基于科学核心素养培养的小学科学课程建设

【内容摘要】培养小学生科学素养是小学科学课程的主要任务，现行的科学课程在培养学生科学核心素养上还存在诸多不足。本文构建了基于科学核心素养培养的小学科学课程体系，并据于此，从科学基础性课程融入STEM课程、科学拓展性课程中开设低段趣味科学课程、创新型科技社团课程、节假日科学实践性作业课程、引入在线科学课程评测系统等几个方面，阐述学校如何基于科学素养培养，完善科学课程结构，丰富科学课程内容，深化科学课程教学和评价改革，全面提高学生的科学素养。

【关键词】科学核心素养 小学科学课程

科学素养一般是指了解必要的科学技术知识及其对社会与个人的影响，掌握基本的科学方法，认识科学本质，树立科学思想，崇尚科学精神，并具备一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。

科学素养的形成是长期的，早期的科学教育对一个人科学素养的形成具有十分重要的作用。因此，培养小学生科学素养是小学科学课程的主要任务。自2001年新一轮国家基础教育课程实施以来，小学科学课程面向三至六年级全体学生，倡导以科学探究为核心的学习方式，通过生命世界、物质世界、地球和宇宙等领域的学习，让学生体验到了学习科学的乐趣，增长了科学探究的能力，获取了丰富的科学知识，逐步形成了尊重事实、善于质疑的科学态度。 应该说，十多年小学科学课程的实施，在提升三至六年级学生的科学素养方面起到了显著的作用。

但随着近十几年来现代科技的迅猛发展，科学教育研究成果的蓬勃出现，特别是考察近些年发达国家科学课程改革的推进步伐，再反观我们的小学科学课程，从目标的设置、课程主题的选择还是具体的实施方面还存在着诸多不足。主要表现在：一、目前的小学科学基础性课程，在课程目标上，除了科学知识、科学探究和科学态度三个维度外，还缺少科学、技术、社会与环境这一维度的目标设置，这从培养科学素养的角度来说还是不完整的；二是小学科学基础学科课程在内容设置上，对科学实践教育的重视程度还不够。除了物质科学、生命科学、地球与宇宙三个领域外，缺少科学、技术与工程的相应主题设置。而事实上，随着人类科学技术的不断进步，科学、技术、工程、数学几个领域的联系也越来越紧密，解决任何一个领域的问题都会涉及到其他几个领域；第三是课程的实施安排上，目前的小学科学课程面向的是三至六年级的学生，而忽视了一、二年级这一年龄阶段孩子也有很迫切地希望通过科学课程学习探索世界的内在需求。虽然一、二年级的《品德与生活》、《语文》课中渗透有科学教育的内容，但渗透型的教育还无法承载起学科型的科学课程之重；第四是科学拓展性课程开设缺少多样性，比较多的还是以传统的科技小制作、小发明一类为主的科学拓展性课程。

基于上述思考，自2001年实施小学科学课程以来，笔者所在的学校围绕“童化人生创造和谐未来”的办学核心追求，不断完善科学课程结构，丰富科学课程内容，深化科学课程教学和评价改革，全面提高学生的科学素养。

一、构建基于科学核心素养培养的小学科学课程体系

学校从科学兴趣、科学知识 、科学方法、科学态度四个维度，构建了基于科学核心素养的小学科学课程体系。（见图一）

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二、基于科学核心素养培养的小学科学课程建设

根据学校构建的这一课程体系，本文重点从科学基础性课程的丰富完善、开发多样化的科学拓展课程、引入在线科学课程评测系统等几个方面介绍学校如何基于科学核心素养的培养进行小学科学课程的建设。

