优化学前教育专业高职生科学核心素养的教学方式探索——以《科学小实验》课程为例

（徐州幼儿师范高等专科学校学前与特殊教育学院，江苏徐州 221004）

一、问题的提出

2014年，“核心素养”作为一个教育新概念出现在我国教育部《关于全面深化课程改革，落实立德树人根本任务的意见》的文件中，这也意味着我国进入“指向核心素养的教育时代”[1]。百年大计，教育为本；教育大计，教师为本。学前教师教育是培养高素质、专业化且具有创新思想的幼儿教师队伍的主要阵地，因此学前教育专业高职生的核心素养培养成为中国学前教育发展的重要基石。

今天，科技正在以强大的力量改变着整个社会，也让世界各国更加关注科技创新人才的培养。在这样的背景下，幼儿科学教育作为“科学教育”的起点，已经成为学前教育必不可少的一个领域。然而，目前作为幼儿教师后备力量的学前教育专业高职生的科学核心素养较低，大多数学生存在“对科学研究的基础过程和方法了解较差，科学知识储备不足”[2]“对科学的热爱停留在思想层面，在实践层面上缺乏科学探究的系统训练和实践经验，从而使他们对于生活中的科学往往采取‘视而不见’或‘望而却步’的态度”[3]等问题，严重阻碍了学前科学教育在幼儿园中的深入开展。本文通过《科学小实验》课程的实践，对如何培养学前教育专业高职生的科学核心素养展开研究和反思，围绕主题整合多学科知识作为教学内容，构建更加优化的教学方式，从而对我国学前教育专业学生核心素养的培养模式研究有所助益。

二、幼儿教师的科学核心素养

2012 年10 月教育部颁发的《3-6 岁儿童学习与发展指南》中明确将科学和健康、语言、社会、艺术并列作为幼儿学习和发展的五大领域。《指南》在“科学”领域中提到“幼儿科学学习的核心是激发探究兴趣，体验探究过程，发展初步的探究能力。成人要善于发现和保护幼儿的好奇心，充分利用自然和实际生活机会，引导幼儿通过观察、比较、操作、实验等方法，学习发现问题、分析问题和解决问题；帮助幼儿不断积累经验，并运用于新的学习活动，形成受益终身的学习态度和能力。”[4]22这些要求给幼儿教师的科学素养在知识、技能和态度三个层面提出了明确的指向。

2016 年9 月教育部发布《中国学生发展核心素养》，明确提出了对中国学生在人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新等六大方面核心素养的要求，其中包含的理性思维、批判质疑、勇于探究、勤于反思、问题解决、技术运用等核心素养在科学教育过程中能够得到很好的呈现。

结合中国学生的核心素养和《3-6 岁儿童学习与发展指南》中对于幼儿教师在“科学”领域的要求，可以从四个方面来阐释幼儿教师需要具备的科学核心素养：（1）科学知识。关注幼儿的生活，理解和掌握易于激发幼儿探究兴趣的科学知识，并能够运用这些知识解释和幼儿生活相关的事物和现象；（2）科学方法。拥有良好的科学探究能力，掌握观察、比较、提出问题、分析问题、提出假设、设计实验、实验实践、科学交流等基本的科学探究方法；（3）科学态度。能够深入理解科学的本质，具有批判性思维、勤于思考、勇于探究、追根究底、不断进取的科学态度，对周围事物和现象具有强烈的好奇心。（4）科学教育教学能力。能够结合幼儿思维发展特点，将科学知识、科学探究技能和科学态度转化为适合幼儿的教学活动。

三、优化学前教育专业高职生科学核心素养的教学方式

（一）以跨学科整合的思维构建《科学小实验》课程内容

随着近年来STEM教育研究的不断发展，对于科学领域的研究也随之而扩大。如果将视野聚焦于幼儿教师教育，会发现大量的研究主要集中于幼儿教师科学素养现状的调查研究。通过大量研究发现，目前我国幼儿教师的科学素养相对较低，在科学知识、科学技能、对科学本质观的认识等方面存在较大的提升空间。

《科学小实验》课程是面向学前教育专业高职生,以培养其科学核心素养为主要教学目标而开设的广域课程。它选择幼儿园中易于激发幼儿科学探究兴趣的事物作为探究主题，如“水”“空气”“光”等，通过围绕某一个主题整合物理、地理、生物和化学等学科的知识进行讲解，并开展和主题相关的科学小实验实训，使学前教育专业高职生在学习和实训的过程中，丰富自己的科学知识体系，提高科学实验技能，从中发现科学的本质，提升其科学核心素养。

