融合STEM理念的初中科学单元教学设计与思考

［摘 要］单元教学从整体视角出发，统整学科知识的逻辑发展顺序，精选并重组学科内容，整合学科核心观念，倡导“大概念”“大主题”的教学方式，旨在摆脱碎片化课时教学的困境。融合STEM理念的科学教学要求体现科学与工程的实践整合，以此为主导的单元教学强调知识的重新建构，以更好地展现学科核心素养的本质。文章以“溶液”单元为例，深入探讨浙教版科学教材进行单元教学设计的可行性。

［关键词］STEM理念；单元教学；初中科学；溶液

［中图分类号］" " G633.98" " " " " " " " ［文献标识码］" " A" " " " " " " " ［文章编号］" " 1674-6058（2024）32-0094-05

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）在优化课程内容结构方面明确指出：立足学生核心素养的发展，遴选重要观念、主题内容和基础知识，设计课程内容，增强内容与育人目标的联系，优化内容组织形式，带动课程综合化实施，强化实践性要求。跨学科实践作为当前基础教育的热点议题，其目的在于突破传统学科边界，鼓励学生在不同学科间建立联系并开展互动，从而提升他们综合分析和解决问题的能力。尽管跨学科实践的优势得到广泛认可，但其在实际教学中受重视的程度仍需进一步提升。在遵循认知规律的前提下，浙教版科学教材各部分知识大致遵循由简入繁、由浅及深、从概念到规律的线性编排原则。然而，这种编排方式有时会导致教师在教学设计中过于依赖教材而陷入碎片化课时教学的困境，难以从单元结构上整体把握教学内容。

采取跨学科实践方式，实施大单元教学能有效解决初中科学跨学科实践教学目标泛化、内容拼凑化等问题，同时，这也符合培养学生学科核心素养的要求。

一、融合STEM理念的单元教学意义

（一）STEM的界定

融合STEM理念的初中科学单元教学主要体现为科学、技术、工程和数学的教学整合，其关系架构如图1所示。STEM理念强调实践探究，特别是跨学科的实践探究，这是一种教学上的创新尝试。它以学科大概念为核心知识引领，以解决真实工程问题为导向，在单元整体构想下确定一系列学习主题，并开发相关的教学案例，旨在探索初中基础教育教学改革的新思路。综合而言，STEM教育应秉持三大核心理念：跨学科整合、问题导向及技术赋能。

（二）单元教学设计的定位

在本文中，“单元”并不局限于单纯的教学单位，而是涵盖了与教学内容相关的学习组织。所谓“单元教学设计”，是指教师在深入解读和剖析课程标准、教材等教学指导性资源的基础上，全面了解学情及教学内容，对章节内容的内在联系进行分析、重组与整合，进而提炼出具有教学张力和引领性的教学主题——大概念。其核心理念以解决真实问题为目标，实现教学整合。

（三）融合STEM理念的意义

首先，融合STEM理念能够将抽象的科学知识与实际生活中的问题联系起来，激发学生的学习兴趣。同时，这种实践性的学习方式也有利于培养学生的探索精神和创新意识。其次，STEM理念强调跨学科实践。在实践过程中，学生需要运用跨学科知识解决实际问题，这有利于学生提升综合素质，实现全面发展。最后，融合STEM理念能够提高教学效果，使学生更容易理解和掌握科学知识。STEM理念下的实践教学模式能够促使学生将各学科知识点有机融合，构建完整的知识体系。此外，这种教学模式还有助于培养学生的自主学习能力，为他们日后的学术深造和未来的生活奠定坚实的基础。

二、融合STEM理念的单元教学设计

（一）单元教学要素分析

教师首先需要深入解读教材，整理出需要完成的知识内容，并依据课程标准形成精准的课程定位（知识的课程坐标如图2所示）。在实施这一步骤时，教师需要从整体出发，思考单元在课程体系中的定位以及单元间的相互影响，从而提炼出本节学习内容所涉及的主题或单元。其次，在整合资料的过程中，教师需要掌握学生的学段特征和知识水平，充分认识学生能力发展的进阶过程。最后，教师需要明确单元所指向的学科核心素养，这些素养可以侧重某一特定方面，也可以均衡覆盖多个方面。

下面以浙教版八年级上册“科学”第一章“水和水的溶液”的第4、第5节溶液相关知识单元教学为例。

在备课过程中，教师应全面分析课程内容，并依据表1提供的维度进行教学设计。在充分明确课程特质、学情特征及素养培养方向的基础上，教师应融合STEM理念，确定单元教学主题，制定切实可行的课时目标。

