基于“科学盒子”的中学科学教学设计与实施

摘要

为了解决中学生在科学课程中参与度不高、学习效率低、实践能力不足等问题，以“除垢剂的制作”为例，设计“科学盒子”教学模式。通过分析“酸碱中和”教学内容，结合知识特点和学生学情，展开教学设计与实践，旨在提升学生的科学探究能力与实际问题解决能力。

Graphical abstract

关键词

科学盒子 / 教学设计 / 除垢剂 / 酸碱中和 / 微项目化

为了发展中小学生的科技素养和创新能力，保护学生的好奇心、求知欲和想象力，《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》提出在基础科学教育中引导变革传统教学方式，提倡启发式、探究式、开放式教学，加强对探究性学习的指导，并增强中学理科学科教学的横向配合^［1］。顺应时代潮流，国内教育不断掀起新的教育热潮，包括项目化学习、STEAM教育、大单元教学、“教—学—评”一体化、问题导学法等。有学者关注到在课程改革的16年间，科学课堂仍存在一些教学问题^［2］：活动设计局限于传统内容，未能充分挖掘学生生活经验和个人体验的潜在学习资源，未能创设启发性情境；科学探究仅停留在表面的动手操作，未能深入知识内涵；科学精神仅停留在标签层面，未具体落实到探究指导的每个环节。因此，笔者以“除垢剂的制作”为例，设计“科学盒子”教学模式，为结合项目化学习与课程教学提供参考。

1 “科学盒子”教学设计

“科学盒子”是基于浙江初中科学教材的课程模式，体现了科学的综合性，涵盖化学、物理、生物学、地理四大主题板块。其主体有两个：首先，在项目进行时作为科学探究的工具盒；其次，在项目展示时，学生可以自由设计盒子外观，作为产品展示台，体现美育作用。盒子中的项目设计具有进阶性、综合性和创新性的特点（图1）。例如，“清洁工的一天”项目专注于化学核心知识；而“丝绸之路”项目是一个典型的跨学科项目；此外，还可以与STEAM教育理念相结合，如“保卫城市”项目。

初中科学微项目化学习是基于初中科学课程的学科本质和学科能力，将综合实践探究活动作为课堂主要教学方式。教师需要深度挖掘并细致分解教学内容，基于科学标准的核心知识和关键能力重新设计教学单元，通过设计项目主题以及驱动性问题串，激发学生的实践活动行动力和创造性思维，锻炼学生在模拟现实复杂问题情境下的自主学习能力，从根本上改善课程学习中的重复性知识训练和展示型探究实践。“微”强调在一个课时的课堂教学中完成科学学科核心概念认识和关键能力培养，实现核心知识在新情境中的迁移、应用和衍生，立足于过程^［3］。鉴于微项目学习的内涵，教师在每一课时应遵循“目标—任务—活动—评价”的教学流程（图2），创设与学生所学知识相联系的问题情境和数字化学习资源包，以实现知识与能力、兴趣与思维齐头并进^［3］。

2 课程实施

结合“物质及其变化”单元内容与“科学盒子”课程模式中化学板块“清洁工的一天”——除垢剂的制作进行教学实施。课程标准指出学生应基于所学的酸性、碱性物质知识，从真实的问题情境中识别可探究问题和研究变量，提出合理假设。“真实”并非仅指真实发生的事件，而是强调情境要与学生的经验相联结，强调所学知识、能力的真实运用和学生在复杂情境中的真实思维^［4］。

2.1 学习目标

（1） 科学观念：通过实验进一步加深对酸碱盐及其化学性质的理解，提出不同污垢的特性及相应的解决方法。

（2） 科学思维：结合所学酸碱盐知识，分析“墙壁出水”原因。从安全、环保、生产成本、人体健康等多角度思考并设计实验。

（3） 探究实践：经过明确问题、建立假设、设计方案、实施计划等过程完成小组实验探究与项目制作。能从实际需求、可行性等角度思考，选择合适的工具、材料进行制作，并能依据反馈结果对方案进行优化。

（4） 态度责任：善于小组合作，共同解决科学、技术问题，初步形成质疑和创新的品格。

2.2 项目设计与实施

（1） 课前预习。

基于目标与课程内容，教师设计“科学盒子”内容：导学案，粉刷浆、石膏板（模拟墙壁）、刷子。

导学案任务：①请你粉刷一下“墙壁”，会有什么现象产生？②结合所学知识，以小组为单位，将家中酸性、碱性物品放入“科学盒子”中。③带一个有水垢的热水壶。教师回收导学案，根据导学案反馈结果掌握学生对知识的了解情况，并以此设计具体的项目探究活动。

（2） 情境探究。

创设情境：新房装修，墙壁却出水，到底谁是“犯人”。设计有意义且有梯度的问题情境和研究对象，促进学生的深度学习，锻炼学生多角度的思维能力，使学生能够自主调用所学的酸、碱知识作为分析和解决问题的思路。

（3） 项目设计。

项目设计思路如图3所示。具体实施流程如表1所示。教师引导学生进行小组合作探究，并对学生表现进行形成性评价和终结性评价，具体表现形式为：课堂表现评价；问卷自测打分；作业检测。

3 结语

通过分析中学生科学探究现状，提出“科学盒子”教学模式，即初中科学微项目化课程模式。将项目化学习的设计要素融入初中科学课堂教学，这一模式旨在实现问题的解决与知识的重构、活动的探索与理解的建构，培育学生的科学探究能力，增强科学知识与技能，实现培育核心素养的教学目标。初中科学作为一门综合性课程，本研究仅在化学板块进行了实践，对于物理、生物学、地理其他学科内容能否与微项目化教学结合还有待实践。

参考文献

[1] 国务院.全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）：国发〔2021〕9号［EB/OL］.（2021-06-03）［2024-03-20］.

[2] 曾宝俊.科学课堂教学现状及改革新趋势［J］.江苏教育，2017（57）：76-77，80.

[3] 符爱琴，周晓燕.初中化学微项目化学习课程的构建研究：以项目“皮蛋的制作”为例［J］.化学教学，2022（01）：32-37.

[4] 金行泽，沙琦波.“项目+阶梯+探究式”教学方法在“流体压强与流速的关系”教学中应用［J］.物理教师，2022，43（09）：43-45.

基金资助

江苏省高等教育教改项目“新时代行知精神在地方师范院校劳动教育的探索与实践”(2021JSJG068)

江苏高校教学研究工作专项课题“基于超星学习通平台的无机化学实验与数字化、STEAM融合的教学研究”(2021JSJY028)

南京晓庄学院2021年校级教育教学研究项目“教学做合一在无机化学教学中的实践探索”