（二）“两讲两练”教学方式的探索

“两讲两练”教学方式旨在培养学前教育专业高职生的科学核心素养，每一个环节的设计均面向科学知识层面、探究技能层面、科学思维层面的培养。“两讲两练”教学方式分为四个阶段：科学知识讲解→科学实验实训→实验设计规律讲解→科学实验视频拍摄，其设计思路如图1 所示。

1.一讲：科学知识

在此环节中，学生和教师共同围绕某个主题融合物理、地理、化学、生物等学科的知识形成讲授内容。教师使用思维导图、生活情境的导入、演示实验等方法进行科学知识的讲解，引导学生参与课堂讨论、观察和参与演示实验，以帮助学生更深入的理解科学知识，发现科学和生活的联系，提高其整合学科知识的能力。

图1 “两讲两练”教学方式构架图

本环节的具体步骤和科学核心素养培养的对应关系如图2所示。以“水”主题为例：

（1）以跨学科整合的思想构建“水”主题的教学内容

使用思维导图引导学生围绕“水”主题进行发散性思考，比如：提到“水”你会想到什么？关于“水”，你会问什么？生活中什么情况下会提到关于“水”的内容？将学生想到的内容进行归类整合，并思考从幼儿的角度出发，哪些是幼儿会提到的或者接触到的？最终围绕“水”主题，确定水的来源、水的性质、水的分布、水的运动、水的利用、水与生命六个模块的教学内容。

图2 科学知识讲解教学过程和科学核心素养的对应关系

在“水主题”的知识讲解结束时，学生再一次使用思维导图回忆和“水”主题相关的科学知识以及知识间的联系（如图3），巩固所学习的科学知识，理清思路，整合学科知识线索，培养理性思考的习惯。

图3 “水主题”知识内容的思维导图

（2）认识“生活中的水”背后的科学

在知识讲解的过程中，注意将科学知识和生活情境相结合，引导学生发现“生活中的科学”；通过提出科学问题，讲述人类认识科学知识的过程，使学生了解科学家的思维方式，学会像科学家一样提问，并对追根究底、永不放弃、不断尝试等科学态度有更深入的理解，从而更好地认识到科学的本质。通过对科学知识的学习和思考，丰富学生的科学知识底蕴，加深对该主题更深入的认知。

例如：在“水的来源”模块中，设置“水从哪里来”的调查，要求学生分组在学校走一圈，将找到的“水”进行描述，判断“水”从哪里来，并记录其发现地点。完成任务后，每组将自己的判断和其他同学进行对比，发现异同，思考原因。教师根据学生的回答进行总结，引导学生使用手机查阅资料，了解科学家们对“水的来源”这个话题的思考和研究。

（3）多重目的的演示实验

在知识讲解过程中，演示实验可以加深学生对科学知识和科学原理的理解，更重要的是在演示实验过程中，通过教师设置提问，对实验现象描述、实验材料选择的原因等方面的讲解，引导学生关注实验材料的选取、实验操作的方法、实验效果的呈现等实验技能，从而使他们了解科学实验操作以及实验讲解的方法和技巧。

例如：在讲到“水的表面张力”这一知识点之后，增加“轻功水上漂”的实验。实验材料为水、卫生纸和缝衣针，实验目的是让缝衣针在水的表面上漂浮，以说明水的表面张力的存在。

①设问：你认为缝衣针是否可以漂在水面上？哪些同学想试一试？

②学生失败后，思考原因：因为缝衣针的密度大于水的密度。对于学生的思考教师给予一定的肯定。

③拿出卫生纸，告诉学生我们可以使用简单的一张纸来帮助缝衣针完成“漂浮在水面”的任务。

④演示实验过程。实验成功后，让学生思考实验成功的原因，然后选择部分学生尝试。

⑤思考是否可以使用其他的物品替代卫生纸完成任务。

⑥教师拿出一个回形针，将回形针改为“L”形，用手拿着回形针竖着的部分，将缝衣针放在回形针横着部分的上面，然后慢慢靠近水面，当缝衣针水平停留在水面时，将回形针从下方拿走，就会发现：缝衣针稳稳的漂浮在水面上。

