校園工程師：指向?qū)嵺`創(chuàng)新素養(yǎng)培養(yǎng)的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)校本實(shí)踐

□陳 滔

具備科學(xué)素養(yǎng)并不僅指掌握了科學(xué)知識(shí)或能運(yùn)用科學(xué)技術(shù)，更指擁有科學(xué)思維，具備科學(xué)精神，能科學(xué)地處理實(shí)際問題，參與公共事務(wù)。

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的有效途徑。近年來，項(xiàng)目化學(xué)習(xí)方式得到了眾多學(xué)校的關(guān)注。但在具體實(shí)踐中，往往存在著參與性不足、適切性不強(qiáng)、真實(shí)性不夠等實(shí)際問題，導(dǎo)致項(xiàng)目化學(xué)習(xí)方式難以有效促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐素養(yǎng)的提升。

校本課程“校園工程師”（以下簡稱“校園工程師”）以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)為目標(biāo)，以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)方式為載體，讓學(xué)生在真實(shí)的校園環(huán)境中，用團(tuán)隊(duì)合作的方式，綜合運(yùn)用多種學(xué)科的知識(shí)和技能解決實(shí)際問題。它突破了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)的邊界，擴(kuò)大了學(xué)習(xí)的參與面，提高了學(xué)習(xí)的真實(shí)性。學(xué)生通過初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)工程師的學(xué)習(xí)實(shí)踐，在解決問題的過程中不斷提升實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)。課程實(shí)施框架如圖1。

圖1

一、初級(jí)工程師：常態(tài)課堂中推行“三步”教學(xué)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

“校園工程師”課程的實(shí)踐先結(jié)合國家基礎(chǔ)性課程，打造“初級(jí)工程師”。圍繞項(xiàng)目式學(xué)習(xí)提倡的“問題驅(qū)動(dòng)、支架學(xué)習(xí)、展示迭代”等要素開展“三步”教學(xué)（如圖2），是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的有效方式。

圖2

（一）找準(zhǔn)起點(diǎn)，確定驅(qū)動(dòng)問題

基于學(xué)科知識(shí)的驅(qū)動(dòng)問題是項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，教師需要幫助學(xué)生找準(zhǔn)學(xué)習(xí)起點(diǎn)，提出驅(qū)動(dòng)問題。

1.從學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)出發(fā)

教師可以從學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)出發(fā)，在“KWH（know-what-how）表”（如表1）的幫助下尋找驅(qū)動(dòng)問題。

對(duì)于表1中最后一列學(xué)生所呈現(xiàn)出來的問題，經(jīng)過加工改造后可以成為進(jìn)行學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的驅(qū)動(dòng)問題。

表1 關(guān)于“地球表面的地形及其變化”的KWH表

2.從學(xué)科核心概念著手

教師可以從學(xué)科概念著手，提出驅(qū)動(dòng)問題。如從課堂小概念出發(fā)，依據(jù)單元中概念，指向?qū)W科大概念，沿著概念的進(jìn)階通道找到符合項(xiàng)目化學(xué)習(xí)理念的驅(qū)動(dòng)問題。以“食物鏈?zhǔn)澄锞W(wǎng)”為例，其概念進(jìn)階如表2所示。

表2“食物鏈?zhǔn)澄锞W(wǎng)”的概念進(jìn)階表

教學(xué)中，教師可以從大概念著手，尋找本課學(xué)習(xí)的驅(qū)動(dòng)問題：如果我要去河邊釣魚，除了帶好釣魚工具之外，還要做什么準(zhǔn)備？從而圍繞本課小概念，拓展單元中概念，指向?qū)W科大概念，逐步開展項(xiàng)目化學(xué)習(xí)。

（二）提供支架，助力探究解決

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)提倡以學(xué)生為學(xué)習(xí)的中心，教師的作用主要是在學(xué)生自主探究的過程中，為他們適時(shí)提供學(xué)習(xí)支架。支架的呈現(xiàn)方式可以有多種形式，如提示相關(guān)基本概念，為學(xué)生搭建認(rèn)知支架；創(chuàng)設(shè)適切的問題情境，為學(xué)生搭建情感支架；與學(xué)生一起梳理知識(shí)體系，為學(xué)生搭建遷移支架；等等，由此通過提供支架助力學(xué)生解決問題。

（三）展示評(píng)價(jià)，迭代學(xué)習(xí)成果

展示和交流在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中起著十分重要的作用，展示評(píng)價(jià)的過程也是促進(jìn)學(xué)生調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)程，提煉學(xué)習(xí)成果的過程。教師可以采用定性和定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，使評(píng)價(jià)具有客觀性和真實(shí)性，并引導(dǎo)學(xué)生在個(gè)體展評(píng)中形成反思意識(shí)，尋找差距，促進(jìn)自身成長。

