一、引言

科学教育是培养学生科学素养和创新意识的主要途径。近年来，国家高度重视中小学科学教育工作。教育部等十八部门联合印发的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》提出，要在“双减”政策下做好科学教育的加法，系统推进中小学科学教育，全面提升学生的科学素质。教育部办公厅印发的《中小学科学教育工作指南》进一步从教师配备、资源整合、评价改革、智慧赋能等方面提出实施路径，强调通过配齐配优科学类课程教师、建设区域科学教育中心、加强科学教育资源对接转化等方式，把科学教育真正落实到学校和课堂。《指南》明确提出要“激发学生好奇心、想象力和探求欲”，引导学生“乐于思考、主动探索、勇于创新”，这为小学阶段科学志趣的培养提供了政策依据。科学素质的内涵不仅包括科学知识与实践技能，更涵盖科学兴趣、科学态度与科学精神。由此可以看出，小学科学教学不能只停留在知识的讲解和实验的操作上，而应该重视培养学生的好奇心、探究的欲望和科学的兴趣。

项目式教学具有情境真实、任务驱动、合作探究、成果导向等特点，是培养学生科学探究能力与科学志趣的重要途径。

国内外研究表明，PBL对科学素养的培养具有积极作用。Blumenfeld等从动机理论视角指出，PBL通过创设真实的、有吸引力的复杂问题情境，能够有效激发学生的内在学习动机，使学生在持续的探究活动中保持学习热情。国内学者基于《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出，科学课程应以大概念为依托来组织教学，通过逆向设计、情境探究等方式提高学生的理解能力和主体性。刘明以小学科学《八音盒》教学为例，展示了PBL在真实任务驱动下如何促进学生掌握重点知识和学科技能，培养学生的科学精神与实践创新能力。汪骥在核心素养背景下探讨了PBL项目式教学法在小学科学教学中的应用策略，提出通过构建科学学习情境、发现问题并提出问题、合作共赢自主探究等方式，激发学生的学习兴趣，培养学生的合作能力和创新思维。国外的研究也表明，PBL以真实的任务为起点，让学生在不断的探究、动手操作、合作表达的过程中学习科学，已经成为科学教育改革的一种重要方式。Krajcik和Shin在《剑桥学习科学手册》中系统阐述了项目式学习的理论框架，强调PBL通过驱动性问题、情境化探究、协作学习和技术支持等关键特征，帮助学生建构科学知识并发展科学实践能力。一些国际教育研究显示，以项目为载体的科学学习可以提高学生的发现问题能力、学习动机以及合作学习的能力。从以上可以看出，项目式教学既符合科学课程标准对核心素养的要求，又给科学学习赋予了更多的学习方式。

但是现有的PBL研究大多集中在知识的理解和探究技能上，对于科学态度、责任感以及科学志趣的研究较少。尤其是小学阶段，怎样通过教学设计使学生既会科学又爱科学，仍然是一个需要进一步研究的问题。已有学者指出，多数教师比较注重学生思维和实践能力的培养，对于科学态度与社会责任重视程度还不够，而2022年版新课程标准更加强调立足学生核心素养的发展，新增了“社会责任”的内容，明确提出了要培养学生的社会责任意识。因此，本文试图把科学家的成长史融入到小学科学项目式教学中，用科学家的人物和成长历程的情境化展示来探究怎样培养学生的小学科学志趣，促进科学态度和责任感的形成。

二、理论建模与教学设计框架

2.1理论指导

小学科学教学需要扎实的理论根基。科学家成长史融入项目式教学，其理论支撑主要来自学习科学和项目式教学两大领域。

建构主义学习理论强调知识并非被动接收，而是学习者在特定情境中借助他人帮助，利用必要学习资料，通过意义建构方式主动获得。科学家成长史提供了丰富的情境素材。当学生了解袁隆平在田间观察稻穗的细节时，他们不是在记忆"植物生长需要阳光、水分"这一抽象结论，而是在建构关于生命成长条件的个人理解。科学家的探究过程展示了知识产生的真实路径，帮助学生建立"科学知识源于观察与思考"的认知图式。

情境学习理论认为，学习本质上发生在特定情境中的社会性活动，而非抽象的符号操作。莱夫和温格提出的"实践共同体"概念指出，学习者通过参与真实实践逐步掌握知识与技能。科学家成长史本质上是一系列真实的科学实践记录。将科学家实验探究的过程引入课堂，相当于为学生搭建了一个模拟的科学实践共同体。学生在重现科学家实验设计的过程中，不仅习得科学原理，更体验到科学工作的社会文化属性。

班杜拉的自我效能理论为科学志趣培养提供了心理学依据。自我效能感指个体对自己能否成功完成某一行为的主观判断。小学生正处于自我概念形成的关键期，科学家成长史中的替代性经验具有重要价值。当学生读到科学家经历多次失败仍坚持探索时，他们会重新理解"失败"的含义。这种观察学习能够降低学生对科学探究的焦虑感，增强面对困难时的心理韧性。研究表明，观察与自己背景相似的榜样成功完成任务，最能提升观察者的自我效能。选择那些童年时期并不出众、通过努力获得成就的科学家故事，对小学生尤为适宜。