⑦教师讲解实验原理，并说明实验中的材料有些是可以更换的，而有些是不能更换的。学生思考可更换材料的特点。

可以看出，在科学知识讲解的环节中，教师通过讲解和教学设计引导学生参与课堂讨论、观察并参与演示实验，除了丰富学生的科学知识之外，还希望他们能够回答以下问题：

①如何利用思维导图围绕主题整合多学科的知识？

②如何利用丰富的科学类网络资源和书籍？

③科学家们是如何思考的？

④生活中的现象和科学知识之间有怎样的联系？

⑤科学实验是如何利用身边的材料来讲述实验原理的？

⑥实验过程中如何使用不同的实验技巧带来不同的实验效果？

⑦面对生活中的许多现象，你会提出怎样的问题？

2.一练：科学实验实训

此环节为学生分组进行实验实训的环节，由教师发放实验资源库（如表1），学生以小组的形式在其中选择3-4 个实验进行尝试，包括实验材料的准备、实验过程和实验记录。学生首先利用课余时间进行组内实验的尝试，记录每一次实验的过程、实验结果、原因分析和实验调整，然后无论实验成功还是失败，都需要将小组实验拿到课堂上和大家进行展示交流。

表1 “水”主题实验资源库

本环节具体的实施步骤与科学核心素养的对应关系如表2所示。

作为学前教育专业高职生，除了需要拥有良好的科学素养之外，还需要有良好的科学教育教学能力。学生需要深入的思考如何将自己的实验过程讲得逻辑清晰、生动有趣。在课堂上，使用简洁的PPT 向其他组的同学介绍本组实验，说明在实验准备过程中自己的思考、尝试过程和调整，使他们对将要呈现的实验有所了解；然后再通过现场的实验操作进一步给大家讲述实验步骤和实验原理。课堂展示过程使学生更加倾向于将实验效果呈现到最好，因此在实验呈现时会优化实验资源库中的实验，从而推动其教学设计能力的发展。

表2 科学实验实训步骤及其与科学核心素养的对应关系

例如：“可爱的毛毛虫”的实验

实验材料：带有包装纸的吸管、滴管、水

实验步骤：①顺着吸管的方向，挤压吸管上的包装纸，尽量将包装纸挤紧一些；

②将挤压后的包装纸从吸管上取下来，并多准备几条；

③用吸管吸取少量的水；

④将水滴到挤压后的包装纸上，观察包装纸的变化。

实验结果：挤在一起的包装纸慢慢舒展开来，仿佛是毛毛虫在蠕动。

学生的实验优化：为了让实验呈现得更像“毛毛虫”，在挤压后的包装纸的顶端画上眼睛，并将实验材料放置在树叶上进行实验，使实验过程展示得更加生动形象。

实验展示的环节一方面使其他组的同学能够观察实验，巩固学到的科学知识，另一方面锻炼了讲解实验的同学的表达能力和教学设计能力，且在讲述实验、观看他组实验过程中，可以发现不同实验在实验原理上的一致性，为“实验设计规律”环节的讲解打下了良好的基础。同时，小组实验和汇报的形式提高了学生的交流能力和团队合作能力。

在这个环节中，教师承担评价者和引导者的角色。教师通过小组的课堂汇报、小组间的询问和建议来评价学生演示实验、观看实验、理解实验的过程；提醒学生关注实验失败的情况，引导学生共同思考实验失败或实验效果不明显的原因，发现影响实验效果的多个因素，由其他组的同学提出合理化建议，课后进行再尝试，并写入实验报告。在对失败实验的询问和引导过程中，让学生理解失败的实验的价值，发现科学探究就是在不断的失败中总结经验从而发现正确路径的过程，从而加深学生对科学本质的理解。

在这个环节中，教师希望学生通过科学实验的操作实训，能够回答以下问题：

①这个实验的原理是什么？

②为什么选择这些实验材料？它们是否可以更换？

③这个实验过程是如何达成的？

④是否还可以有更好的实验效果呈现？

⑤实验失败是什么原因造成的？失败的实验有没有价值？

3.二讲：实验设计规律

在这个环节中，学生为思考主体，教师承担引导者的角色。学生在教师的引导下对实验实训环节中的所有实验原理进行分析，并按照实验原理进行整合，然后通过寻找同一个实验原理下不同实验的材料选取、实验步骤、实验效果呈现上的相同点和不同点，从中发现实验设计的方法，同时可以发现生活中物质和现象背后隐藏着的科学奥秘。此环节的具体实施和科学核心素养的对应关系如图4所示。

