小学科学与信息科技融合的教学创新：设计思路与实践案例

余舒雯 于丽楠 曹福来 陶扬 李炯 陶丹

核心素养导向的育人方式变革

新一轮科技革命推动产业变革的同时，也对教育提出了新的挑战。工业时代知识和信息更新速度慢，生活和工作所处环境稳定，学校仅需通过传授明确的知识和技能帮助学生应对日常生活和工作的需求。而在智能时代，随着技术的发展和信息的爆炸式增长，职业更迭加速，职业技能要求也不断变化。在这样的背景下，学校需要培养出大量能够应对不断涌现的新问题和新挑战的学生，以传授已有知识和技能为本位的传统育人模式无法响应这一需求。正如著名教育家约翰·杜威所言：“如果我们用过去的方式教育现在的孩子，就是在剥夺他们的未来。”

为迎接这一挑战，我国启动了以核心素养为导向的教育改革，试图通过课程与教学改革培养学生适应终身发展和社会发展所需要的必备品格和关键能力。2022 年，教育部印发了新版义务教育课程方案，强调学习者在真实情境中解决问题的能力，按照学习者学习逻辑组织呈现课程内容，引导学习者参与学科探究实践，并明确提出要设立跨学科主题学习活动，开展跨学科主题教学。这一轮课程改革的重点切实响应了育人方式变革的核心要求，这一变革也较好地体现在各学科的新课标中。

在确定科学课程对学生核心素养发展（科学观念、科学思维、探究实践、态度责任）的基础上，《义务教育科学课程标准（2022 年版）》围绕核心概念整合课程内容，根据不同学段学生认知发展规律合理安排课程进阶，并加强科学与工程实践，让学生参与真实的科学探究过程，培养學生的问题解决能力。这些改革在关注学科和跨学科核心概念的同时，鼓励学生通过亲身探索周围世界的实践过程获得科学知识，解决科学问题，形成科学探究能力[1]。《义务教育信息科技课程标准（2022 年版）》同样凝练了4 个方面的学科核心素养（信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任），梳理出整合课程内容的6 条逻辑主线（数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能），并按照不同学段刻画了学科核心素养进阶的表现，尤其关注信息科技课程内容与其他学科，以及学生真实生活的整合实践。面向核心素养的信息科技教育力求实现从“知识教育”到“素养教育”的转变，从追求学科知识的系统性向以学生体验性为核心的转变[2]。

落实素养导向的科学与信息科技课程的挑战与路径

虽然科学和信息科技新课标及时响应了素养导向育人模式的现实需求，但如何在学科教学实践中落地尚面临诸多挑战。首先，教师需要深入理解每个核心素养发展要求及其组成要素的本质和相互关系。其次，尽管以项目式为主的探究式教学作为一种发展学生解决真实问题能力的方式被广泛接纳，但当前课堂教学中的项目式教学往往呈现出“菜单式”的样态，过分强调固定程序，制约学生主体性的发挥[3]。

此外，近期针对我国小学科学教师的一项大规模调查结果表明，小学科学教师在探究式教学、实验教学、跨学科教学等方面的教学实践能力较为薄弱[4]。同样，对于信息科技教师而言，立足学科基本概念，依托主题活动和学生生活的真实情境，通过概念群、问题链和系列任务活动进行单元教学设计，让学生参与到真实的问题解决的学科实践过程等，转变难度巨大[2]，尤其对于低年龄段的信息科技教学。最后，对于科学和信息科技教师，在缺乏新教材和配套课程资源支持的情况下，他们亟需一个教学抓手，以更好地培育学生的学科核心素养。

基于小学科学课堂长期实证研究的总结指出，为兼顾学科知识体系的系统性和学科实践的真实性，学生需要作为探究的主体参与学科探究核心决策过程，在学生兴趣和问题驱动的探究过程中发展学科核心素养，而非要求学生被动解决教师预设的研究问题或体验问题解决的步骤化过程[5]。此外，在国际范围内，信息科技融入科学学科是常见做法，如美国《K—12计算机科学框架》建议将计算机科学和数学、科学建立联系，帮助学生获得更加连贯的教育体验[6]。为了实现信息科技教学从学科知识、技术工具到高阶思维培养的转变，我国学者也建议基于学科融合的理念，将信息技术的基础技能作为学生必学必备的能力与其他学科进行有机整合，特别是对于小学低年级的课堂教学[7]。鉴于此，本文将结合已有研究和实践，为一线小学教师落实素养导向的科学与信息科技融合的项目式教学提供一个设计思路和实践案例。

