这堂科学课，老师变成“魔法师”，学生成为课堂的主人

今年6月，国务院印发《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》。纲要中指出，要提升青少年科学素质，激发青少年的好奇心、求知欲及创新能力。这对我们从应试教育转向素质教育提出了迫切的要求。在这个框架下，引导变革教学方式，倡导启发式、探究式、开放式教学，成为科学教育转型的方向。

编  | Eva

“好奇心是人的天性，对科学兴趣的引导和培养要从娃娃抓起……”习总书记的这句话，对于正确引导和保护孩子的好奇心指明了方向。

事实上，世界许多成就斐然的科学家，他们的事业往往萌生于儿时的好奇心，沿着兴趣的指引最终开拓出成功的路径。好奇心是人类探索未知世界的原动力，也是培养未来科学家的起点。

然而，如何点燃孩子的好奇心？这不仅是一个科学问题，更是一个教育问题。

今天，我们透过一部生动有趣的教学纪录片《一堂科学课》，来发掘其中的奥秘……

01

一堂神奇的科学课

探究“看”得见的声音

我们都知道，声音是可以传播的。但是声音在哪里传播？怎么传播？这是孩子们关心又好奇的问题。

而如何让孩子理解声音的传播？怎么让一堂科学课变得生动又令人印象深刻？这是老师们操心的问题。

在上海实验学校国际部四年级的一堂科学课上，Daisy老师带着学生通过另一种方式，一起完成了一堂有关声音传播知识的探究之旅。这堂课上，老师变身成为抽象概念的“魔法师”，通过不同的实践活动，让学生们“看见”声音的传播，十分新奇有趣。

▲Daisy老师的课堂

他们做了一次非常特别的实验，过程是这样的：

一是探讨声音在液体的传播。

学生们以小组的形式，运用控制变量的方法，探究音叉以不同的形式、放置于不同的位置等情形下被敲击而引起的水面变化情况，并进行预测、探究、对比、讨论、重复实验。

▲分组实验的孩子们

二是探讨声音在固体的传播。

学生们以小组的形式，将盐或其他细小物品洒于实验台上，运用控制变量的方法，探究音叉以不同的形式、放置于不同的位置等情形下被敲击而引起的物体位置变化情况，并进行预测、探究、对比、讨论、重复实验。

▲孩子们观察水面

Daisy老师讲道，由于声音的概念看不见也摸不着，其实很难理解。但是透过这样的“探索”过程，给学生提供了解释抽象概念的思路，让课堂变得更有趣。

在这堂课的探究环节中，Daisy老师并没有抽象讲解，而是将探索的主动权交给了学生。各组学生在初次尝试音叉在水中的使用时，老师没有一开始就告知音叉的正确使用方式，而是让他们在协作、试错、对比、总结中慢慢摸索正确的方式，通过“导入、探究、汇报、连接、反馈”五个环节来学习。

这样的课堂设计将工程学原理紧密地融合进知识点的学习当中，让学生们充分收获一个个完整的探索过程。最后，获得并传递正确答案的，便是学生们自己。

如何让学生记住枯燥的概念并且能够深入理解，一直是教学上的难点，也是学生在学习中最具挑战的地方：如果是以抽象图形、文字的形式直接告诉学生，让学生开启背诵记忆的模式，往往会引起学生反感且效果欠佳。

但是如果方式改变，效果就会大为不同。这堂科学课上，老师与学生是共同的探究者，而不是“我讲你听”。在对“声音”的科学探究过程中，老师引导学生用各种科学的方法和途径去探究真实现象，激发了学生的好奇心和自驱力，让他们完成自我探索和学习的过程。

跟以往传统的科学课堂相比，这堂科学课给学生带来的是完全不同的学习体验。

02

双PBL教学

点燃好奇心和探索欲

提起STEM教育，我们早已不陌生。STEM教育就是科学、技术、工程、数学的教育。STEM教育的过程，不是把科学、技术、工程和数学知识进行简单叠加，而是特别强调将本来分散的四门学科自然地组合形成新的整体。

它强调知识跨界、场景多元、问题生成、批判建构、创新驱动，既体现出课程综合化、实践化、活动化的诸多特征，又反映了课程回归生活、回归社会、回归自然的本质诉求；它是为了更好地帮助学生不被单一学科的知识体系所束缚，促进教师在教学过程中更好地进行跨学科融合，鼓励学生跨学科解决问题。

同传统的科学教育相比，STEM教育的最大特点之一是“有趣”。有趣，是点燃孩子好奇心的起点，一堂孩子们都期待的课堂，才是能激发有效学习，甚至激发教师的教学幸福感的课堂体验。

前文中，上海实验学校国际部四年级探究声音传播的科学课很好地印证了这一点。通过一个真实的现象，让学生以团队的方式进行自主探索、讨论与合作交流，激发学生的好奇心与探索欲望，将课堂回归学生，让学生成为课堂的小主人。

而这个有趣的科学课堂的实现，靠的就是双PBL教学——“现象式学习”（Phenomenon Based Learning）和 “项目制学习”（Project Based Learning）。

比起理解纯粹的公式与抽象概念，现象式学习+项目制学习让学习回归生活，鼓励学生以生活中的真实现象或学生关心的主题为学习内容，激发学生的好奇心与自驱力，点燃主动探究的热情，同时也让学生明白“我为何而学”。

这种教学模式的特点是在同一模块中，囊括多种跨学科知识，比如经济、历史、地理、生物等，以生动的具象主题作为载体贯穿学习，从而实现跨学科教学，培养学生贯穿于不同学科和领域所需要具备的横贯能力。

