(xí)連貫性的任務(wù) -問題支架

任務(wù)- 問題支架包括師生互動、情境體驗、問題驅(qū)動、遞進(jìn)式問題串、項目模板等[8]，任務(wù)-問題支架控制學(xué)習(xí)節(jié)點以使學(xué)生不易偏離問題或目標(biāo)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的卷入性和連貫性。

提升知識遷移力的思維 -工具支架

在初步完成設(shè)計方案后，可以向?qū)W生介紹一些思維工具和支架，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用SWOT 法分析不同救援方案的優(yōu)劣與成本，繼續(xù)進(jìn)行迭代；提供待解決問題清單讓學(xué)生進(jìn)行反思。欣喜的是，學(xué)生在分析完本組救援方案的可行性、成本與挑戰(zhàn)后，主動提出了很多值得深入思考和探究的問題，如有學(xué)生提出“怎么保證把道路積水抽干？”“抽出的水怎么辦？儲水罐放在哪里最合適？”還有學(xué)生開始思考“如果駕駛員沒看到預(yù)警信息怎么辦？”“怎樣保證車底氣囊的浮力大?。咳绻型練饽移屏嗽鯓颖ＷC人員安全？”等一系列問題，這些問題的提出既幫助各組完成設(shè)計的迭代，也反映了學(xué)生深度學(xué)習(xí)的參與和高階思維的提升。值得注意的是，這些支架并非在項目剛開始就全部提供給學(xué)生，也不是把所有支架提供給所有學(xué)生，而是根據(jù)學(xué)生的層次水平，以及各團(tuán)隊項目進(jìn)度與每階段所遇瓶頸，真正做到“該出手時才出手”。

促進(jìn)概念再建構(gòu)的整理-反思支架

在項目過程中，特別是每次評價展示后，出示整理- 反思支架可以讓學(xué)生養(yǎng)成經(jīng)常反思、整理的好習(xí)慣。尤其是實施和驗證自己方案的關(guān)鍵節(jié)點，應(yīng)該進(jìn)行制度化的交流、討論。

在項目完成后的展示評價階段，讓學(xué)生通過完成觀察與實驗記錄、實踐報告、團(tuán)隊項目日志、評價單等可以幫助學(xué)生實現(xiàn)學(xué)科核心知識的再建構(gòu)與遷移。

指向產(chǎn)品改進(jìn)的多元化成果評價

項目式學(xué)習(xí)的成果主要由評價量規(guī)進(jìn)行測量。指向科學(xué)素養(yǎng)的項目設(shè)計的評價量規(guī)，其評價維度和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)涵蓋從學(xué)習(xí)開始到結(jié)束的全過程，包括學(xué)生合作團(tuán)隊的組建與分工、知識的積累與問題的呈現(xiàn)、資料的收集與分析、項目成果、團(tuán)隊學(xué)習(xí)、項目展示。在評價時遵循定性與定量、形成性與終結(jié)性、自我與他人評價相結(jié)合的宗旨，堅持教學(xué)評一體化、評價內(nèi)容多要素、評價等級多層次、評價主體多元化、評價任務(wù)更聚焦、評價量化易操作6 個原則。評價主體包含領(lǐng)域?qū)＜?、社會公眾、學(xué)校教師、學(xué)習(xí)同伴和學(xué)習(xí)者自身[9]。表3 列出了本項目的學(xué)生成果及評價方式。

營救大比拼——班級內(nèi)部的救援方案比試

指向科學(xué)素養(yǎng)的項目式學(xué)習(xí)的最終成果有物化的成果，比如“車輛緊急救援計劃”項目的一套完整救援方案，并進(jìn)行現(xiàn)場救援展示。在結(jié)束現(xiàn)場制作和組間展示后，每組會有2 天的時間運(yùn)用反思清單回顧總結(jié)整個項目學(xué)習(xí)。接下來每組依據(jù)綜述評價表準(zhǔn)備好演講稿與PPT，以團(tuán)隊為單位進(jìn)行綜述演講，回答驅(qū)動性問題，展示自己的救援行動是否達(dá)到項目開始時制訂的成功標(biāo)準(zhǔn)，并接受全班同學(xué)的質(zhì)詢。