小学科学和信息科技融合的项目式教学设计思路

以2022 年版科学和信息科技课程标准为依据，本文构建了如图1 所示的小学高年级阶段（3—6 年级）科学与信息科技融合的项目式教学设计思路。该设计思路包含5 个主要环节：①整体理解科学和信息科技课标，定位学段目标及学科核心概念／内容模块和学科实践要求，确定项目主题；②充分考虑课程标准中的内容要求、学业要求和学业质量标准，同时基于开展学习者现状分析，结合二者确定项目目标；③结合学生认知发展逐步深入的规律，将项目实施规划为围绕项目主题的体验、拓展和综合3 个阶段；④围绕相应主题的学业质量标准系统设计评价方案，综合考虑不同主体、不同内容和不同方式的评价，同时关注过程性评价和总结性评价；⑤根据体验、拓展、综合3 个阶段逐步实施，结合评价方案设计把握教学进展。在具体实施过程中，学生在教师的支持下提出个体问题、转化个人问题、构建小组问题群和更新问题群，根据动态发展的问题群推动课堂探究实践。同时，教师与研究团队一起为学生提供全过程的工具、资源和学习过程脚手架的支持。

小学科学和信息科技融合的项目式教学实践案例

本案例的实施对象为北京市八一学校小学部3 年级学生。作为一所十二年一贯制公立学校，八一学校小学段为5 年制，在1—5 年级设置科学课（1—2 年级每周1 节，3—5 年级每周2 节），在3—5 年级每周设置1 节信息科技课。?? 筛选项目主题，明确学科内容与实践根据科学课程标准在3—4 年级设定的学段目标，初步将主题内容设定为“生命的延续与进化”中的“不同种类的动物具有不同的生殖方式和发育过程”部分。参考信息科技课程标准在第二学段（3—4 年级）设定的学段目标，选定“在线学习与生活”内容模块。综合考虑两科的内容和实践需求，将项目主题定为“认识动物的一生”。

分析内容要求和学习者现状，确定目标

分析内容要求和学习者现状 根据科学和信息科技课程标准的要求，以八一学校小学部3 年级中1 个班的38 名学生为对象，调查学生已有的养殖经验、养殖兴趣、科学观念、对科学实践的认识。调查结果表明，大部分学生有过养蚕及饲养其他动物的经历，对于蚕的身体结构、繁殖方式、行为特征有一定的了解，对常见动物的繁殖方式和生命周期也比较熟悉。此外，3 年级学生有初步的科学探究经历，尚未构建起对科学实践的全面认识。受新冠疫情影响，3 年级学生有过使用数字化设备开展居家学习的经验，在日常生活中也有使用少量数字化设备的经验，并无使用网络工具支持学习的体验。基于此明确了项目的两条主线，并将目标确定为“在加强科学和信息科技实践的基础上拓展学科知识”。

确定教学目标 结合学习内容要求和学情分析，明确本项目的目标和具体内容：学生能够举例说出动物从生到死的生命过程，描述和比较胎生与卵生动物的繁殖方式；能运用感官并选择恰当的工具、仪器，观察并描述对象的外部形态特征及现象；运用科学方法分析结果得出结论，在反思探究历程的基础上形成探究过程的基本认识；能够采用合适方式开展在线资源检索、在线交流，创作数字作品。具体而言， 本案例中使用的在线协作平台为知识论坛（KnowledgeForum，简称KF）。基于对教学内容的分析、学情分析和教学目标的梳理，“认识动物的一生”的项目内容如图2 所示。

拆解项目实施阶段

完成学情调研之后，通过邀请学生分享已有养殖经验，并结合养蚕专家的分享导入本项目。在项目实施的“体验”阶段，学生通过养蚕了解这种动物的繁殖方式和发育过程；在“拓展”阶段，学生应用蚕养殖过程中所掌握的知识、技能、方法等调研自己感兴趣的其他动物的一生，将已学知识和技能迁移到其他动物中，形成对更广泛的动物的一生的认识；在“综合”阶段，学生反思和提炼关于动物主题所学习的内容，形成对动物的繁殖方式与发育过程更系统的认识。