（一）STEM教育融入基础性课程，加强科学、技术与工程教育，丰富完善科学课程结构

随着科技的不断进步，科学、技术、工程、数学领域的联系也越来越紧密，也因此，学校尝试在小学科学课程体系中增设技术与工程领域，将STEM教育与小学科学基础性课程相融合，使得学生除了经历科学探究活动外，在科学课上也有机会——提出科学问题和界定技术难题；发展和使用模型；计划和实施研究；分析和阐释数据，使用数学、信息、计算机技术和计算思维；构建解释(针对科学)和设计解决方案(针对工程)；获取、评估和交流。

1．结合科学课程自主开发STEM课程学习项目

学校将工程的思想和实践引入科学课程，并结合现有教材，开发了“自制弹力球”、“自制乐器”、“制作纸火箭”、“设计3D眼镜”、“超级肥皂泡”、“设计制作一座桥”、“做一个热水器”等多个STEM课程学习项目。

与以往科学课围绕本节课核心科学概念学习制作完成一个单项科学小制作所不同的是，学校自主开发的STEM学习项目设计需要包含科学、技术、工程和数学四个方面的要素，强调学生在设计任务情境中运用已学知识，通过开发解决方案、检验设计合理性、权衡方案、讨论修正等过程发展工程设计能力。

以六年级的《自制乐器》STEM学习项目为例，各探究小组在确定设计需求后，他们需要研究各种乐器的发声原理，然后通过讨论，确定解决方案，在此基础上进行乐器图纸设计，再反复寻找各种可做乐器的材料，初步制作出乐器模型后，还需反复调试、不断改进，然后合作进行展示和交流。（见图二）

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这样的设计与发现型实践活动，重在引领学生进入传统科学教育较少涉足的“设计世界”，通过引导学生在多元化多学科的学习情境中进行“设计”中“学”，从而综合提升学生的设计能力、批评性思维和问题解决能力，并体验科学技术对个人生活、对社会发展的影响。

2．引入乐高WE DO科学课程，实现跨学科主题式学习

为加强学生在科学、工程、技术和编程方面的能力，学校又引入乐高WE DO科学课程。这一课程涉及物理、生命科学、地球与空间科学、工程、技术与科学应用四个领域，设计有“拉力”、“速度”、“坚固的建筑”、“青蛙的生长变化”、“植物与授粉”、“预防洪水”、“空投和营救”、“废品分类回收”等八个引导性实验和“捕食者和猎物”、“动物与昆虫的表达”、“生物与生存环境”、“太空探索”、“灾害警报”、“海洋清理”、“野生动物的穿越过道”、“搬运材料”等八个开放性实验，配有智能集线器、中型电机、运动传感器和倾斜传感器和搭建零件以及相关软件，学生们可通过搭建、编程和修改项目的过程，完成探索、创造并分享他们科学发现。

如结合六上《形状与结构》单元，学生需要思考如何设计出一个既坚固又安全的建筑。他们先用乐高积木搭建了一个地震模拟器，使其可以震动建筑，并给地震模拟器编写程序，使其可以模拟不同等级的地震。然后利用地震模拟器对不同建筑的抗震能力进行测试比较，在此基础上分析抗震能力强的建筑在结构上所具有的优势，最后各组再搭建展示最有效的抗震建筑设计。（见图三）

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较之传统的科学课堂学习，这样的开放式、应用性的工程任务更给了学生身临其境的体验，学生在限定条件下从初始尝试，到通过探究建立科学理解，到优化设计，再到进一步检验，都充分渗透了工程设计的“迭代”过程，体现了科学与工程的双向联系。而建立计算机模拟环境，让学生通过完成模拟工程设计任务探究科学原理，在引发兴趣、锻炼工程设计思维的同时，还可利用模拟技术展现难以感知的现象或微观世界，降低了科学学习难度，使得科学学习变得更生动真实。

