中小學(xué)如何“孵化”學(xué)生的科學(xué)精神

中南大學(xué)第二附屬小學(xué)：突破三層壁壘 點燃學(xué)生科創(chuàng)夢想

肖慧

科學(xué)教育是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要部分，是回答“錢學(xué)森之問”的基礎(chǔ)工程。中南大學(xué)第二附屬小學(xué)把科學(xué)教育作為實施素質(zhì)教育的突破口，以學(xué)生創(chuàng)新成長為核心，突破科學(xué)教育學(xué)科融合壁壘、資源壁壘、學(xué)生興趣壁壘，用心構(gòu)筑育人新樣態(tài)，讓學(xué)生體驗科學(xué)探究的樂趣，實現(xiàn)了科學(xué)教育的高質(zhì)量發(fā)展。

突破學(xué)科融合壁壘

聚焦師生學(xué)習(xí)力培養(yǎng)

中南大學(xué)第二附屬小學(xué)科學(xué)教育歷時20年，改革創(chuàng)新之路歷經(jīng)了單科縱向推進(jìn)、科學(xué)教育與全學(xué)科融合、聚焦學(xué)習(xí)力培養(yǎng)三個階段，實現(xiàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)向綜合性、創(chuàng)新性轉(zhuǎn)型，學(xué)生的分析綜合、團(tuán)結(jié)協(xié)作、創(chuàng)新能力得到大幅提升。

科學(xué)教育不僅要激發(fā)師生創(chuàng)新意識，掌握科技知識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，更是要求師生提升學(xué)習(xí)力。我們突破學(xué)科融合壁壘，多年來堅持培養(yǎng)探究創(chuàng)新人才的育人理念，以科學(xué)、信息等科學(xué)類課程為主導(dǎo)，融入所有學(xué)科常態(tài)課堂。語文課中的探究作文、漢字溯源、科技小論文的寫作，數(shù)學(xué)課中的節(jié)水探秘，美術(shù)課上的科幻繪畫，勞動課中的作物種植等都能激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。校園內(nèi)外皆科學(xué)，每門學(xué)科都注重培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)精神。

我們特別注重挖掘整合各類課程中的科學(xué)教育元素，關(guān)注生活實踐，培養(yǎng)動手創(chuàng)造能力，從小為學(xué)生插上科學(xué)創(chuàng)新的翅膀。通過校內(nèi)校外、全學(xué)科聯(lián)動，引領(lǐng)孩子了解生活中的科學(xué)，掌握科學(xué)研究的基本方法，嘗試開展小發(fā)明、小制作，具備初步科學(xué)創(chuàng)造的興趣能力，培養(yǎng)勇于探索實踐的興趣，筑牢獻(xiàn)身科學(xué)的夢想。

科學(xué)課上，我們借助智慧設(shè)備，融合智慧教學(xué)理念，構(gòu)建了以“課前研學(xué)—課中慧學(xué)—課后趣學(xué)”為主線的探究課堂教學(xué)模式：課前，學(xué)生通過智慧校牌進(jìn)行學(xué)習(xí)預(yù)估，積累興趣話題；課中，借助智慧平臺進(jìn)行科學(xué)探究，讓課堂可視化、共享化，促進(jìn)探究思維養(yǎng)成；課后，通過社交平臺曬成果、分享觀點，讓探究意識不斷孵化。

在開好國家課程和地方課程的基礎(chǔ)上，我們重點實施了科技類校本課程開發(fā)，以探究為翼，向未來而行，開設(shè)“素質(zhì)課程超市”，構(gòu)建富有中南大學(xué)二附小特色的“愛樂”校本課程體系。主要包含科技類、實踐類、綜合類課程，開設(shè)了機(jī)器人、魔術(shù)、航模、花藝、針織、剪紙、圍棋等課程，共計30多門，讓每名學(xué)生都能找到自己喜歡的課程，學(xué)生在陶冶情操、培養(yǎng)創(chuàng)新意識之中促進(jìn)綜合實踐能力的發(fā)展。

突破教育資源壁壘

構(gòu)建校內(nèi)校外資源鏈

作為一所小學(xué)，如何破解科學(xué)教育資源建設(shè)這個難題？我們巧聯(lián)校內(nèi)外實踐點，促進(jìn)科學(xué)教育資源鏈有效循環(huán)。

