基于STEM理念的初中科学单元教学课例开发

汪小三

摘   要：立足单元的教学设计可以帮助教师摆脱普通课时的限制，从更系统、更整体、更高的角度思考教学内容，最终实现从关注知识到关注素养的转变。文章以“杠杆”单元为例，基于STEM理念对初中科学单元教学课例进行开发实践，旨在为促进理解而教，关注真实情境下的问题解决，探求基础课中的单元教学模式。

关键词：STEM;单元教学;逆向设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）8-0015-4

1    初中STEM教育现状

浙教版《科学》是最早引入STEM理念，并尝试开展STEM教育的课程，几年下来基本形成了两种取向，分别是外显的物化成果和内化的知识内容，即作品开发取向的STEM教育（以形成物化成果为目标，走拓展课路线）和科学探究取向的STEM教育（以获得多元知识和技能为目标，走基础课路线）[1]，如图1所示。

实践表明，科学探究取向的STEM教育在基础教育中易于推行，而且又具有培养学生掌握科学探究能力和跨学科知识的两重功能，特别是科学和工程的整合对于培养学生在真实情境下的问题解决能力非常有效。目前，初中科学教学对此方面的研究甚少，积极尝试具有STEM理念的课例研究是当前基础教育一个比较有价值的课题。

2    STEM理念的科学单元教学

因为浙教版《科学》教材是物理、化学、生物和宇宙等内容的综合，好多知识比较零散，教学常常处于只见森林或者只见树木的窘境。运用STEM理念进行科学和工程的整合，以工程和科学实践为核心、基本问题为引领的单元教学可以让学生在基于大概念的学习中，建立大概念和具体知识之间的对接，能把学科内零散的知识形成系统的结构化体系，促进科学核心素养的提升。

美国学者格兰特·威金斯（Grant Wiggins）和杰伊·麦克泰（Jay McTighe）在《追求理解的教学设计》一书中提到，最好的单元设计就是逆向设计，单元在逻辑上应该从想要达到的学习结果出发，而不是从我们所擅长的教材、教法和活动入手。只有明确预期的学习结果，我们才能专注于最有可能实现这些学习结果的活动、方法和内容，如图2所示[2]。

根据该理论可以从预期结果也就是目标出发，开发具有STEM理念的单元教学案例。笔者根据教学尝试，从图3中寻找到单元教学的开发路径。

本路径以结果为导向， 首先确立单元教学目标，创设单元教学情境，侧重科学探究取向，继而从学生的学开始确定“分析教材—整合资料”的优先次序。该过程需要通过多种途径确定适合的STEM教学课例，该课例一般以单元中的核心课来定位，教学实践中安排相关的教学活动来检验单元教学的可行性，不断调整形成可实际操作的课例。

单元教学与一课一时教学相比，能帮助学生在单元教学时间内深入学习与基本问题相关联的核心知识，促进学生对观念的深度理解。具体教学实践以“杠杆”单元为例，单元设计框架如表1所示。

该框架通过真实情境引出工程问题，从而驱动背景知识的学习，最终实现问题解决。背景知识学习是在真实情境创设下、基本问题引领下产生，此时学习变成内在需求，基本问题驱动了学生有目地探究、学习和建构新知。

3    单元教学设计的实践与思考

3.1    核心课教学设计

本单元计划3课时，根据预设结果的需要将第1课时的教学内容作为本单元的核心课。以下是基于STEM理念“杠杆”单元核心课第1课时的教学设计，设计的流程如表2所示。

3.2    实践与反思

简单机械是初中科学课程的重要知识，综合性强，是培养学生学科核心素养的有效载体。本文从实际教学出发，针对目前教学中存在的问题，给出了具体的教学思路与设计，旨在服务于学生的学习。

（1）单元教学的根本任务是要完善学生的认知结构

单元教学的优势在于能使原本规则复杂、结构分散的劣构知识系统化，这需要教师对孤立的碎片化知识进行统整，对教材内容按照上文所讲的开发路径深度加工。帮助学生将零散的知识结构化，多考虑学生的学习需要，强调在单元整体背景下设计教学活动，着重突出教学目标、内容的发展性、联系性和整体性。着重培养学生的科学思维方法和学科观念，有助于学生树立正确的价值观念，具有关键能力和必备品格，避免出现“只见树木，不见森林”的情况。

（2）单元教学应着眼于提升学生的元认知能力

元认知能力对学生成长和知识学习均很重要，具有较强元认知能力的学生往往能对认识过程进行及时调整和积极监控，并能对所学知识进行选择性的吸收。科学教学可以通过单元设计，着眼于提升学生的这种元认知能力。以本单元为例，安排了较多的探究活动，特别是核心课中杠杆模型的建构、力臂概念的建構以及杠杆平衡条件的探究，让学生充分经历不断寻找证据、推理、质疑、不断修正完善原有的错误认知，最终让知识在大脑中自主建构，元认知能力[4]无形中得到提升。

（3）单元教学立足于发展学生的高阶思维

单元教学应立足于实现学生的思维进阶发展，学生的高阶思维直接影响其解决复杂问题的能力。以“杠杆”单元为例，教师引导学生构建杠杆模型，构建力臂概念，探究杠杆平衡条件，直至解决实际工程问题，每一个环节紧密相关，层层深入，反复颠覆学生的原有错误认知，最终形成更高的认知水平，并迁移到解决实际工程问题，这样的教学设计无疑对学生高阶思维的发展起到了非常重要的作用。

4    小  结

本文从实际教学出发，针对目前教学中存在的实际问题，给出了具体的单元教学思路与设计模型，旨在服务于学生的学习。基于STEM理念的单元教学设计是新课改的一种教学尝试，本文呈现一个案例的单元教学实践，为的是突破常规课堂教学的格局，寻求提升学科核心素养的教学新模式。

参考文献：

[1]夏莉颖，钟柏昌.试论STEM教育的两种取向与四种方法[J].中小学数字化教学，2018（09）：8-11.

[2][美]格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰.理解为先模式——单元教学设计指南（一）[M].福州：福建教育出版社，2018：7+18.

[3]徐承翔 . UbD理论逆向设计在初中化学单元教学中的实践与反思——以《微粒的模型与符号》单元教学为例[J].化学教与学，2019（08）：6-10.

[4]周和建.基于逆向设计的“STEM+物理”课例开发——以“桥梁+力的分解”为例[J].中学物理，2020，38（03）：38-40.（栏目编辑    赵保钢）