（二）开发科学拓展性课程，满足学生多元化学习需求

结合现代科技与生活生产实际，从培养学生科学核心素养，满足孩子多元化学习需求、切实转变学教方式的角度，学校又开发了多样化的科学拓展性课程。

1．开设低年级趣味科学课程，加强学段衔接

在研究了众多发达国家科学课程设置安排后，从提升学生早期科学素养的角度，同时也考虑到一、二年级孩子对于开展科学活动的内在需求，2010学年起，学校在一、二年级中开设了“趣味科学”校本课程，一周一节。主要由低段数学教师执教，同时安排专职科学教师分配部分课时在低段班级执教。每学期开学初，邀请省市区教研员来学校组织参与式培训，每一个需要低年级小朋友探究的学习主题，执教老师首先培训到位。学校期望一、二年级学生通过这门校本课程的学习，了解一些浅显的科学知识，形成对科学的浓厚兴趣；通过经历简单的科学过程，掌握一些科学技能，并培养良好的学习习惯，从而与三至六年级国家科学课程作有效的衔接。

在课程内容上，学校参考了上海、江苏、台湾等地的低年级科学教材，选择贴近一、二年级学生的实际生活经验，符合他们认知水平的科学活动，自行开发了一、二年级趣味科学课校本教材。“种蚕豆”，“哗啦啦的水”，“我的蔬菜朋友”，“认识我自己”，“花园里的小动物”等都成为了孩子喜欢的科学学习主题。

由于一、二年级开展的是“趣味科学”，所以更强调引导学生利用自身感官或通过丰富的材料探索世界，在有趣的动手操作、富有挑战性的科学活动中学习科学。如一年级的《蜗牛》一课，老师们会让孩子在摸一摸、画一画、陪蜗牛玩一玩的过程中，帮助孩子建立起和蜗牛的感情，较之严谨的知识目标，培养孩子热爱小动物、喜欢观察小动物的兴趣更重要。“躺在纸上让同学画自己，然后剪下图案，比较身高和体形”、“拓印自己的指纹，然后和同学一起比较研究认识指纹”、“用皮影戏表演的方式，引起孩子对光影现象的观察兴趣，然后探究光和影子的关系，寻找光源”、“穿梭在校园中，开展树叶寻访之旅” ……有趣、好玩的科学课让孩子、家长对这门课程是出乎意料的欢喜。102班张赫裔家长这样写：自从在学校的科学课上认识了蜗牛，女儿对蜗牛爱得真是一发不可收拾！只要有空，就会到草丛边，大树下，找蜗牛。昨天，我去她们学校接她的时候，恰巧在学校附近的马路上找到了一只小蜗牛。女儿爱不释手，把它用草的叶子垫着，捧在手心里，从嘉兴带到了王店。养在小金鱼盒里，悉心地照顾着它，并不断地向我报告着蜗牛的最新状况。（摘自《女儿的蜗牛情》）

2．创新型科技社团课程建设

学校的科技社团依托“嘉实少科院”，在老师们不断探索过程中也逐步走向了课程化。少科院内的气象科普、模拟飞行、遥控航模、海模、爱迪生启智等科技社团课程，由科学教师团队联同校内其他学科老师进行跨学科协作开发，每门课程都设置了低、中、高不同学段的学习内容，学生可以跨班级、跨年级甚至跨校区选择不同的课程。

同时，学校也尝试与乐高创新课程整合，一、二年级设置小小建筑工程师课程，让孩子学习与结构、平衡有关的各种知识，通过主题任务搭建锻炼孩子的测重、比较、设计与估算等逻辑思维能力和语言表达能力；三、四年级设置小小机械工程师课程。通过自己动手搭建，获得与力、机械有关的（如滑轮、杠杆、齿轮等）知识，培养他们的团队协作、发展创造性思维，体会机械给人们带来的无限乐趣；五、六年级我们将乐高智能机器人引入课程。以积木式搭建为主，机器人的制作是徒手进行的，不需要借助其他任何工具，所以很易被学生接受，学生可以用很短的时间来实现一个设计（对他们的设想能够在很短的时间内得到反馈，这对于孩子的学习是很重要的），而图形化的编程软件也很容易让学生上手，它是对学生图形化思维的一种训练，会使学生更关注程序中的逻辑关系。

