“四维三层”：基于学科素养的科学作业设计

滕俊玲

【摘 要】小学科学“四维三层”作业设计模式，依据学科核心素养设计三个层次的作业：指向科学概念建构的基础性保底作业，指向科学探究和科学思维的趣味性实践作业，指向科学精神的创新性项目化作业。设计作业时，应根据不同的学生，基于教学目标、学生水平、学科思维、价值取向四条路径设计不同的作业内容。针对三个层次的作业分别采取不同的实践操作、信息收集、小组合作等方法进行设计，以此克服传统教学中死记硬背知识点的弊端，给学生留有自主选择的空间，真正为学生的精神松绑、学业减负，培养其学习科学的兴趣。

【关键词】小学科学 学科素养 作业设计

2021年7月24日，中共中央办公厅、国务院办公厅发布了《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》，其中明确提出：“要提高作业设计质量。发挥作业诊断、巩固、学情分析等功能，将作业设计纳入教研体系，系统设计符合年龄特点和学习规律、體现素质教育导向的基础性作业。鼓励布置分层、弹性和个性化作业，坚决克服机械、无效作业，杜绝重复性、惩罚性作业。”

科学作为一门以科学实践为主要学习方法的基础性课程，设计作业时要基于科学的学科素养，加强作业内容与学习过程、生活经验、社会实践之间的联系，注重科学思维的发展、科学本质的培养，激发学生的学习兴趣。“四维三层”作业设计模式以科学核心素养为导向，以课程标准为依据，立足大概念的建构来设计基础性、趣味性和创新性作业，促进学生高质量完成基础性作业，努力开发实践性趣味作业，引导学生参与学科探究活动。

一、“四维三层”科学作业设计的基本类型

“四维三层”的科学作业主要针对科学课程的核心素养，即“科学知识”“科学思维”“科学探究”“科学精神”四个方面，进行三个层次的作业设计，保底基础性作业、实践趣味性作业和项目创新性作业（见图1），针对不同的学生体现作业的差异性。

1.基础性作业：人人参与的保底作业

基础性作业主要包括书面作业和寻找生活中证据的作业。这类作业帮助学生掌握主要的科学概念，指向核心素养中的科学知识，属于人人都必须完成的保底作业。作业的量控制在10道以内，确保学生能在10分钟以内完成书面作业。根据教材，每课的基础性作业都设置书面作业，同时也要根据具体的教学内容设计一些寻找生活中现象的作业。

例如在教学“三棱镜”内容时，学生在课堂上学习了用三棱镜可以将白光变成七色光，形成彩虹。设计作业时，除了书面的作业之外，还有一项实践性作业，让学生在生活中创造彩虹。很多学生利用折射的原理，用洒水壶向空中喷水，在阳光的照射下创造出彩虹。学生通过上传照片或者小视频的方式提交作业，在课堂上和同学交流自己的发现。这样的实践性作业将课内延伸到课外，不仅增加了作业的趣味性，同时加深了学生对某一科学知识的理解，有助于科学概念的建构。

2.趣味性作业：激发兴趣的实践探究作业

趣味性作业主要包括趣味科学实验和科学演说。趣味科学实验可以是学生根据教材或电视上的某个自己感兴趣的实验进行的实验操作，也可以是对生活中某种现象进行的探索。学生可以请家长帮助拍摄自己的实验过程，也可以将实验的过程撰写成科学小论文，并将其提交给教师。科学演说则是请学生将自己的趣味实验内容在同学面前进行演示和介绍，这样的演说可以向教师申请，同时需要制作课件、文稿等进行展示。

例如学习了“声音”单元之后，许多学生制作了能发出声音的玩具，如“咯咯杯”“吸管排箫”“皮筋古筝”等，并进行科学演说，向同学介绍所用的材料、制作的过程和发声的原理。这些内容都在学校的金种子科学院公众号上推送，演说的同学也可以获得“科学实验王”的称号。

这类实践作业主要为了激发学生的兴趣，培养学生的科学探究能力，鼓励学生积极参与科学探究和实践。教师通过科学公众号推送，授予“科学实验王”的称号，推荐学生参加科技创新大赛、全国小学生科学小论文大赛，推荐发表作品等措施吸引学生积极参与。相比基础性作业，趣味实践作业更具灵活性，没有时间、内容等限制，以学生的个人兴趣为指引，因此更受学生的欢迎。

3.创新性作业：提升学习力的项目作业

创新性作业主要包括两种类型：科学阅读的内容，项目化学习。

科学阅读对科学学习的正向作用已经在2019年浙江省中小学质量监测报告中明确指出，但是在日常科学教学中教师却很少关注学生的科学阅读。因此，课题组在设计作业时特意将科学阅读作为设计的内容，并将科学阅读的内容按照年级进行划分：三年级通过阅读与教材配套的《科学拓展阅读》补充相关的知识，帮助科学概念的建构;四年级阅读科学家的故事，结合教材中提及的科学家，教师再推荐《共和国的脊梁》《改变世界的50位科学家》等书籍，让学生了解科学家的工作过程并感受他们的家国情怀;五年级通过观看纪录片《航拍中国》《家园》等，让学生了解地理风貌、民族风情，认识地球家园的各种生物，明白人和自然和谐相处的重要意义;六年级阅读科学史，学生通过阅读《半小时漫画科学史》 《写给中小学的科技史》等书籍，了解科学发展的历程，树立正确的科学价值观。这些科学阅读的内容为人人必读，目的是让学生在阅读中感受科学的发展、科学家的精神，帮助学生认识科学的本质，培养学生的科学精神。