在日常教學(xué)中滲透項(xiàng)目化理念的三步學(xué)習(xí)，能夠有效促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造思維的提升。學(xué)生在每學(xué)期的“初級(jí)工程師測評(píng)”中，利用各個(gè)學(xué)科的知識(shí)，通過解決具體情境中的問題，可以取得“初級(jí)工程師”執(zhí)照。

二、中級(jí)工程師：在校園場域中進(jìn)行“四共”實(shí)踐，展開創(chuàng)造行動(dòng)

學(xué)生掌握一定的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，初步具備創(chuàng)新思維和能力后，就可以在校園場域改造中，通過問題解決的“四共”實(shí)踐，獲取“中級(jí)工程師”執(zhí)照。

（一）于校園情境中共生問題

校園是學(xué)生最熟悉的日常環(huán)境之一，善于觀察、勤于思考，就能在校園情境中提出真實(shí)問題?！皩W(xué)校廁所通風(fēng)、采光不好；沖水裝置經(jīng)常會(huì)壞，水資源浪費(fèi)；火雞房太臟太臭……”學(xué)生在校園中發(fā)現(xiàn)并提出的真實(shí)問題是項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的成果，也是開展“中級(jí)工程師”項(xiàng)目的最好資源。

（二）于多方碰撞中共商方案

確定項(xiàng)目主題后，學(xué)生需要將研究主題進(jìn)行問題分解，并借助多方資源，提出解決方案。

首先是團(tuán)隊(duì)內(nèi)的生生碰撞。學(xué)生在交流討論中明確目標(biāo)、任務(wù)并確定分工。其次是學(xué)校內(nèi)的師生互動(dòng)。學(xué)生聘請(qǐng)各學(xué)科教師為項(xiàng)目導(dǎo)師，為項(xiàng)目研究尋求保障。最后是校園外的專業(yè)引領(lǐng)。專業(yè)工程師對(duì)項(xiàng)目研究起著至關(guān)重要的作用，他們可以對(duì)項(xiàng)目的方案進(jìn)行指導(dǎo)，在細(xì)節(jié)處提出關(guān)鍵性建議，為項(xiàng)目后續(xù)的順利實(shí)施保駕護(hù)航。

（三）于實(shí)踐探索中共建場域

為突破傳統(tǒng)學(xué)習(xí)場域的局限，讓學(xué)生在真實(shí)的場景中主動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)校以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐素養(yǎng)為主線，基于“中級(jí)工程師”項(xiàng)目學(xué)習(xí)前期確定的驅(qū)動(dòng)性問題，請(qǐng)學(xué)生一起參與校園場域改造，發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐技能。

創(chuàng)造能力和審美能力都是素養(yǎng)提升的重要方面，學(xué)生把自己的想法付諸實(shí)踐，從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到模型制作，在共建校園場域的過程中，學(xué)生的思維得到提升，生態(tài)素養(yǎng)逐步形成。

（四）于成果運(yùn)用中共享資源

學(xué)生通過共尋真實(shí)問題，共商解決方案，踐行共建過程，切實(shí)地解決了校園中存在的問題。這些改建后的場域又成了他們?cè)谡n堂以外發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、共享資源的創(chuàng)新學(xué)習(xí)中心。

如學(xué)生結(jié)合科學(xué)課中的“生態(tài)瓶”，在改建后的洗手間打造水中生態(tài)系統(tǒng)，借助水循環(huán)系統(tǒng)，開展多種課堂中無法進(jìn)行的水凈化實(shí)驗(yàn)。而“能量轉(zhuǎn)換場”則將抽象的電路循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換變成具象的體驗(yàn)游戲，共享的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)又成為不同年級(jí)相關(guān)課程的補(bǔ)充材料。

三、高級(jí)工程師：在真實(shí)世界中自主解決問題，打造創(chuàng)意生活

讓學(xué)生能在真實(shí)世界中解決問題，自己動(dòng)手創(chuàng)造美好生活，是培養(yǎng)其實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)的最終目的。生活中的真實(shí)問題，往往體現(xiàn)在學(xué)生關(guān)注自我、關(guān)愛他人、關(guān)切自然的過程中。創(chuàng)意生活探究是學(xué)生運(yùn)用小課題研究的方式進(jìn)行的開放性探究型學(xué)習(xí)，學(xué)生可以通過成果的展示和運(yùn)用來獲取“高級(jí)工程師”執(zhí)照。

