做好科学教育加法，学校必须聚焦立德树人根本任务，配置优质资源，完善课程体系，改进教学方法，激发中小学生好奇心、想象力和探求欲，提升科学教育质量。基于这一认识，浙江省杭州市景苑小学紧紧围绕育人目标，在科学课程的整合与完善、学教方式的变革、保障学校科学教育有效实施等方面做了许多有益的探索和实践。
一、构建整体性、多样性、选择性学校科学课程图谱
学校应面向全体学生，严格落实国家科学课程标准，打好共同基础。在此基础上，加强校本课程建设，关注学生差异，增加课程的选择性，提高课程的适应性，以多种课程形态满足学生的个性化学习需求。
1. 严格落实课程标准要求，在探究实践中培育科学素养
《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出科学观念、科学思维、探究实践、态度责任四个方面的核心素养发展要求，倡导以探究实践为主的多样化学习方式，让学生主动参与、动手动脑、积极体验，经历科学探究和技术与工程实践过程。在中小学科学教育中提倡探究实践，符合科学、技术与工程发展的趋势和国家未来发展的需要，有利于整合不同学科的知识，补齐传统科学教育中学生缺乏自主实践的短板。[1]
学校严格按照课程方案和课程标准要求，开齐开足各年段科学课。所有科学任课教师均为专职教师，每位教师单独配备一个标准的科学实验教室。学校将科学教育专项经费纳入年度预算，提升实验室配置标准，添置各类仪器和设施设备。学校配有专职实验室管理员，保证实验室设备仪器的规范管理和充分使用。通过一系列举措夯实以探究实践高质量开展科学学习的基础。
2017年秋季，小学科学课程从一年级开始实行，为上好科学课，一年级科学组教师以“如何开展微项目实践”为切入口，从“趣味性、探究性”出发，加强低年段科学教学研究，激发学生的好奇心，培养他们的科学学习兴趣和探究实践能力。
学校坚持把学生实验操作情况和能力表现纳入综合素质评价，以评价改革进一步撬动科学课堂探究实践的有效落实。“双减”背景下，科学教研组研发“大概念、项目化、协作式”科学单元实践作业，不断丰富作业形式，激发学生探究兴趣，培养探究实践能力。
为有效落实新课标，我们把研究和行动聚焦到课程标准确定的小学阶段78个“学生必做探究实践活动”上，针对新课标老教材的实际，梳理现有教材中每一个必做探究实践活动的呈现方式，厘清不同学段探究实践活动的不同要求和进阶逻辑，对标“学业质量”研制了78个小学生必做探究实践活动的实施方式、操作规范、指导要点和评价细则，从而促进学生亲历每一个必做探究实践活动过程，实现学科核心素养的整体提升。
2. 融通儿童生活经验和教材内容，设计和实施跨学科主题学习
《义务教育课程方案（2022年版）》指出，加强课程内容与学生经验、社会生活的联系，强化学科内知识整合，统筹设计综合课程和跨学科主题学习，从而更好地落实学科综合育人、整体育人。
科学组教师从融通学生生活经验视角，对科学教材内容进行深掘和拓展，设计和实施跨学科主题学习。如三年级学生学完《空气》单元“冷热空气的流动形成风”的相关内容后，科学教师和语文、数学、美术组教师共同开发了“制作走马灯迎新年”跨学科主题学习活动。学生探究走马灯的基本科学原理，研究怎样的大小、结构比例更为合适，探寻将剪纸、中国结融入走马灯装饰的方法和技巧，思考如何用语言文字赋予走马灯节日文化内涵，表达新年的祝福和希望等，最终制作出走马灯并悬挂在班级和校园迎接新年。在这样的学习活动中，学生对“空气流动形成风”的科学概念有了深层次理解，并综合运用其他学科知识解决真实情境中的问题，强化了课程协同育人的功能。
3. 基于“U—S”合作模式开发满足学生个性需求的校本课程
因毗邻杭州市高教园区，学校充分发挥高校优质教育资源，与高校教师合作开发了基础型、发展型、拓展型、创新型等四类校本科学课程，纳入课后服务体系。四类课程涵盖生命科学、物质科学、地球与宇宙、技术与工程实践等领域，从低年级到高年级有机衔接、有序递进、螺旋上升，强化课程内容的综合性和多样性。
为提升科学教育在课后服务中的覆盖面，学校精心设计了“一周体验、两轮选课、定期约课”的选课机制。开学第一周为课程体验周，学生可以自由体验各类校本科学课程。之后，所有学生进行第一轮选课，个别学生需要调整可以在第三周结束后进行第二轮选课。对学校开展的科普讲座、科普剧表演等，学生可以提前约课。通过“科学大讲堂、在科学家身边成长、与大学生同研究”等多种活动，实现学生在课后服务时段参与科学教育达到百分之百，满足了学生的个性化学习需求，在教育“双减”中做好科学教育加法。