學(xué)?？茖W(xué)教育特色的發(fā)展，主角是學(xué)生，陣地是關(guān)鍵。我們逐年完善科學(xué)教育宣傳與活動陣地，營造濃厚的校園氛圍，撬動學(xué)生愛科學(xué)的內(nèi)驅(qū)力。學(xué)校近10年累計投入1000多萬元，建設(shè)了機(jī)器人文化教室、生態(tài)園、創(chuàng)客室、航模室等10多個科技創(chuàng)新活動室，保證了學(xué)生課內(nèi)外科技實踐活動的開展。學(xué)校訂閱了科普報刊數(shù)十種，建設(shè)了科普閱覽室和校園圖書吧，讓學(xué)生自由徜徉科學(xué)的海洋。

學(xué)校還著力打造了中南大學(xué)院士風(fēng)采櫥窗，講述院士科學(xué)家樂于探究、勇于實踐的故事，為孩子們進(jìn)行科技探索提供榜樣和動力，培養(yǎng)學(xué)生鍥而不舍的科學(xué)精神。

作為中南大學(xué)的附屬小學(xué)，我們充分整合利用中南大學(xué)優(yōu)勢資源，與高速列車研究中心、粉末冶金研究中心等國家級科研中心聯(lián)手共建實踐基地，學(xué)生定期進(jìn)入國家級實驗室現(xiàn)場進(jìn)行觀察、實驗、提問，在教授們的指導(dǎo)下撰寫研究小報告。

不僅如此，我們還大力推動社會資源入校，先后與長沙市科協(xié)、湖南省科技館、湖南省地質(zhì)博物館、中聯(lián)重科股份有限公司、長沙自來水公司等建立合作，設(shè)立校外科普實踐教育基地10多個，定期組織學(xué)生參觀學(xué)習(xí)、實踐體驗。

在中南大學(xué)高速列車研究中心，孩子們模擬駕駛復(fù)興號，體驗中國速度；在中聯(lián)重科，孩子們觀看工程機(jī)械環(huán)幕電影，感受中國智造；在湖南省科技館，孩子們參觀科技成果展，領(lǐng)略人類智慧之光……這些已成為學(xué)校學(xué)生科學(xué)教育活動的常態(tài)。

突破學(xué)生興趣壁壘

從小培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)興趣

2003年，我們順應(yīng)時代發(fā)展，成立了湖南省第一家“少年科學(xué)院”，中國工程院院士劉寶琛擔(dān)任院長?！吧倌昕茖W(xué)院”得到中南大學(xué)各院系的鼎力支持，紛紛派遣造詣高、情懷深的專家教授義務(wù)兼任校外科技輔導(dǎo)員，無私為學(xué)生授課，為學(xué)校科學(xué)教育提供了精準(zhǔn)專業(yè)的指導(dǎo)?！吧倌昕茖W(xué)院”定期開展訪問國家重點實驗室、與科學(xué)家面對面、尋訪院士的成長軌跡、評選“小院士”、校園科技節(jié)等豐富多彩的科技活動，成為了學(xué)校小小科學(xué)家的孵化基地，“小院士”榮譽成為撬動學(xué)生愛科學(xué)的內(nèi)驅(qū)力，科學(xué)的種子在幼小的心靈萌芽成長。

學(xué)校的學(xué)生家長普遍學(xué)歷高、文化素養(yǎng)高，我們又搭建了“百家課堂”平臺，讓家長各顯其能，各展其長，給孩子們帶來全新的科學(xué)知識，不一樣的科技體驗。迄今為止，“百家課堂”授課內(nèi)容近2000節(jié)，涵蓋自然科學(xué)、社會科學(xué)、思維科學(xué)三大領(lǐng)域。家長參與學(xué)校的教育教學(xué)活動，不僅拓寬了孩子的視野，還凝聚了共識，形成了教育合力。

學(xué)校變革評價方式和標(biāo)準(zhǔn)，將綜合素質(zhì)評價與學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展結(jié)合，從學(xué)習(xí)習(xí)慣、活動參與、社會服務(wù)等多維度制定《中南少年評價手冊》，讓學(xué)生評價有章可循。與智慧校園綜合素質(zhì)評價的應(yīng)用平臺結(jié)合，為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展清晰畫像，為學(xué)生樹未來、樹理想、樹德行、樹自信。

現(xiàn)在，研究成為師生的一種學(xué)習(xí)生活方式，科學(xué)創(chuàng)新成為師生成長進(jìn)步的階梯，校園形成蓬勃向上、催人奮進(jìn)的文化氛圍，以科學(xué)教育為特色發(fā)展的“未來教育”辦學(xué)思想在中南大學(xué)第二附屬小學(xué)得到進(jìn)一步深化和延伸。學(xué)校先后獲得全國青少年人工智能特色活動單位、全國創(chuàng)造教育先進(jìn)集體、湖南省科教創(chuàng)新示范基地學(xué)校等榮譽187項。