设计评价方案

采用学习单、课堂观察与对话、科学观察记录本3 种评价工具，将过程性评价贯穿项目实施全过程。在项目实施的不同环节，教师为学生提供适切的学习支架，通过学生学习单的反馈了解学习效果。同时，教师还通过课堂中不定期的正式与非正式的师生、生生对话和课堂观察了解学生的进展。最后，学生在观察记录本上记录的观察笔记也将作为一种评价学生观察和记录能力的有效工具。项目后期的综合阶段，学生的个人反思、汇报和小组的项目作品将联合作为总结性评价方式考查是否达成教学目标。

项目实施和评价

在体验阶段，每位学生围绕蚕提出自己感兴趣的各种问题。随后，教师引导学生反思，对各自的问题进行转化。首先讨论提出的问题是否与本主题学习有关；其次讨论什么样的问题是一个值得探究的好问题，共同确定好问题的判断标准。学生基于以上讨论，反思并转化个人问题，并提出新的科学问题。学生对所有的问题进行归类，凝练成几个关键词的问题群（如图3a 所示），并自动形成相应的小组。各小组成员在养殖蚕的过程中，通过观察、记录、实验、查阅资料等方式围绕本小组的问题开展探究。教师不定期组织学生开展小组和集体反思，帮助学生建立起对自己问题解决过程的认识。

学生关注的问题会随着蚕的生长变化而变化。图3b 中呈现了学生在第二个阶段形成的新的问题，包括蜕皮、吐丝、结茧等，小组的成员也在发展变化。在KF 平台上，学生也将自己小组的研究发现在线分享给班级同学，并围绕感兴趣的共同问题进行交流。

根据体验阶段学生习得的关于蚕的一生的知识发展出来的框架（身体结构、生长变化、生活习性等方面）和对科学探究过程的基本感知（观察现象、提出问题、作出猜想、验证猜想、得出结论），学生在拓展阶段借助网络和科普书籍，以资料调研的形式围绕另外一种动物的一生开展调查，并制作PPT 分享发现。部分同学调查了小鸡、小狗及海洋动物等的一生，通过在线平台分享给全班。

在综合阶段，学生对所调研的动物进行反思和提炼，总结不同动物的生殖方式、身体结构和发育过程等，形成对动物主题的深入认识，从而拓展已有知识结构。同时在科學探究实践方面，各小组反思各自的科学探究过程，通过引入科学家资源，学生能够和科学家对话并将自己的科学探究历程与科学家作比较，最终对科学探究形成整体性的系统认识。

总结

2022 年版面向核心素养的新课标的出台在变革育人方式的同时，也对小学科学和信息科技教师提出了新挑战。本文结合已有研究和实践，为一线小学教师落实核心素养导向的科学与信息科技融合的项目式教学提供了设计思路和实践案例。核心素养导向的育人方式需要同时兼顾学科知识体系与学科实践，让学生作为探究主体参与到核心探究决策过程中，有利于学生在课堂中发展真实的学科实践。信息技术学科融入科学教育不断帮助学生拓展探究过程中可用的学习资源，也有效支持了创新学习方式在课堂中的落地。

参考文献

[1] 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（10）：39-45．

[2] 义务教育信息科技课程标准研制组．为未来社会培养具有数字素养与技能的人才——义务教育信息科技课程标准（2022年版）解读[J]．基础教育课程，2022（10）：67-73．

[3] 林兆星．科学教学如何实现从科学探究到科学实践的转型[J]．课程·教材·教法，2020，40（3）：65-69．

[4] 郑永和，杨宣洋，王晶莹，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（4）：1-21．

[5] 陶丹，张建伟．创造性探究：课堂组织与技术支持[J]．开放教育研究，2022，28（3）：4-17．

[6] Association for computing machinery. K-12 ComputerScience Framework[S/OL]. （2016）[2023-10-01]. https：//k12cs.org.

[7] 王学男，林众．美国《CSTA K—12 计算机科学课程标准（2017年修订版）》的解读与启示[J]．课程·教材·教法，2021，41（4）：138-143．

（本研究为北京市八一学校横向委托课题“小学科学与信息科技整合课程开发”阶段性成果）