大概念教学培育学生科学素养

本文转自：中国教育报

杭州市青蓝小学：

大概念教学培育学生科学素养

从科学课向全学科拓展：学生自制叶脉打造“叶脉博物馆”。学校供图

从单学科推进走向跨学科融合：学生展示太阳能热水器的设计方案。学校供图

参观完杭州亚运会场馆后，杭州市青蓝小学学生黄子宸突发奇想。游泳馆里的水循环系统每年节水达到9.6万吨，而学校花园的人工浇水费水又费电。“我想让校园里的水也循环起来。”

黄子宸组建了学生研究小队，在科学、数学、信息技术等学科教师的协助下，运用海绵吸水释水原理，打造了一个可循环的“海绵花园”：下雨天利用透水的小鹅卵石把雨水收集起来，经过循环净化储存好，晴天就可以将水释放出来灌溉花园。

融合多学科知识，用科学的思维和方式解决问题，正成为杭州市青蓝小学的一个“教育现象”。“小学是科学素养的启蒙阶段，在真实情境的任务驱动下，大概念教学符合学生的认知与学习特征，开辟了一条科学教育改革的新路径。”校长娄屹兰说。

一所百年老校的“科学基因”

杭州市青蓝小学创办于1906年，“向现代科学进军”的办学口号言犹在耳。上世纪50年代学校旁边有一亩农田，师生组建了自然实验小组到田间地头去辨认农作物并制成标本，在自然标本室里存放了上百个学生作品。

此后，学校率先把录音机引进课堂，是杭州市最早使用电化教学的学校；建成了杭州市小学里最早的微机房，上世纪90年代就成立计算机兴趣小组学习Basic语言；在浙江省首批现代教育技术实验学校中，青蓝小学也是榜上有名。

伴随着科教成果的一路“高光”，学校的科学教育也在不断创新发展。真实体验法强调科学教育要“真做真学”。互动教学法让一批科学教师在“全国中小学创新（互动）课堂教学课”评比中屡屡夺魁。学校还充分开发拓展性课程，开设了面向一至六年级全体学生的科学社团，为每个孩子打造“一人一社团，一年两项目”的专属科学成长路线。

语文学科出身的娄屹兰担任校长后，对科学教育投以格外的兴趣与关注。在她看来，小学是科学启蒙的关键阶段，学生对自然、世界的好奇解决了学习驱动问题，而科学与生活的高契合度又为学习的综合性与实践性提供了无限可能。“我们研究了十多年的‘经历伴随学习’，倡导学习在真实经历中自然发生，这也符合科学教育的特征。”

但同时，娄屹兰也看到了渐行渐近的那层“天花板”：科学课每周只有3课时，比体育课还少；教学着重知识、技法，缺乏科学素养的系统架构；科学教师受限于自身的知识面，在数理原理、科普语言、科技美学等领域存在短板。

科学教育不止是科学课和科学教师的事，一场改革势在必行。

从科学课向全学科拓展

青蓝小学迈出的第一步，是借鉴“课程思政”理念，让科学跳出科学课堂，在其他学科生动呈现科学因子。

语文课上，教师陆敏执教《黄帝的传说》时创设真实情境，带领学生走进萧山区轩辕黄帝史记展览馆。学生对“黄帝造车”的过程梳理后发现，成功离不开对生活的细心观察和不断尝试。“黄帝造船、造车是为了解决百姓生活中遇到的困难，我也想学好知识帮助他人。”学生陈紫祺暗下决心。语文课以“探究”的形式走进各种展览馆，小学6年时间里，青蓝的学生至少有3次机会走进展览馆。

数学课上，学生学完《长方体、正方体的认识》后，教师陈鑫抛出任务：“你能结合所学的数学知识设计一个塔台吗？”学生在搭建模型时发现塔台稳定性欠佳，于是想到四年级学习的“三角形的稳定性”知识，对各项数据进行优化，设计出结构稳定的“王者塔台”。陈鑫发起问卷调查，发现“塔台争霸赛”活动前，86%的学生把“工程”等同于大型建筑工程，似乎离生活很远。活动后，过半数学生认识到工程就是为了解决现实问题，很多离不开精确的计算。学校专门邀请了金融、能源、运输等行业的工程师家长，进校开展相关工程专题的助教活动。