（作者系中南大學(xué)第二附屬小學(xué)校長）

山東省濟(jì)南市歷城第二中學(xué)：著力培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新素養(yǎng)

李新生

當(dāng)下，在不少學(xué)校里，科技創(chuàng)新人才規(guī)模化培養(yǎng)和個性化教育難以兼顧，學(xué)習(xí)者往往缺乏自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實踐能力。山東省濟(jì)南市歷城第二中學(xué)借助人工智能技術(shù)，研發(fā)智慧教學(xué)平臺，開發(fā)一體化、高質(zhì)量的課程資源，創(chuàng)新科技教育教學(xué)體系，著眼于學(xué)生以科學(xué)精神和實踐創(chuàng)新為核心的創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)，讓每一名學(xué)生都得到個性而充分的發(fā)展。

課程要以堅持解放學(xué)生心智、激發(fā)創(chuàng)新潛質(zhì)為重要目標(biāo)。2008年，學(xué)校著手開發(fā)科技創(chuàng)新課程，將科技創(chuàng)新正式納入課表。為了讓不同年級、水平各異的學(xué)生都能學(xué)有所得，學(xué)校為學(xué)生量身定做了三類課程：通過普惠課程讓每一名學(xué)生都有接受科技創(chuàng)新教育的機(jī)會；通過社團(tuán)課程提升學(xué)生的動手能力和科創(chuàng)素養(yǎng)；通過競賽遴選學(xué)有余力、學(xué)有所長的拔尖創(chuàng)新人才，暢通“未來科學(xué)家”的梯級培養(yǎng)之路。

在歷城二中，從小學(xué)、初中到高中，都有科技創(chuàng)新教育的普惠課程，有專門的創(chuàng)客教室。學(xué)生以整班制進(jìn)行科技創(chuàng)新學(xué)習(xí)，每周一課時，每個年級一學(xué)期一門課，階梯式上升，就有了從小學(xué)到初中再到高中的一體化普惠課程。

普惠課程有了，豐富多彩的以技術(shù)類課程、機(jī)器人課程、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)課程等為主要活動內(nèi)容的創(chuàng)客社團(tuán)則進(jìn)一步滿足了不同學(xué)生的興趣愛好。如今，學(xué)生們可以享受到包括智能制作、無人機(jī)、3D設(shè)計與打印、機(jī)器人等43門課程在內(nèi)的“社團(tuán)包”。

科技創(chuàng)新教育在很多學(xué)校難以普及性開展的一個重要原因就是專業(yè)教師的匱乏。俗話說：雙拳難敵四手，學(xué)校研發(fā)出“自適應(yīng)智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)”代替教師的大部分教學(xué)工作，既解放了教師，又有效地促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

自適應(yīng)智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)是課程開發(fā)和課程實施的基礎(chǔ)，關(guān)乎課程實施和課程功能的實現(xiàn)，它集成了課程學(xué)習(xí)資源、快速選課系統(tǒng)、基于大數(shù)據(jù)的過程性評價系統(tǒng)、結(jié)果性評價展示系統(tǒng)、學(xué)習(xí)效果智能分析系統(tǒng)等，創(chuàng)客教育進(jìn)入了新階段。

學(xué)校累計投入2000多萬元，建設(shè)了6000平方米的創(chuàng)客空間，根據(jù)功能不同，既有技術(shù)特點鮮明的專用創(chuàng)客空間，又有傳統(tǒng)科技和高新科技的體驗場館。學(xué)校還建設(shè)了2000平方米的基礎(chǔ)科技探究區(qū)，配有200余件互動展品，用于學(xué)生對基礎(chǔ)科學(xué)知識的探究式學(xué)習(xí)，促進(jìn)對各學(xué)科知識的理解和應(yīng)用。

為了學(xué)習(xí)更加高效，學(xué)校還專門設(shè)置了一系列智能自主學(xué)習(xí)任務(wù)單。任務(wù)單就是課程，一個任務(wù)單就是一節(jié)課，每一個任務(wù)單都有一個主題，引導(dǎo)學(xué)生自主探究。