本单元教学选取“天气瓶”（如图3）作为教学线索。“天气瓶”不仅与学生的日常生活紧密相连，还涉及丰富的科学知识及其他相关领域的知识。同时，其制作过程能够锻炼学生的实践操作能力。

（二）单元教学内容分析

教师应在整合单元内容的基础上提炼出本单元的大概念——物质组成、能量变化、溶解限度、条件控制，并在大概念的统领下对“溶液”单元进行如下建构（如表2）。

如此整合充分采纳了新课标的教学建议，带来了以下几个好处：1.与学生原有的认知相契合。学生的知识基础可参见溶液相关知识的新课标要求（如表3）。本单元教学设计突出了以学生为中心的思想，使学生的学习变得更加主动且高效。2.帮助学生形成整体认知。就像造房子一样，单元教学设计为学生搭建好了整体框架以及脚手架，这样有利于学生构建知识体系并深入理解科学概念。3.教学整合促进了知识的建构。教学过程由整体到局部，真实问题的引领让学生的学习变得有目的性。学生在解决问题的过程中，对“饱和溶液”“溶解度”“溶质质量分数”等概念的理解会更加深刻，知识建构更加有序。教学目的指向明确，教学行为聚焦核心问题，学生的迁移应用能力得到提升。

（三）单元教学目标

“溶液”单元各课时教学目标如表4所示。

（四）单元教学开发路径

开发STEM理念下的初中科学单元教学的路径如图4所示。路径的开发遵循维金斯的逆向教学设计原则，即从前期目标定位到内容整合再到核心课程确立。

上述路径主要借鉴了《追求理解的教学设计》中的相关理论。在总体上明确了开发思路之后，单元教学可以进一步深入到具体的任务中去。STEM理念强调跨学科的综合实践活动，单元整体教学强调对大概念的领悟和知识结构化，两者可以通过项目化实践实现深度融合，融合路径如图5所示。

（五）单元教学流程

“溶液”单元教学流程如图6所示。

该教学流程的设计通过创设真实的问题情境和设置驱动性问题，有效推动了学生的学习进程。在单元起始课上，笔者创设了以下情境：首先，播放视频《Storm Glass》，该视频展示了“天气瓶”实物及瓶内的变化情况。其次，介绍“天气瓶”，并详细阐述其工作原理：当溶液呈现朦胧状且有沉淀物时，往往预示着多云天气；当溶液清澈透明时，则预示着晴朗天气。简而言之，“天气瓶”内的溶液结晶形态会随着天气的变化而相应变化。通过观察这些结晶的形态，人们便能预测天气的变化。这一情境设计迅速建立了生活与科学之间的联系，使学生能够轻松进入学习主题，并极大地激发他们的学习兴趣。这充分体现了这STEM教育的情境性以及大概念基本问题在学习过程中的引领作用。

（六）单元活动评价

在大概念单元教学评价中，应遵循“教、学、评”一体化、一致性、层次性和多样性的原则。一方面，要将评价融入教学的互动过程中，使教学、学习与评价三者紧密结合，充分发挥评价在诊断、改进、调节和激励方面的作用。另一方面，需要开发多样化且精细的评价工具，实施持续性评价，着重强调“为促进学习而进行评价”以及“将评价作为学习过程的一部分”，旨在通过评价推动教学、促进学习。“溶液”单元学习活动评价标准如表5所示。

三、教学反思

本单元教学设计的优点在于注重学生思维模型的建构，以此培养学生的科学核心素养。通过层层推进、螺旋上升的教学流程，学生能够逐步建立起溶液的分析思维模型，进而能够更好地理解和应用相关知识。本单元教学还注重新旧知识的结合，通过复习巩固旧知识和巧妙引入新知识的方式，使学生能够更好地理解和应用所学的知识。这种教学方式不仅让学生对新知识有了更深入的理解，还让学生巩固了旧知识，使学习更具连贯性和深度。

此外，新颖的教学方法与学习方式能够激发学生的学习兴趣和动力，特别是实践教学模式，能够培养学生的实验技能和科学思维能力。本单元教学的另一个优势在于能够使知识系统化，提高学生的学习效果。通过深度挖掘和整合教材内容，教师能够帮助学生建立起知识体系之间的联系，从而推动学生对知识的深入理解和强化记忆。这样的教学能够更好地满足学生的学习需求，提高教学质量。它使单元教学内容结构化并富有“弹性”，从而完善学生的认知结构。在本单元的学习中，学生循序渐进地构建认知体系，从溶液的基本概念入手，逐步深入到实际应用，解决生活中的实际问题。在此过程中，学生的科学核心素养得到了潜移默化的提升。

［" "参" "考" "文" "献" "］

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