方案發(fā)布會——面向公眾的項目成果展示

利用校園開放日向家長、媒體及教師等展示，錄制視頻在線上平臺發(fā)布，收集觀眾的意見。

PDQ 迭代——聆聽專家意見后的項目反思

項目成果的公開展示是優(yōu)秀項目學(xué)習(xí)的必備要素，項目的展示環(huán)節(jié)可結(jié)合項目特點與區(qū)域優(yōu)勢。反思既是一種思維方式，也是一種元認(rèn)知過程。

在反思過程中，學(xué)生進(jìn)行的思辨和檢驗將顯著地促進(jìn)相關(guān)知識與技能的整合，促使其對認(rèn)知活動過程進(jìn)行審視，并改進(jìn)學(xué)習(xí)策略。

研究成效與不足

促進(jìn)學(xué)生真參與，素養(yǎng)深發(fā)展

學(xué)生經(jīng)歷了真實的工程技術(shù)工作流程，并通過對救援相關(guān)知識和技能的熟練運(yùn)用最終完成了本組救援模型的搭建與救援方案的實施。

從剛開始覺得是“不可能的任務(wù)”，到最終達(dá)到了測試要求，運(yùn)用科學(xué)技術(shù)抵擋了自然災(zāi)害的侵襲。災(zāi)害救援原本只是書本、電視中的案例，但在項目中卻成為了孩子們親手完成的珍貴體驗。學(xué)生通過項目式學(xué)習(xí)中主動生發(fā)的問題解決，達(dá)成了對科學(xué)、工程、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等學(xué)科中的核心概念的主動學(xué)習(xí)與深入學(xué)習(xí)，在反復(fù)利用這些知識、技能解決問題的過程中實現(xiàn)反復(fù)學(xué)習(xí)和鞏固，發(fā)展了自身的科學(xué)素養(yǎng)。

促進(jìn)學(xué)生慧學(xué)習(xí)，能力深發(fā)展

團(tuán)隊協(xié)作能力 在項目中與同伴的合作能力是對學(xué)生的一大考驗。項目進(jìn)程中，每組或多或少都出現(xiàn)了爭吵，但經(jīng)過項目錘煉，孩子們更愿意傾聽他人的意見，嘗試合力解決問題。項目在學(xué)生進(jìn)行合作評價時進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)教師評價要比同伴互評得分高，可見孩子們的合作意識和對合作質(zhì)量的自我要求相對高，對合作中的主動性和處理爭執(zhí)的決策能力讓人滿意。

創(chuàng)造性 每組的救援方式各異，每組學(xué)生都有自己的想法。有些想法非常具有創(chuàng)造性，連專家都忍不住為他們點贊。

溝通與表達(dá) 學(xué)生在項目中有獨立的個體學(xué)習(xí)，也有從個體學(xué)習(xí)到團(tuán)隊的社會性學(xué)習(xí)，從項目的評價中也體現(xiàn)出對溝通和表達(dá)的指向，特別是學(xué)生的綜述能力顯著提高。

指向科學(xué)素養(yǎng)的科技創(chuàng)新項目式學(xué)習(xí)不僅解決了項目提出的驅(qū)動性問題，同時還培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、溝通表達(dá)、主動探究等能力，發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。未來將沿著這個思路，融入更新的技術(shù)元素，繼續(xù)開展與之相關(guān)的系列研究，讓越來越多的學(xué)生通過項目式學(xué)習(xí)，學(xué)會像科學(xué)家或工程師一樣思考與實踐。

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專家點評

本文全面而完整地呈現(xiàn)了一個指向科學(xué)素養(yǎng)培育的科技創(chuàng)新項目式學(xué)習(xí)案例。案例以基于項目的學(xué)習(xí)為教學(xué)策略，圍繞身邊的問題設(shè)計驅(qū)動性問題，引導(dǎo)學(xué)生合作探究，完成任務(wù)設(shè)計。在驅(qū)動性問題提出后，引導(dǎo)學(xué)生按照一定的路徑拆解問題，對于學(xué)生更加充分地理解問題和回答問題都有很強(qiáng)的指向意義。文章邏輯清晰，內(nèi)容緊湊，敘述完整，語言樸實，值得廣大一線科技教師認(rèn)真研讀。