為了讓智慧教學(xué)體系更好地落地，歷城二中還開發(fā)了一個基于人工智能技術(shù)與教學(xué)深度融合的智慧教學(xué)體系四級模式。第一級是智慧教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)，這一部分是課程專家、課程開發(fā)教師和軟件公司專業(yè)人員共同探討搭建起來的一個智慧平臺。第二級是課程工具層的開發(fā)，一般會編程的教師即可完成任務(wù)。第三級是課程內(nèi)容的開發(fā)。第四級是課程實施層，教師并不需要對智慧教學(xué)系統(tǒng)的理論與技術(shù)掌握得多么透徹，甚至教學(xué)水平不高也不特別重要，因為它不需要教師講課，只要負(fù)責(zé)課程實施就可以了。

這一模式通過智慧教學(xué)體系，從而實現(xiàn)“把教學(xué)留給機(jī)器、把育人留給教師”的教育效果。這一模式具有快速迭代的特點，課程專家和優(yōu)秀教師開發(fā)的課程資源，可以相對順暢地推廣到各個學(xué)校，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享，有力促進(jìn)教育公平。

2020年9月，歷城二中創(chuàng)客中心作為歷城區(qū)少年科學(xué)院科技教育基地，成為了全區(qū)中小學(xué)科技學(xué)習(xí)和創(chuàng)作的樂園，普惠創(chuàng)客隨之在歷城區(qū)中小學(xué)推廣普及。歷城二中的智慧教學(xué)系統(tǒng)也被推廣到新疆昌吉一中、威海實驗高中、鄆城一中、淄博一中等歷城區(qū)之外的一些學(xué)校，惠及校外15萬名學(xué)生。

如今，因參加科技創(chuàng)新教育而受益的學(xué)生，很多成為“專利創(chuàng)新之星”，以競賽為主要形式的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系也日趨完善。學(xué)生已經(jīng)申請到國家專利4367項，獲得國際奧林匹克競賽金牌5枚，全國五大學(xué)科奧林匹克競賽金牌59枚、銀牌52枚。歷城二中成為清華大學(xué)等幾十所國內(nèi)一流高校的優(yōu)秀生源基地，近年來向頂尖高校輸送的拔尖創(chuàng)新人才位居全省前列。

（作者系山東省濟(jì)南市歷城第二中學(xué)校長）

浙江省嘉興市實驗小學(xué)：為不同層次學(xué)生設(shè)計階梯式科學(xué)課程

張曉萍

義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）最突出的變化之一就是更強(qiáng)調(diào)知行合一、學(xué)思結(jié)合，旨在讓學(xué)生們既要像“科學(xué)家一樣探究”，還要像“工程師一樣實踐”，這無疑對小學(xué)科學(xué)教學(xué)提出了更高的要求。而目前受到各國普遍重視的STEM（科學(xué)Science、技術(shù)Technology、工程Engineering、數(shù)學(xué)Mathematics）教育，它的核心就是需要學(xué)生將科學(xué)探究、工程設(shè)計、數(shù)學(xué)方法和信息技術(shù)有機(jī)統(tǒng)一，運用跨學(xué)科的知識和方法解決實際問題，從而提升自身的創(chuàng)新意識和實踐能力。這與新一輪科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)的價值導(dǎo)向是一致的。

浙江省嘉興市實驗小學(xué)近些年來一直致力于開展STEM教育與科學(xué)課程深度融合的本土化實踐，形成了以“普及+進(jìn)階+拓展”為路徑的課程融合實踐樣態(tài)，促進(jìn)不同層次的學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維、培養(yǎng)科學(xué)實踐能力。

普適型課程注重開放式和應(yīng)用性

基于學(xué)科融合的普適型STEM課程面向全體學(xué)生，在各年級的科學(xué)課堂上由科學(xué)老師引領(lǐng)實施，一般需要兩至三課時。學(xué)校對小學(xué)科學(xué)課程一至六年級教材中“技術(shù)與工程領(lǐng)域”的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計，形成了如“我們的風(fēng)力小車”“讓玩具屋亮起來”“瘋狂過山車”等20多個與STEM教育相融合的科學(xué)學(xué)習(xí)項目。

這些學(xué)習(xí)項目與科學(xué)學(xué)科核心概念相勾連，使之具有內(nèi)在邏輯性和外在關(guān)聯(lián)性，避免了課程實施的隨意性和碎片化。與以往科學(xué)課圍繞本節(jié)課核心科學(xué)概念，學(xué)習(xí)制作完成一個單項科學(xué)小制作所不同的是，這些STEM學(xué)習(xí)項目更強(qiáng)調(diào)學(xué)生在任務(wù)情境中運用已學(xué)知識，通過開發(fā)解決方案、檢驗設(shè)計合理性、權(quán)衡方案、討論修正等過程發(fā)展工程設(shè)計能力。

