〔摘要〕本文旨在通過引導(dǎo)學(xué)生像工程師一樣思考，經(jīng)歷從明確問題、設(shè)計方案、制作模型、測試評估到改進(jìn)優(yōu)化的完整過程，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，提升邏輯思維和批判性思維，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展，讓學(xué)生在實踐中探究科學(xué)原理，加深對科學(xué)知識的理解和應(yīng)用?！碴P(guān)鍵詞〕小學(xué)科學(xué)；單元教學(xué)；科學(xué)素養(yǎng)；跨學(xué)科融合小學(xué)科學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是漸進(jìn)的，工程設(shè)計在小學(xué)階段的科學(xué)教學(xué)中屬于一個應(yīng)用工程環(huán)節(jié)，雖然內(nèi)容不是很多，但也是逐步實施的，到六年級下學(xué)期，學(xué)生將經(jīng)歷一次全面、深入的工程設(shè)計、制作、評估與改進(jìn)的全過程，通過教科版科學(xué)六年級下冊第一單元“小小工程師”單元的教學(xué)，從設(shè)計、制作、評估與改進(jìn)的全程學(xué)生參與活動，讓學(xué)生在攻克一個個難題到最終的成功。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確了科學(xué)課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，主要包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐和態(tài)度責(zé)任四個方面。一、在單元教學(xué)中提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)研究的背景及意義（一）研究背景當(dāng)前教育改革背景下對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的研究取得了以下豐碩的成果：政策支持力度大，科學(xué)教育基礎(chǔ)改善，學(xué)生科學(xué)學(xué)業(yè)表現(xiàn)良好。最新一次國家義務(wù)教育質(zhì)量監(jiān)測顯示，中小學(xué)生科學(xué)學(xué)業(yè)表現(xiàn)整體良好。（二）研究意義在單元教學(xué)中提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的研究對豐富科學(xué)教育理論具有多方面的價值，體現(xiàn)在以下幾個方面：深化科學(xué)素養(yǎng)內(nèi)涵理解。通過研究單元教學(xué)中提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的具體方式和效果，能夠更深入地剖析科學(xué)素養(yǎng)的各個維度在教學(xué)實踐中的相互關(guān)系和作用機制；完善教學(xué)方法與策略。探索單元教學(xué)中適合提升科學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)方法，如項目式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)等在單元教學(xué)中的應(yīng)用。有助于優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點選擇合適的單元教學(xué)模式；促進(jìn)課程設(shè)計與整合?；谔嵘龑W(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的單元教學(xué)研究，能為科學(xué)課程的整體設(shè)計提供依據(jù)，明確不同階段、不同主題單元之間的銜接和遞進(jìn)關(guān)系，使課程體系更加連貫和系統(tǒng)；關(guān)注學(xué)生主體地位。強調(diào)以學(xué)生為中心的單元教學(xué)研究，關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的體驗、興趣和需求，為個性化教育提供支持。研究學(xué)生在單元學(xué)習(xí)中的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，有助于科學(xué)教育理論更好地依據(jù)學(xué)生的心理特點和認(rèn)知水平來設(shè)計教學(xué)活動，提高教學(xué)的針對性和有效性。二、核心概念界定（一）單元教學(xué)單元教學(xué)是一種以教材中的單元為基本教學(xué)單位、對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃和整合的教學(xué)方式。它將具有內(nèi)在聯(lián)系的知識、技能、方法等要素進(jìn)行有機組合，圍繞一個主題或核心概念展開教學(xué)活動。在單元教學(xué)中，教師會根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生的實際情況進(jìn)行整體設(shè)計，包括教學(xué)目標(biāo)的確定、教學(xué)內(nèi)容的組織、教學(xué)方法的選擇、教學(xué)評價的設(shè)計等。