在美术课上制作叶脉画，学生将叶片利用氢氧化钠去除叶肉，再通过碳酸钾等化学溶液漂白、染色。中国美院教授阮悦来校看到后，希望美院学生与青蓝小学学生结对子，在叶脉画的基础上加入山水、人物、花鸟等传统绘画艺术，展示美术与科技的完美融合。音乐课的小乐器也是学生的拿手好戏，他们根据科学课上学到的声音相关知识，制作了排箫、沙锤等。维也纳宫廷乐团首席指挥哈克尔来校交流时，学生用自制乐器演奏中国传统乐曲《龙腾虎跃》，赢得了高度赞扬。

科学素养在各学科渗透，不能单凭教师的灵光一现。为此，青蓝小学从教学管理入手，制定了《科学素养培育学科教学指南》，引导学生运用各学科知识解决学习生活中的真实问题。比如数学学科根据数学核心素养要求，设计出“身上的尺子”“曹冲称象”“气象小记者”等41个主题实践项目，开展数据调查和科学分析。美术学科以“造型·表现”“设计·应用”“欣赏·评述”“综合·探索”4个领域为载体，从审美的视角赋能科学教育。

语文教研组长余宁的真实感受是：之前语文教师更关注语言的工具性，将大量时间花在文字的积累和运用上。现在的课堂产生了新变化，教师在教学《皇帝的传说》《纸的发明》时，总结古代发明创造的规律，激活学生的类比思维；在教学《大象的耳朵》《蜘蛛开店》时，鼓励学生合理想象续编故事，指向了逻辑与创造。“这为学生感知和理解文本打开了更加丰富的思维空间，兼顾了语言文字的工具性和人文性。”

从单学科推进走向跨学科融合

几年实践下来，科学如同一个个素养颗粒，栖居在各门学科中。娄屹兰认为，小学生科学素养培育要在“广”度上下功夫，即注重知识的系统性和内在联系，以及灵活运用和拓展。为此，这些素养颗粒要以某种教学逻辑加以聚合，形成大概念教学的样态，引导学生形成具体与抽象交错的认知结构。

目前，青蓝小学基于科学课程标准中的四大核心素养以及学校学科实践的育人方式，打造了“未来实践+”课程体系。该体系分为生命探索、物质研究、地球探秘、技术工程四大模块，包含34项实践活动，涵盖13个核心概念。基于不同学段学生的特征，学习内容由浅入深、由表及里、由现象到本质，贯穿整个小学阶段的学习与成长。

以“技术工程”模块为例，为迎接杭州亚运会，全校发起绿色低碳亚运挑战赛。学生陶追远发现，冬天在家里洗手时水特别冷，每次烧热水又感觉浪费，一场关于“太阳能热水器”的研究之旅就此启动。

学生首先在社区发放了240份问卷，在语文教师协助下完成太阳能热水器调研报告。随后，学生根据不同的研究方向，成立了保温设计、吸热设计及追光设计三个专项小组。保温设计师用科学实验方法选取聚氨酯、珍珠棉等材料进行对比研究，用信息课上学习的“Excel表格的数据分析法”整理对比数据，再用“圆柱的表面积和体积”的数学知识设计保温杯。追光设计师是整个项目的创新担当，在杭州低碳科技馆“追光发电系统”的启发下，设计出的热水器集热管部分也可以像向日葵一样随着太阳旋转，这就少不了信息课上学习的编程，以及美术课上学到的外观创意设计给予加持。

因为是一场以应用为导向的学习活动，学校专门为小组设立约课制度，遇到困难可随时约请相关学科教师进行指导。联合科学、语文、数学、信息、美术5门学科，开展历时7周的探索后，“加油，太阳能热水器”成功出炉。该成果获得了杭州市青少年科技创新大赛实践类一等奖，参与教师被评为浙江省STEAM项目化学习教师挑战赛十强团队。

在大概念教学的牵引下，科学教学的场景也在向资源更为丰富的校外拓展。学校与所在地社区共建科学素养“经历圈”，开展家长学校、科普课堂、未来社区畅想等活动，为学生开辟专属的科技展示角，每年拟定“科技创新项目”合作计划书，请社会上的科学能人指导学生。这几年，社区里商户的空调挡风板、景观喷水池过滤系统等都是学生的巧作。

据统计，实施大概念教学后，青蓝小学学生100%参与科学项目研究，69.7%的学生经常性参加科技型志愿者服务，160余项科技成果获得省级以上荣誉，杭州少科院首任院长等一批“高科技小能人”成长起来，学校还承办了两次全国教育创新大会。

“小学是提高全民科学素养和培养拔尖创新人才的重要启蒙期。学校将紧紧抓住这一育人的时间窗口，广泛开展单学科、多学科、跨学科学习，从学生发展的全过程培育科学素养。”娄屹兰表示。