项目化作业主要结合教材内容，设计适合学生进行的项目，供学生选择。项目化作业通常以小组的形式开展，需要在教师的指导下进行。例如针对六年级学生，我们设计了关于“飞机”的项目化作业，通过观看纪录片《改变世界的飞行器》了解飞机的发展史;阅读《钱学森传》，了解我国航天事业的发展，并利用身边的材料制作飞机模型，让学生对“飞机”这一项目有深刻的认识。

创新性作业主要培养学生的真实学习力。“真实学习力”是一种发展性学习力，它能把知识和技能运用于实际生活，把学习知识、技能和解决问题相结合。

二、“四维三层”科学作业设计的路径

作业是课堂教学的延续，是课程的生成性延伸，而不是教学内容简单机械的重复与叠加。因此，在探索“四维三层”作业设计过程中，笔者坚持作业设计以课程核心素养为指引、以课程标准为依据、与教学内容相结合，形成了科学作业设计的四条路径。

1.基于教学目标设计

教学目标是教学的依据，在教学中有决定性的作用。“四维三层”作业设计紧扣教学目标，依据教学目标选择作业类型，设计作业内容。将教学目标作为设计作业的依据，不仅能使学生在科学概念的建构方面有所提高，还能使学生在科学探究方法、科学思维等方面得到发展。

例如在教学“光的反射”内容时，依据教学目标“认识光的反射现象”，在设计的基础性作业中有光的反射光路图作图的书面作业，并布置了“寻找生活中的反射现象”实践作业;学习了“食物在口腔里的变化”一课后，设计了制作牙齿模型的趣味实践作业，让学生用各种材料制作出门齿、犬齿、臼齿的形状（见图2）;学习了“植物的生长变化”这一单元后设计了“植物自然笔记”创新作业，引导学生通过阅读植物的相关书籍并进行观察，制作一份自然笔记（见图3）。这样的设计就保证了与教学目标相一致。

2.基于不同学生设计

一个班四五十个学生在知识水平、技能方法、理解能力等方面各有不同，因此，应尽量考虑学生的个体差异，设计不同层次的作业，力争让每个学生都能通过作业有所收获、有所提高。

“四维三层”作业设计模式中，书面作业一般分为基础题和挑战题。基础题是全体学生都要完成的，是掌握基础知识和基本技能的作业。挑战题则是学生根据兴趣、能力、特长的不同而选择性完成的作业。在学习“生物与环境”内容时，基础题主要设计了“阔叶、针叶、叶刺三种叶子的形态与什么有关”“鸟类不同的喙与生存环境的对应”等围绕“生物的结构特征及其与环境的相适应性”这一科学概念的基础题目。挑战题则是“长颈鹿脖子的演化过程”，让学生通过收集资料，进行猜测和验证，从而充分理解生物结构与环境相适应的特点。

3.基于思维开发设计

小学科学课程最主要的特点之一就是“科学实践”。学生在科学实践的过程中，通过实验操作、获取数据、分析信息来建构科学概念、应用科学知识解决实际问题。“四维三层”科学作业设计应注重作业的探究性。教师在设计应用科学知识解决实际问题的作业时，注重应用科学知识解决实际问题的思路、方法和策略，以此提升学生的思维品质。

在学习“校园植物大搜索”时，笔者设计了创新性作业，让学生在对校園植物进行调查的基础上，思考这些植物是否适合种植于校园中。学生从各种角度进行思考：种植养护成本、成活率、美观度、安全性和对其他生物的影响等。其中有一个小组建议校内不要种植南天竹，因为资料显示南天竹全株都带有毒性，若误食，会中毒昏迷。南天竹对于低段学生来说具有一定的危险性。但是也有学生反对，理由是南天竹可以吸收空气中对人体有害的气体，而且观赏性较高。通过这样的创新性作业，学生不仅了解了校园植物，而且在讨论中学会了辩证地考虑问题。

4.基于价值取向设计

科学教学中科学情感态度与价值观是思维目标之一，然而传统的作业设计比较注重知识、技能和方法等方面的落实，却很少关注价值观。情感态度与价值观是课程目标中不可缺少的一部分，因此科学的作业设计应该有明确的价值指向。

例如，学习“微生物”相关内容时，为了能让学生体会到微生物和人类之间的密切关系，笔者带领学生走进医院检验科，观测身体中的细菌，观察胃癌细胞;通过亲手制作血液玻片观察自己的血红细胞等活动，让学生感受到微生物的多样性。同时邀请一位学生家长带领全班同学一起制作甜酒酿、豆腐乳等，使得学生从中不仅知道了微生物对人类有利的一面，也体会到微生物无处不在。

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