【STEM理念+大单元】小学科学 | STEM理念下基于大单元教学的实践研究——以教科版六年级上册第二单元“形状与结构”为例

STEM理念已经在基础教育中广泛应用，小学科学课程的总目标旨在培养学生的核心素养，为学生的终身发展奠定基础。但是在小学科学技术与工程领域，课堂碎片化的教学很难让学生形成系统的知识框架。那么，在STEM理念下基于大单元开展科学教学，是否可以有效促进学生核心素养的形成呢？基于此，以教科版小学科学六年级上册第二单元“形状与结构”为例展开设计与实践，探讨STEM理念下小学科学基于大单元教学的成效。

“形状与结构”是教科版小学科学六年级上册第二单元的内容，主要分为两部分。第一部分(第1~7课):探究形状与结构所蕴含的科学道理。其中，第1~6课分别研究条形、拱形、框架等结构，第7课是认识桥梁的结构。第二部分(第8课)：设计科学合理的形状与结构，呈现了由浅入深地进行探究的过程，最后进行综合应用。但实际上很多学校一周只有一两次科学课，学生学习到的是碎片化的知识，到第8课输出时“用纸造一座桥”，便很难把碎片化的知识联系起来，导致出现了纸桥制作的完成率低、制作效果不佳等问题。这样的教学不但不利于学生科学核心素养的培养，而且也导致学生学习科学的兴趣有所降低。

STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科的统称，强调多学科的整合。[]小学科学教育中的技术与工程领域的本质，在于将技术与科学、工程和数学等知识进行有效融合，这在某种程度上是STEM教育理念的具体体现。[2《义务教育科学课程标准(2022年版)》也强调知识点的讲解要从理解到应用，要求教师改变以往的教学方式，即摒弃以单个知识点讲解为主的碎片化教学方式，从知识的整体出发，重视知识点之间的联结及其应用。[3]

崔允漷在《学科核心素养呼唤大单元教学设计》一文中指出，大单元教学是一种围绕大观念或大问题进行的单元教学。国内外学者和一线教师对于大单元教学的内涵、意义以及实践的研究表明，大单元教学的单元整合形式使知识内容更加系统、课堂内容不再重复，教学环节也更加紧凑，有一定的实践价值。由此，基于STEM理念将大单元教学引入小学科学教学，对于培养学生的核心素养有着重要的价值和意义。

在STEM理念下，本单元以任务或项目为导向，让学生经历主动发现、探究、学习和应用的过程，在STEM理念及大单元教学的思考下，决定调整教材的架构和顺序，把整个单元的学习调整为“我是湾区桥梁小专家—桥的探究”项目式学习。

小学科学教材的内容主要有四个领域，即物质科学领域、生命科学领域、地球与宇宙科学领域以及技术与工程领域。4技术与工程实践活动可以使学生体会到“做”的成功和乐趣，并养成通过“动手做”解决问题的习惯。

调整后，整个项目式学习涉及的学科知识有科学、美术、语文、综合实践。其中以科学为主，项目以“我是湾区桥梁小专家，我为湾区设计建造一座桥”(见表1)为驱动型任务，第一课，首先引导学生观察和认识广州的黄埔大桥、珠江大桥、海珠桥、广州大桥、猎德大桥、江湾大桥、洛溪大桥…然后抛出任务(如果你是湾区桥梁小专家，你会如何设计和建造一座桥来解决交通难题)，以激发学生了解桥、学习桥、设计建造桥的热情和兴趣。再布置任务调查和分组讲解一座桥，可以是广州的桥，也可以是家乡的桥等。第二课，学生分组讲解，认识身边的桥，进一步点燃学生学习的热情。接下来先让学生考虑如果设计和制造一座桥需要考虑什么问题，然后再去讲解有关桥梁的形状与结构的知识。这样，结合“形状与结构”单元的知识，由一个任务衍生出多个问题，比如，什么是桥？为什么人类要建造桥梁？桥梁的功能是什么？桥的分类有哪些？你见过的桥是什么类型的？等等。学生通过对这些问题的探究，加深了对桥的认识和理解，能够感受到技术与工程对我们生活的影响。

表1“我是湾区桥梁小专家”大单元项目化学习设计表

在开展STEM理念大单元学习中，学生参与了设计的四类实践：审美性实践、社会性实践、探究性实践和技术性实践。学生以考察者的身份去调查了解广东各式各样的桥，了解桥的历史和背后的故事，体验城市的发展变化；以摄影师的身份去记录桥，向同学、老师展现不同桥梁的建筑美；以建筑学家的角色去研究桥梁的结构，收集数据，做实验，探究桥的建造里包含的科学原理；以设计师和工程师的身份去设计建造桥，从美学、生态学、科学、建筑学等不同学科的角度综合考虑。看似分散的小活动实际构建了大活动，借助参观、调研、考察、动手、实验等形式，注重学生的问题解决过程，逐步形成学科内综合以及跨学科多主题(体验类、知识类、探究类、动手类等)的活动内容。

通过前期的学习，学生在设计建造桥的时候会考虑多种因素，如采用什么样的材料，是否只有报纸才可以。在今天，很多家庭都不怎么买报纸了，能否用3D打印的材料，是做拱形桥还是拉索桥，支撑桥面的结构是用圆柱形的空心纸筒组合还是用三角形的组合，是否用横梁加固桥面，桥柱做成什么样的形状抗弯曲能力比较强，都是他们再次考虑和讨论的问题。这时，教师需要根据实际情况对材料和设计建造桥的要求进行调整。在调整时，教师可以引导学生进一步讨论，让学生参与到评价标准的制定中。在计算材料和评估制作的费用、评估桥的抗弯曲能力时，需要数学知识。为了让桥的设计更美观，甚至可以让学生去咨询和参考美术老师的意见，或尝试用电脑软件画图。这在某种程度上也体现了完成一个技术和工程任务，确实是多学科融合，也需要多个学科的知识。

在STEM的理念下开展大单元学习，学生以任务驱动进行自主探究和小组合作学习，以小组为单位进行调查、设计、分工合作。在进行建造、交流和分享的过程中，教师要尊重学生的主体作用，充分发挥自身的主导作用，及时给予学生指导和帮助。但评价是为了支持与促进学习，所以在STEM理念下开展大单元学习的评价也需要采用多种形式，包括过程性评价和总结性评价。过程性评价是让学生对学习中的参与度、积极性、合作性等几个方面进行自评和互评，突出评价促进学生发展的作用，使评价更加全面和科学。过程性评价量表的评价维度主要包括学生能力、合作、学习态度三个方面。详见表2。图1、图2是学生讨论、设计桥的过程图和最后的成品图展示。

表2“我是湾区桥梁小专家”大单元项目化总体评价表

图1 学生“桥”作品示例图