二、通过多种形式培养学生的科学高阶思维和问题解决能力
探究实践包括科学探究实践和技术与工程实践，是学生形成其他素养要求的主要途径，同时也是一种关键能力[2]。以探究实践作为学生科学学习的主要方式，强调“做中学、用中学、创中学”，是对传统学教方式的迭代升级，对培养学生高阶思维和问题解决能力具有重要作用。
1. 让学生经历思维与实践深度融合的科学探究学习
在实践教学中，科学教师通过创设真实、贴近学生生活的情境问题，让学生亲历观察事物或现象的过程，在好奇心和探求欲的驱动下，生成探究问题。如果学生不能解决自己提出的问题，教师要有针对性地给予指导，帮助其完成探究过程并解决问题。
比如，在教学“竖笛发声”一课时，学生在学习皮筋、鼓面、音叉等“物体振动发出声音”和“振动停止、声音停止”的基础上，进而自主提出问题“吹竖笛时，是什么物体在振动发声”。许多学生的第一反应是竖笛本身在振动发声。此时，教师推出问题链，助推学生自主完成探究。第一个问题——吹竖笛与敲竖笛发出的声音不同，为什么？让学生意识到两者发声物体是不同的，激发起学生的探求欲。第二个问题——用力抓住竖笛，吹竖笛仍然发出声音，说明了什么？让学生在“阻止物体振动，振动停止，声音即停止”的经验基础上，判断出吹竖笛时发声物体并非竖笛本身。第三个问题——按住竖笛的不同小孔，竖笛发出的声音不同，说明了什么？指向了改变空气柱的长短，学生最终确定吹竖笛是空气振动发出声音。三个具有连续性、层次性、深刻性的问题，不断调动学生运用科学思维方法比较、判断、辨析获得的信息，这一思维与实践深度融合的科学探究过程，实现了科学思维的高阶发展和对科学概念的深层理解。
2. 以项目化学习推进核心概念学习进阶
科学学科核心概念是学生在义务教育阶段应该掌握的科学课程的核心内容。核心概念可以揭示学科知识的本质与学科知识之间的联系，具有统整学科知识的功能。核心概念将零散的知识点联系起来，体现学科思想和核心内容，是认识学科本质、学习学科方法、发展核心素养的重要载体。基于这一认识，科学组教师将“以项目化学习推进核心概念学习进阶”作为教学研究的新方向。首先，对教材的单元教学目标、课时教学目标进行梳理，对应课程标准中的核心概念整合、重构教材单元；其次，确定单元项目，创设真实问题情境；然后，基于核心概念的层级以及学生学习的内在逻辑，采用逆向设计思维，将单元项目分解成若干子项目，体现进阶设计；最后，预设学生的项目公开成果及全程评价。
例如，在《运动和力》单元项目实践中，围绕“工程设计与物化、物质的运动与相互作用”学科核心概念，学生明确“利用生活中的材料设计一辆具有动力、能在5秒内行驶1米远的小车”单元项目要求，开展设计和制作重力小车、拉力小车、反冲力小车以及自制测力计等一系列子项目科学实践活动。学生在制作、测试和反思中不断迭代产品。在成果发布过程中，学生对标单元项目反思学习过程与结果，实现对“运动与力的关系”核心概念的理解和工程实践能力的综合提升。
3. 在技术和工程实践中培养问题解决能力
技术与工程实践需要经历明确实际需求问题、提出设计方案、物化并测试、迭代改进等过程。工程实践不是传统的科学制作或模仿制作产品，而是创造、发明的过程，是实现某一产品从无到有的过程，或是对已有的产品进行优化改进、达成某一实际需求的过程。在真实的工程实践中，工程有许多限制因素，包括是否符合科学原理、技术手段的可行性、成本、时间、材料、安全等。小学科学课程开展技术与工程实践，需要教师准确把握不同年龄阶段学生所具备的知识和能力状况，选择适合学生的真实问题，设置有梯度的工程实践活动，引导学生开展工程实践，培养学生的工程思维。
比如，在《做一顶帽子》的工程实践活动（见图1）中，针对同一情境任务，不同年段制定的项目实践要求明显不同。低年段只需要考虑帽子的遮阳功能，而高年段还需要考虑材料选择、成本等工程的限制因素，通过逐步递增限制因素的数量，培养学生统筹协调的思想；针对方案的设计与论证，从低年段只提出单一方案过渡到高年段需要充分探讨产品各个影响因素间的关系，综合论证自己或他人的设计方案；针对产品的制作与迭代，从低年段只提出改进策略，到高年段需要根据测试结果，有依据、有目标、更综合地去开展产品的迭代，最终将自己的设计创意变为现实产品，实现核心问题的解决。学生反复实践符合自己认知和能力水平的制作活动，工程思维得到有效培养。
图1：《做一顶帽子》工程实践的进阶设计
三、多元协同保障学校科学教育有效实施
提升学校科学教育质量，需要在学校场馆、空间、环境等方面营造浓厚的学习氛围，提升教师的专业素养和教学能力，探索利用人工智能、虚拟现实等技术手段改进和强化科学教学，多元协同保障科学教育有效实施。