上海实验学校国际部四年级完成的这堂科学课，是妙启思未来学校STEM实践项目的一个落地实践。课堂上使用的《妙科》课程（Twig Science），采用的正是双PBL教学理念。

《妙科》是基于美国《下一代科学教育标准》（NGSS）研发的科学课程体系。该课程体系紧贴NGSS框架中的三个学习维度（知﹑行﹑思），通过模块化的教学设计，将真实现象与NGSS中三个学习维度进行匹配，以实现跨学科的学习目标。它使学生在学习知识点的同时，建立交叉思维习惯，并学会和运用工程设计思维，培养学生像科学家一样思考，像工程师一样解决问题。

▲框架中的三维学习模式

教学设计，将真实现象与NGSS中三个学习维度进行匹配，以实现跨学科的学习目标。它使学生在学习知识点的同时，建立交叉思维习惯，并学会和运用工程设计思维，培养学生像科学家一样思考，像工程师一样解决问题。

再以上海实验学校国际部四年级探究声音传播的课堂为例，学生在不同的节点记录了他们对于声音在不同介质上传播的模型。按照工程学原理，在实践探究的同时，同学们会在作业本上初次描绘他们所观察到的声音传播模型，并在黑板上分享示范。

▲分享展示模型的孩子

据Daisy老师介绍，通过这两个试验性探究，学生们更多获得的是一些初步的感知，并没有升华到一种理论的高度，所以需要通过直观的教学视频，更好地将这些知识可视化，以达到进一步巩固、加深理解的作用。

为此，课堂上配合了视频教学，详细而生动形象地展现声音传播的整个过程，进一步夯实学生对声音传播方式的理解，而后修正了自己所绘制的声音传播的模型。

这样的课程设计，目的在于引导学生通过动手探究、在线及视频调查、阅读写作、工程设计挑战等多种方式，将科学知识与工程技能相融合，学会定义问题、提出并优化解决方案，以达成三维学习目标。

通过这个探究过程，使学生更好地学习知识点，建立交叉思维习惯，直观、深刻地理解科学概念，从而让科学知识不再晦涩难懂。更重要的是，它促进了教师在教学过程中更好地进行跨学科融合，鼓励学生跨学科解决问题，实现知行思的结合。

而这正是STEM教育的核心体现。

03

告别传统科学课堂

实现真正的STEM教育

在科技飞速迭代的未来，最重要的不是死学知识，而是提升学习能力和科学素养。

今年6月，国务院印发《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》，为未来15年的科学教育奠定了纲领框架性的指导。其中，纲要中的具体实施方针明确指出：

· 青少年科学素质提升行动。要激发青少年好奇心和想象力，增强科学兴趣、创新意识和创新能力。

· 提升基础教育阶段科学教育水平。引导变革教学方式，倡导启发式、探究式、开放式教学，保护学生好奇心，激发求知欲和想象力。

而粤港澳大湾区也针对STEM教育课程，提出：

· 围绕跨学科、项目式、从真实情景出发的特征，以工程设计为特色，开展基于学科的项目式学习，培养学生面向未来的核心素养和关键能力。

· 打破学科界限，创新课程体系。改变单一学科的学习模式局限，基于核心知识进行跨学科融合与课程设计，开展STEM课程、跨学科项目式学习。

这意味着学校的科学教育面临着教学方式的转变。因为过去的教学方法已经难以满足未来人才培养的需求。一方面，学校优质的STEM课程资源欠缺；另一方面，真正懂STEM的科学老师非常匮乏。

从2020年开始，妙启思教育携手国内多所知名学校开展未来学校STEM实践项目，目前已在潍坊未来实验学校、上海实验学校国际部、一土学校、西安高新国际学校等多家公立、国际学校开展联合教学项目，共同探索创新STEM教育的中国之路。

而《妙科》，正是基于NGSS研发的面向3-12岁儿童的STEM融合式科学课程，由妙启思教育主导，英国帝国理工学院及斯坦福大学量评中心参与研发，形成了完整的线下与线上教学解决方案，在上述学校均已有效实践。

《妙科》课程的最大特点是通过模块化教学设计，将真实现象与NGSS中三个学习维度进行匹配。模块现象契合学生兴趣与认知能力，通过驱动型问题由浅入深地展开结构性探索，为学生创造自由思考、自主探究、设计和优化解决方案的学习场景。

▲《妙科》课程模块化教学设计

对于学校来说，如何快速实现21世纪的教学转型？妙科的课程和教师培训像一个火种，转变教师的思维方式、教学设计理念，带活整个课堂，帮助学校实践真正的STEM教育。

这，就是妙启思教育探索的一场面向未来的STEM教学实践所带来的中国答案。

福利：

将三维学习模式带入您的课堂！妙启思教育特别为幼儿园、小学及教培机构准备了试听课教学资源，给学生带来妙趣横生的教学体验，重塑科学教育。

妙启思将在顶思主办的RAISE2021教育创新发展大会“课程融合与创新论坛”举办工作坊——基于NGSS三维学习模式下的科学课程设计，邀请学术校长、教研负责人、课程主管、科学教师共同探讨NGSS理念对于跨学科项目制课程设计的启发，并以妙科四年级主题模块《鸡蛋赛车手》为原点，挑选其中的其中有代表性的一课《制作一个弹射器》来和各位现场体验，将DCI（核心学科知识）、SEP（科学与工程实践）、CCC（跨学科概念）紧密融合，从而理解基于真实情景、以工程设计为特色的跨学科项目制课程。

届时，欢迎大家关注、探讨STEM教育！

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