（一）關(guān)注自我，在創(chuàng)意中實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值

自主發(fā)現(xiàn)問題常常是從關(guān)注自我開始的。引導(dǎo)學(xué)生在了解身體的結(jié)構(gòu)、觀察身體變化、關(guān)注身體信號(hào)的過程中發(fā)現(xiàn)問題是“高級(jí)工程師”的起步課程。

在關(guān)注自我的研究過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了很多來自身體的信息。他們可以通過思維導(dǎo)圖推演這些信息背后隱藏的問題，并展開解決這些問題的創(chuàng)意研究。如學(xué)生通過觀察小便的顏色檢測自己每天的攝入水量是否充足。發(fā)現(xiàn)不足后，學(xué)生制作了具有定時(shí)功能的“提醒水杯”；發(fā)現(xiàn)自己由于近距離用眼時(shí)間過久導(dǎo)致視力下降后，學(xué)生制作了“正姿書架”；發(fā)現(xiàn)洗手后可能因手上有水分殘留而導(dǎo)致細(xì)菌滋生，學(xué)生便通過水份傳感器制作了“凈手檢測器”……

“高級(jí)工程師”通過關(guān)注自我，用智慧和創(chuàng)意改善學(xué)習(xí)、生活中的不良習(xí)慣，有效促進(jìn)了健康的生活。

（二）關(guān)愛他人，在探索中尋求利他功能

基于小課題的研究有效激發(fā)了學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，學(xué)校鼓勵(lì)學(xué)生依據(jù)個(gè)人的興趣點(diǎn)，提升幫助他人，為他人服務(wù)的意識(shí)，在探索中尋求利他功能。以“貓貓引導(dǎo)器”的誕生為例，具體如下。

（1）問題產(chǎn)生：早晨在教室里經(jīng)常出現(xiàn)野貓，同學(xué)們看到貓以后會(huì)大呼小叫，導(dǎo)致大家都無法靜心學(xué)習(xí)。

（2）原因分析：學(xué)生組隊(duì)分析貓喜歡到教室里來的原因：取暖、躲避、好奇等。

（3）提出設(shè)想：學(xué)生以光傳感器和聲音模塊為主要元件，制作“貓貓驅(qū)趕器”。只要有物體靠近傳感器，“驅(qū)趕器”就會(huì)發(fā)出刺耳的聲音，從而將靠近傳感器的野貓“嚇走”。

（4）實(shí)驗(yàn)迭代：通過幾個(gè)月的學(xué)習(xí)、制作和試用，學(xué)生不斷對(duì)“產(chǎn)品”進(jìn)行迭代，使其功能更完善、效果更佳。

（5）后續(xù)研究：野貓不再進(jìn)入教室，同學(xué)們的實(shí)際問題得以解決。而野貓的“住宿”問題又成了“工程師”們新的關(guān)注點(diǎn)。

該階段，學(xué)生通過小課題研究的方式，綜合運(yùn)用自身所學(xué)的知識(shí)和技能，在為他人解決真實(shí)問題的過程中，提升了自身的實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)。

（三）關(guān)心自然，在“智造”中維系自然平衡

無論是關(guān)注自我的創(chuàng)意制作還是關(guān)愛他人的利他行為，最終都要指向與自然的和諧共生。以“一條有溫度的路”的創(chuàng)生歷程為例，具體如下。

問題：2021年的寒冬，校園路面結(jié)冰造成學(xué)生頻繁摔跤。502班的林同學(xué)一直在想，怎么做可以讓路面不結(jié)冰？

設(shè)想：首選方案應(yīng)該是利用自然資源。如果可以利用風(fēng)能發(fā)電，再通過電加熱收集的雨水，就能形成一條“露天地暖”，既能解決問題，又不會(huì)增加能耗，是個(gè)好辦法。

測算：冬天，學(xué)校周邊的風(fēng)速經(jīng)常保持在每秒12～20米，可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成可用的電能。

學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、改進(jìn)、實(shí)施的過程。通過長時(shí)間的摸索，反復(fù)迭代，學(xué)生最終用智慧和汗水完成了“一條有溫度的路”這一創(chuàng)意實(shí)踐。這不但改善了自己的校園生活，也達(dá)到了與自然共生的目標(biāo)。他們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力也在這一過程中不斷提高。

“校園工程師”課程有機(jī)地融合了國家課程內(nèi)容，充分利用校園真實(shí)情境，讓學(xué)生在實(shí)踐中用智慧和汗水創(chuàng)造美好的生活。該課程打破了傳統(tǒng)課堂的壁壘，有效提升了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)，是有借鑒意義的校本課程新樣態(tài)。