而学校的“未来工程师”科技社团课程则引导学生通过“身边的科学现象”、“经典的科学原理”、“前沿的科学话题”、“有趣的科学实验”4个模块15个科学专题学习身边的科学原理后，团队组合，围绕主题情境进行基础积木零件和创意工程器材的无限创意组合，打造创意连环机关，活用经典科学原理，并进行作品的现场展示与阐述。

丰富、扎实的学校科技社团课程，在为学生科技创新能力的发展提供广阔平台的同时，也为学校相继捧回了全国红领巾气象科普基地、全国科技体育传统学校、全国航空特色学校等殊荣。

3．节假日科学实践作业倡导跨学科整合

“你知道哪里可以探访到家乡的桥吗？ 国庆长假期间，可以在游览时研究一下当地有特色的桥梁，对你感兴趣的这座桥进行资料搜集，从基本概况、建造历史、对区域交通作用等角度、结构与承重特点进行概括，制作一张桥的名片。”

“中秋节要到了，观察记录中秋节前后大自然的一些变化吧。选择一个适宜的地点观赏中秋月亮，用天气符号记录中秋节当天天气并用英语单词标注。”

类似这样科学探究气息十足的假期实践性作业也成为了学校科学拓展性课程的一部分。每逢传统节日，科学老师们都会整合各学科资源，为各年级的孩子们精心设计一份自选型节假日实践性作业。节假日实践性作业设计主要由两部分组成：一是年级自主型实践性作业菜单（包括作业名称、涉及学科、作业呈现形式、作业完成步骤及要求、作业评价标准），以供学生自主选择；二是各项实践性作业探究卡。目前已编制了“鸡蛋宝宝撞地球”、“人类登月探索之旅”、“制作小区植物平面分布图”、“指尖上的清明”、“花的名片”、“亲子纸飞机”、“扑克牌搭高”、“指纹的秘密”、“中秋赏月话气象”、“嘉兴最佳赏月点手绘图”、“中秋节气温情况小调查”、“看云识天气”、“桥的名片”等多个节假日科学实践性作业。由于科学类的实践作业既有趣又富有内涵，所以成为了孩子们热衷选择的作业。

（三）引入在线科学课程评测系统，实现科学课程反馈评价数据化

每一课、每一单元主题学习后，势必要对本课、本单元核心科学概念、知识点等进行练习、检测、评价和反馈。由于科学老师往往任教多个班，甚至还跨年级任教，因此很难对每一位同学的科学学习情况作出有效的反馈。为此，学校尝试引入“指尖探索”在线学习平台，它以科学概念为核心，整合图片、文字、视频资源，结合不同年级科学课程，开发练习、挑战、成就和报告系统。学生登录平台后，以探究式问测为主的学习方式，在多层次、多情景、自主探究中巩固、梳理所学的知识，提升学习效果和学习动机。

我们发现，当每一个孩子的每次反馈记录数字化后，所形成的数据是非常具有价值的。系统会根据学生的学习情况，生成详细成绩报告、学习状况和知识结构分析报告。老师可以通过数据的分析、统计，跟踪学生的学习轨迹，查看学生在不同年级、不同时间段、不同知识点的各种进展报告，从而精准地获知孩子的学习状况，以更有效地确定课堂教学的起点和学生的学习需求，更有针对性地实施教学。

基于科学核心素养培养的科学课程构建非一日之功，需要学校通过顶层设计，立足学校实际，整合各类科学教育资源，设置前瞻、高位的课程目标和灵活、开放的课程内容，形成良性运作的课程实施评价机制，才能探索出通过学校科学课程建设和实施培养学生科学核心素养的新路径。

(作者：张晓萍 浙江省嘉兴市实验小学校长 全国优秀教师、浙江省第六届功勋教师，主持的课题获2016年浙江省基础教育教学成果奖一等奖）