以“水”主题为例，根据表1中的实验资源库，可以发现很多实验的原理是一样的，如表3所示。

图4 实验设计规律教学和科学核心素养的对应关系

表3 “水”主题实验原理与实验名称

从表3 可见，围绕某一个实验原理可以设计很多个实验，每个实验的材料和实验呈现都不一样。比如：在“躲开的粉笔灰”实验中，水的表面张力被破坏后，粉笔灰呈圆状外扩的现象；而在“自动前行的塑料船”实验中水的表面张力被破坏后，呈现塑料船自动向前行的现象。从这两个实验中可以发现由于材料不同，实验结果的呈现方式不同，一个是呈现圆状外扩的现象；一个是呈现直线前进的现象，那是否可以呈现其他方向的现象呢？比如：旋转、直线外扩。这样就给了学生一些新的设计思路，从而可以设计出更多的拓展实验，并在这个过程中更加深入理解实验原理。

在本环节中，教师主要通过提问、分类和比较等科学探究方法，引导学生回答以下问题：

①哪些科学实验的原理是一致的？

②这些实验在材料的选取上有什么共同点和不同点？

③它们的实验效果呈现是一样的吗？哪个更有趣？哪个实验效果更加明显？

④这些实验如何融入到幼儿教学过程中？

⑤这些实验可以以游戏的形式融入到幼儿科学活动中吗？

⑥如何围绕这些实验设计一个幼儿科学项目呢？

4.二练：科学实验视频拍摄

此环节由学生独立完成，以个人视频的方式呈现。拍摄视频中要求以生活现象或物质作为引入，然后演示2-3个科学实验，要求其中必须包括1-2个在实验资源库中实验的基础上自己拓展设计的实验。通过学生实验视频的思路设计、实验操作、实验拓展和实验讲解，评价其在科学知识、科学技能和科学思维三个层面的学习结果。

本环节的具体实施步骤与科学核心素养的对应关系如表4所示。

以“水”主题中学生的作品“水为什么可以灭火？”为例。

学生的设计思路如下：

①学生发现在生活中灭火的方式有很多种，但最常用的是使用高压水枪喷洒大量的水进行灭火，于是提出问题：为什么水可以灭火呢？

②通过研究得知，燃烧需要有三个条件：可燃物、可燃物达到燃点、氧气。由于水的比热容比较大，因此其温度升高时需要吸收更多的热量。当使用高压水枪喷洒大量的水在燃烧物上时，会因为水吸收了大量的热量而使可燃物的温度有所降低，使它无法达到燃点，最终熄灭。

③基础实验：烧不坏的气球

④拓展实验：烧不着的纸杯、烧不着的纸

⑤“水的比热容大”性质在生活中的应用：食堂保温售饭台

最终视频呈现分为三个部分：

①导入部分：消防员用高压水枪灭火的镜头，引出问题：水为什么可以灭火？

②实验部分：三组实验，依次为烧不坏的气球、烧不着的纸杯、烧不着的纸

表4 科学实验视频拍摄和科学核心素养对应关系表

在视频中，学生依次进行实验材料介绍、实验演示、实验结果和实验原理的表述。

③生活拓展：食堂保温售饭台的镜头，说明“水的比热容大”这个性质意味着水不仅可以用来降温，还可以用来保温。

④安全提示：如果是小朋友们在观看视频，一定要注意安全，和大人一起尝试实验，而且实验过程中需要和火源保持一定的距离。

可以看出在这个环节中，学生通过拍摄科学视频，尝试回答以下问题：

①我选取的实验可以用来说明生活中的哪个事物的设计思路或现象？

②多个实验的呈现是否有层层递进的关系？

③实验的选择是整合教师给的基础实验还是加入自己设计的实验？

④我应该如何讲解整个视频？

⑤如何拍摄可以呈现视频最好的效果？

而教师则是通过观看学生的视频，尝试回答以下问题，通过答案来评价学生在某个主题学习过程中在科学知识、科学探究技能、科学思维和科学态度等层面的收获：

①学生视频的思路是否清晰？

②学生拓展的实验是否科学？是否和基础实验（实验资源库中提供的实验）能够共同解释视频中的事物设计思路或现象？

③学生视频的拍摄角度是否能够很好的呈现实验效果？

④学生视频的讲解过程是否有理有据？

⑤学生视频的设计是否考虑观看者的年龄段？

四、结束语

“两讲两练”教学方式是以《科学小实验》课程为依托，对该课程有较强的适用性。在整个教学方式中，师生之间和生生之间面对面的交流和追问是促进学生思考，形成批判性思维习惯非常重要的环节，也是将此教学方式有效性发挥到最大化的关键。如何在优化教学方式的基础上进行教学评价的优化，从而构建学前教育专业学生科学核心素养培养的教学模式是今后继续研究的方向。