通過單元教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和素養(yǎng)，提高教學(xué)效率和質(zhì)量。（二）科學(xué)素養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵：科學(xué)素養(yǎng)是指個人在科學(xué)知識、科學(xué)方法、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度以及對科學(xué)技術(shù)與社會關(guān)系的理解等方面所達(dá)到的水平。三、在單元教學(xué)中提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的策略（一）基于科學(xué)素養(yǎng)的單元教學(xué)目標(biāo)設(shè)計基于《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，聚焦科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任四大核心素養(yǎng)，以工程設(shè)計為載體，培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)知識解決實際問題的能力，激發(fā)創(chuàng)新精神與社會責(zé)任感。（二）優(yōu)化單元教學(xué)活動，促進(jìn)學(xué)生深度探究本單元圍繞塔臺的設(shè)計、制作、測試、評估、完善，教科版科學(xué)六年級下冊第一單元“小小工程師”中塔臺設(shè)計制作要求如下：高度要求，塔臺高度為60厘米；移動要求，底部能夠移動；結(jié)構(gòu)要求，堅固并有承重能力，具有抗風(fēng)抗震能力；材料要求，節(jié)省材料，控制成本；外觀要求，外形美觀。（三）加強跨學(xué)科融合教學(xué)教科版科學(xué)六年級下冊“小小工程師”單元教學(xué)內(nèi)容涉及多個跨學(xué)科元素，主要包括以下方面?？茖W(xué)，物理知識：在設(shè)計塔臺時，學(xué)生需要運用物體的穩(wěn)定性、重心、力的平衡等物理知識，以確保塔臺結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，能承受一定重量。數(shù)學(xué)，測量與計算：學(xué)生要精確測量材料的長度、寬度、高度等，以合理規(guī)劃材料使用和塔臺尺寸。藝術(shù)，外觀設(shè)計：在滿足塔臺功能要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行外觀設(shè)計，考慮色彩搭配、造型美觀等因素，融入藝術(shù)審美元素，提升塔臺的整體美感。通過跨學(xué)科元素的融合，讓學(xué)生在教科版科學(xué)六年級下冊“小小工程師”單元中，綜合運用多學(xué)科知識解決實際問題，培養(yǎng)他們的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。四、單元教學(xué)對提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的價值分析從第三課開始，筆者明確地向?qū)W生提出了把科學(xué)課的活動過程交還給學(xué)生，他們就是小小的工程師，是學(xué)習(xí)的主體。我把全班學(xué)生分為六個小組，每個小組成員是固定的，任務(wù)就是完成塔臺的設(shè)計與制作。（一）標(biāo)書的制作通過自學(xué)明確標(biāo)書的制作方法與相關(guān)的要求，由小組長安排組員根據(jù)個人特長情況對標(biāo)書進(jìn)行設(shè)計，組內(nèi)進(jìn)行初評，最后由各組代表上臺向全班公布標(biāo)書，匯報時圍繞標(biāo)書的幾個環(huán)節(jié)展開介紹，讓小組成員在小組內(nèi)的個人角色得到初步體現(xiàn)，體驗到一次小成功的喜悅。（二）塔臺模型的設(shè)計在完成幾個重要環(huán)節(jié)的介紹后，主要的時間交給學(xué)生，在小組長的組織下進(jìn)行計劃的撰寫，組長能根據(jù)組員個人特長情況進(jìn)行合理的安排。（三）塔臺模型的制作各個小組按要求進(jìn)行材料的準(zhǔn)備，確定了在上課時進(jìn)行制作。多數(shù)小組都按要求準(zhǔn)備了材料和工具，但個別小組材料未及時到位，導(dǎo)致他們在課堂上無事可做，那就課后去完成吧，按照預(yù)設(shè)，一節(jié)課內(nèi)應(yīng)該能制作完成。我觀察到每個小組有明確的分工：有的做底座，有的做塔身，有的處理吸管……盡管各組都在緊鑼密鼓地制作，但一節(jié)課內(nèi)還是制作不了，那就再給一節(jié)課吧。同時也要求材料沒到位的小組盡量趕上進(jìn)度，通過兩節(jié)課的制作，每個小組的模型都做出來了。（四）模型的測試與評估這個環(huán)節(jié)該由教師來完成吧？不，還是由學(xué)生來進(jìn)行，每個小組派一名代表對自己小組的作品作解說，同時與其他小組代表共同對所有模型進(jìn)行評價。評估的依據(jù)是教材提供的制作要求和評分細(xì)則，從作品的承重能力、抗風(fēng)能力、抗震能力、成本及人員分工、作品美觀情況等方面進(jìn)行量化打分，最終評出一、二、三等獎。通過對全班六件作品的測試與評估，成功的是模型的承重能力、抗風(fēng)能力和模型的美觀性都很好，只有一件作品的抗震能力稍差一點。