這樣的開放式、應(yīng)用性的學(xué)習(xí)任務(wù)讓學(xué)生在限定條件下從初始嘗試，到通過編程應(yīng)用建立科學(xué)理解，到優(yōu)化設(shè)計，再到進(jìn)一步檢驗，都充分滲透了工程設(shè)計的“迭代”過程，比較好地體現(xiàn)了科學(xué)與工程的雙向聯(lián)系。

進(jìn)階型課程注重真實情境下的問題解決

學(xué)校通過基于項目驅(qū)動的進(jìn)階型STEM課程的開發(fā)與實施，讓學(xué)校學(xué)有余力的學(xué)生能夠在面向真實世界的情境中，通過一個較為長期的具有創(chuàng)造性的工程設(shè)計與開發(fā)的STEM項目學(xué)習(xí)，提升科學(xué)探究能力和實際解決問題的能力。

這樣的項目學(xué)習(xí)主要凸顯以下特征：一是真實性，項目聚焦于與生活實踐緊密聯(lián)系的真實的科學(xué)問題；二是進(jìn)階性，更關(guān)注學(xué)生在項目學(xué)習(xí)中的實踐操作能力、溝通能力、創(chuàng)新能力和協(xié)作能力等高階能力培養(yǎng)；三是開放性，學(xué)習(xí)過程開放，需要在不斷迭代中找尋最佳可能的解決方案；四是協(xié)作性，以項目驅(qū)動學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的協(xié)作與對話。

學(xué)校利用周五走班選修課程時間，成立STEM科創(chuàng)營，招募四至六年級的學(xué)生和科學(xué)、信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、美術(shù)、語文等學(xué)科的教師，以學(xué)科教師協(xié)同指導(dǎo)學(xué)生們完成STEM項目。學(xué)校成立了校級STEM項目學(xué)習(xí)社團(tuán)，如“世界機(jī)關(guān)王”STEM社團(tuán)。團(tuán)隊圍繞主題情境進(jìn)行工程搭建，設(shè)計打造創(chuàng)意連環(huán)機(jī)關(guān)，并進(jìn)行作品的現(xiàn)場展示與闡述。

學(xué)校建構(gòu)了基于項目驅(qū)動的進(jìn)階型STEM課程學(xué)習(xí)流程，包括三個迭代循環(huán)：外部循環(huán)用于整個工程項目的學(xué)習(xí)過程，探究循環(huán)為方案的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，測試循環(huán)用于優(yōu)化產(chǎn)品和方案。三個循環(huán)之間相互促進(jìn)，相輔相成，共同幫助學(xué)生完成項目學(xué)習(xí)。

延展型課程滿足學(xué)生個性化需求

學(xué)校根據(jù)節(jié)假日實踐性作業(yè)、春秋季研學(xué)、寒暑假研學(xué)等不同時段，設(shè)計與科學(xué)課程相融合的延展型STEM課程。這些學(xué)習(xí)項目具有以下特征：一是多空間廣時段，空間更多維，時段上更延展，閑暇時間都可以開展；二是具有動態(tài)性靈活性，在實施對象、課程內(nèi)容、實施形式、課時上都更加動態(tài)開放、靈活多樣。

延展型STEM課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣特長、能力水平和資源情況，在主題菜單中選擇特定的STEM挑戰(zhàn)任務(wù)，然后根據(jù)任務(wù)要求選擇合適的學(xué)習(xí)伙伴組成項目小組。小組在回顧以往STEM學(xué)習(xí)項目所獲得的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，合作商討、完成方案的制定，再進(jìn)行設(shè)計、制作、測試、修改完善，并進(jìn)行展示、質(zhì)疑。這個過程中，學(xué)生為了尋找問題的解決方法，往往需要體驗真實的工作節(jié)奏，借助開放的時間、空間來進(jìn)行自主探究，從而不斷培養(yǎng)解決問題的能力。 

實踐表明，通過STEM教育與科學(xué)課程的融合實踐，聚焦真實問題，讓學(xué)生在不同層次的STEM項目學(xué)習(xí)過程中習(xí)得“像科學(xué)家一樣探究，像工程師一樣實踐”的思維路徑與方法，也有效培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究、勇于創(chuàng)新思辨、敢于質(zhì)疑反思、善于解決問題、樂于合作溝通、交流展示等方面的能力。

（作者系浙江省嘉興市實驗小學(xué)黨委書記、校長）

《中國教育報》2022年11月23日第5版