1. 营造与学生深度对话的校园文化环境
科学学习空间不仅包括最基础的科学实验室，还包括其他满足学生个性化、可创生的学习空间和环境，学校根据实际需求选择性开发特色科学学习空间，强调空间和物化环境应与学生进行互动和深度对话，以激发学生的好奇心和探求欲。比如，学校在走廊、实验室悬挂科学家画像，在显示名人照片和简介的同时，将名字用翻盖遮挡起来，吸引学生进一步了解每位科学家，并在墙面增设“对话栏”和“问题墙”，让学生写一写对名人名言的理解和看法，激发兴趣，引起思考。在校园开心农场，通过“猜猜我是谁”“怎样养好我”等问题，引起学生对动植物进一步探索的欲望。在“我的植物种子”发布栏，让学生展示自己收集的植物种子和自己制作的“种子身份证”“植物探秘卡”等，主动观察其他同学收集了哪些不同的种子，比较不同种子的结构特征，思考和探索不同植物的生长变化历程。
2. 丰富和深化教师培养内容，整体提升科学教师专业能力和素养
提高科学教育质量的关键在于教师，要培育科学兴趣浓厚、好奇心强、具备较好科学素养、科学方法和科学创造力的学生，就必须提高科学教师的职业素养。然而，研究发现，当前我国小学科学教师在师生互动、教学设计和概念规律教学等方面表现相对较好，但理科背景的学科专业知识存在明显短板，在信息技术应用、跨学科与问题解决式教学、探究式教学等方面的教学实践能力较为薄弱[3]。
为了弥补科学教师学科专业知识的短板，学校制定了“U—S1+2”协同培养机制。“1”是指一位小学科学教师，“2”是指两位大学理科教师，每一位小学科学教师同时与两位不同学科背景的大学教师结对。如学校分别聘请物理学科、化学学科专业背景的大学教师担任生物学科背景科学教师的导师，每月进行读书研讨、分享交流、答疑解惑，实现科学教师学科专业知识快速、综合提升。
同时，为提高科学教师的跨学科能力、创造性思维与探究精神，学校丰富和深化教师培养内容，更多关注教师跨学科概念理解、探究式教学观念、多种思维方法的综合运用等，让教师在参与体验情境式、探究式、项目式的教学活动中，理解、发展高阶思维，反思科学本质、科学方法和科学思维。同时，进一步提高培养方式的灵活性，着力提升科学教师信息技术应用能力，实现人人掌握基本的信息技术辅助教学的能力。
3. 基于数字化技术整合与优化科学学习方式
近年来，人们越来越意识到技术可以成为转换、整合、优化科学学习方式的有效工具。运用数字模型技术、交互式仿真技术、虚拟现实技术，学生在虚拟现实情境中发现问题、明确任务，尝试虚拟建模，从模型建构的“虚拟迭代”到“实践迭代”。在解决仿真问题的实践尝试中，学生通过数字协作交互平台，随时与情境、同伴、教师积极互动，学生在与学习内容的主动互动、与他人的协作中不断加深对科学概念的理解，并将这种理解迁移到解决问题的实践中，实现深层建构、深度学习[4]。
比如，在五年级“种子发芽实验”项目学习中，借助沉浸式VR 环境的人机交互手段，灵活选择土壤、水分等实验材料，自由调节仪器参数，并突破时间限制这一优势，学生调节时间加速反应进程，直接放大观看种子发芽过程中各部分的细节变化。通过对比不同实验条件实时呈现的不同结果，迅速验证学生的设想，建立生物与环境之间相互联系的认知。此外，适当拓展种子休眠这一神奇的现象，有利于学生正确、完整地认识种子发芽所需条件，实现对科学概念的深层理解。
总之，落实科学教育做好加法，需要充分发挥学校的育人主阵地作用，通过课堂教学、课后服务和课外实践等一体化构建，多元协同保障科学教育高质量实施，整体提升学校科学教育质量。
注释：
[1] 高云峰. 探究实践：中小学推进科学教育的关键点[J]. 中小学管理，2023，06：14-18.
[2] 胡卫平. 在探究实践中培育科学素养——义务教育科学课程标准（2022年版）解读[J].基础教育课程，2022，No.322（10）：39-45.
[3] 郑永和等. 我国小学科学教师队伍现状、影响与建议——基于31个省份的大规模调研[J].华东师范大学学报（教育科学版），2023，41（04）：1-21.
[4] 季荣臻. 整合取向：科学学习方式的转型之路[J]. 江苏教育研究，2022，2B/3B：71-74.
（邵锋星，浙江省杭州市钱塘区景苑小学校长，浙江省特级教师，正高级教师，浙江省杭州市小学科学教育专业委员会会长）
本文转载自中国教育新闻网。
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