我們大家?guī)椭鴮ψ髌反嬖诘膯栴}進(jìn)行分析并提出了進(jìn)一步改進(jìn)的建議，請他們于課后進(jìn)行完善。（五）修改與完善通過測試與評估，對符合要求的作品交由小組進(jìn)行保管，對存在問題的作品由小組于課后進(jìn)行完善，于課堂上進(jìn)行再次測試與評估。五、結(jié)論與展望（一）研究結(jié)論“小小工程師”單元教學(xué)通過整合工程實踐與跨學(xué)科知識，對提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)具有顯著有效性，具體體現(xiàn)在以下方面。1.強化學(xué)生科學(xué)觀念建構(gòu)教學(xué)以工程設(shè)計為載體，促使學(xué)生將物理、材料科學(xué)等知識應(yīng)用于塔臺設(shè)計制作中。例如，在考慮塔臺承重與穩(wěn)定性時，學(xué)生需理解重心、力的平衡等物理概念，從而深化對科學(xué)知識的理解，建立科學(xué)知識與實際應(yīng)用的關(guān)聯(lián)，形成系統(tǒng)的科學(xué)觀念。2.培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力在單元教學(xué)中，學(xué)生經(jīng)歷分析問題、設(shè)計方案、測試優(yōu)化等過程，需運用邏輯推理、批判性思維提出多種解決方案，并基于實驗數(shù)據(jù)評估方案可行性。如通過對塔臺模型的反復(fù)測試與改進(jìn)，學(xué)生逐步學(xué)會用證據(jù)支持觀點，提升問題解決和科學(xué)論證能力。3.提升學(xué)生探究實踐水平學(xué)生完整地參與從設(shè)計圖紙到制作模型的工程探究實踐，掌握基礎(chǔ)工具操作和數(shù)字化技術(shù)，同時在小組協(xié)作中明確分工、溝通協(xié)調(diào)。例如，在制作塔臺時使用3D打印筆或木工工具，以及運用Tinkercad等軟件建模，有效鍛煉了動手能力與團隊合作能力。4.塑造學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任在教學(xué)過程中，學(xué)生在面對設(shè)計失敗時學(xué)會積極調(diào)整，培養(yǎng)勇于嘗試、不怕困難的科學(xué)態(tài)度；在設(shè)計中考慮環(huán)保、安全等社會因素，樹立可持續(xù)發(fā)展理念和社會責(zé)任意識。成果展示環(huán)節(jié)則進(jìn)一步增強學(xué)生的分享意識與尊重他人意見的科學(xué)精神。5.實現(xiàn)跨學(xué)科融合應(yīng)用該單元融合科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)等多學(xué)科知識，學(xué)生需綜合運用測量計算、材料特性分析、外觀設(shè)計等跨學(xué)科能力完成任務(wù)，打破學(xué)科壁壘，提升綜合運用知識解決實際問題的能力。該單元教學(xué)通過多樣化的教學(xué)活動和評價方式，全方位、多層次促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展，為學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和實踐奠定堅實基礎(chǔ)。（二）研究不足與展望1.研究過程存在的局限性時間與資源約束：受課時限制，學(xué)生難以充分經(jīng)歷完整的工程迭代過程，常出現(xiàn)“趕進(jìn)度”現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)計優(yōu)化環(huán)節(jié)淺嘗輒止。知識整合難度高：跨學(xué)科知識的融合對學(xué)生綜合能力要求較高，部分學(xué)生因基礎(chǔ)薄弱難以將科學(xué)、數(shù)學(xué)等知識靈活應(yīng)用于工程問題。例如，在塔臺承重計算中，學(xué)生可能因數(shù)學(xué)建模能力不足，無法精準(zhǔn)分析物理受力關(guān)系，影響設(shè)計的科學(xué)性。評價體系的主觀性：盡管采用多元化評價，但在創(chuàng)意、合作態(tài)度等維度的評分中，教師或同伴評價易受主觀因素干擾，導(dǎo)致評價結(jié)果缺乏絕對客觀性。此外，部分過程性評價指標(biāo)（如科學(xué)思維發(fā)展）難以量化，增加了評價難度。2.單元教學(xué)中科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的展望優(yōu)化課程設(shè)計與資源配置。延長實踐周期：設(shè)置跨課時、跨學(xué)段的長期項目，預(yù)留充足時間用于方案迭代與深度探究。整合校內(nèi)外資源：與企業(yè)、高校合作，引入專業(yè)工程師指導(dǎo)，或利用虛擬仿真平臺（如工程模擬軟件）彌補硬件不足。深化跨學(xué)科融合策略。分層任務(wù)設(shè)計：根據(jù)學(xué)生能力設(shè)計階梯式任務(wù)，如基礎(chǔ)任務(wù)聚焦科學(xué)知識應(yīng)用，進(jìn)階任務(wù)側(cè)重多學(xué)科綜合創(chuàng)新，確保不同水平學(xué)生均能獲得成長。前置知識銜接：在單元前增設(shè)跨學(xué)科知識微課程，如“工程中的數(shù)學(xué)計算”“材料