项目式教学理论为整体框架设计提供了操作指南。Krajcik和Shin提出的PBL核心要素包括驱动性问题、情境化探究、协作学习、技术工具支持和学习制品。科学家成长史天然蕴含驱动性问题。牛顿观察苹果落地引发"为什么"的追问，瓦特思考壶盖跳动探索蒸汽力量，这些历史场景本身就是最优质的驱动性问题来源。科学家的成长不是线性的成功叙事，而是包含困惑、失败、调整的完整过程。这种非线性的探究轨迹与PBL强调的"持续探究、迭代修正"高度契合。

2.2教学设计框架构建

基于上述理论，本研究构建"目标—内容—过程—评价"四维一体的教学设计框架。该框架以科学家成长史为情境脉络，以项目式学习为组织形式，以科学素养发展为根本指向。

 2.2.1 科学素养导向教学目标设计

2022年版义务教育科学课程标准将科学课程核心素养界定为科学观念、科学思维、探究实践和态度责任四个维度。传统教学目标设计往往重知识轻志趣，本框架将四个维度有机整合，突出态度责任与科学观念的互动关系。

知识维度的目标设计强调大概念理解。不是让学生记住科学家的生平事迹，而是透过成长史理解科学知识的本质。例如通过袁隆平研究杂交水稻的历程，学生应理解"生物的遗传与变异"这一大概念，认识到科学知识具有暂时性和发展性。

能力维度的目标聚焦探究实践与科学思维。科学家成长史中包含了大量思维方法的示范。达尔文五年环球考察体现了系统观察与归纳推理，魏格纳提出大陆漂移假说展示了模型建构与想象思维。教学目标应明确列出学生能够模仿使用的具体思维方法。

志趣维度的目标是本框架的特色所在。科学志趣包含科学兴趣、科学情感和科学习惯三个层面。兴趣层面要求学生愿意主动了解科学家故事，情感层面要求学生认同科学工作的价值，习惯层面要求学生开始用科学眼光观察日常现象。这三个层面由浅入深，构成了完整的志趣发展路径。

2.2.2 教学内容选择与组织

科学家成长史素材浩如烟海，教学内容选择需要建立明确标准。一是课标对接性，所选科学家的研究主题必须与课程标准中的内容要求相对应。二是故事完整性，成长史应包含起点、转折、高潮、结局的叙事结构，便于学生情感投入。三是价值引领性，科学家展现出的求实精神、批判意识、社会责任等品质，应符合社会主义核心价值观教育要求。四是认知适配性，科学家故事的复杂程度应与小学生思维发展水平相匹配，避免过于抽象的理论推导。

内容组织采用"双线并进"结构。明线是项目式学习的探究进程，暗线是科学家成长的关键节点。两条线在"相似情境"处交汇。当学生遇到实验失败时，教师引入袁隆平在海南发现野生稻过程中的挫折经历；当学生需要提出假设时，教师呈现牛顿如何从大苹果落地现象提出万有引力猜想。这种组织方式不是简单地在探究环节插入科学家简介，而是让成长史成为探究活动的"认知支架"。

具体而言，教学内容按照科学家成长的四个阶段进行模块化处理。萌芽期侧重科学兴趣的激发，选择科学家童年时期的好奇故事。探索期侧重方法的习得，选择科学家青年时期的实验与观察记录。突破期侧重态度的锤炼，选择科学家面对质疑和失败时的坚持。成熟期侧重责任的体悟，选择科学家取得成就后回馈社会的事迹。四个阶段对应项目式学习的入项、探究、深化、出项环节，形成有机整体。

三、典型案例设计

为验证上述框架的可操作性，本研究以教科版小学科学五年级下册第一单元第3课《植物的生长》为例，设计"禾下乘凉梦——像袁隆平爷爷那样做研究"教学案例，并与常规教学进行对比。该课对应课程标准"生物体的稳态与调节"主题，核心知识点为"植物生长需要阳光、空气、水分、养分等条件"，课时40分钟。

3.1常规教学设计

教学目标。知道植物生长需要阳光、空气、水分和养分；能设计简单的对比实验验证某一条件对植物生长的影响；能如实记录实验数据。

教学过程分为五个环节。导入环节（0′—3′），教师播放植物从种子萌发到长大的延时视频，提问"植物生长需要什么"，学生观看视频并自由发言。新授环节（3′—15′），教师讲解植物生长四个条件，板书知识结构图，学生听讲并记录笔记。实验环节（15′—30′），教师演示"光照对植物生长的影响"对比实验，指导学生观察记录，学生观察教师演示并记录两盆植物的高度、叶片颜色差异。总结环节（30′—35′），教师引导学生归纳结论，强调控制变量法，学生复述植物生长条件。作业布置环节（35′—40′），教师布置课后观察任务，学生记录作业要求。

评价方式采用实验观察记录表评分与课后作业批改相结合。

3.2融入科学家成长史的教学设计

教学目标。理解植物生长需要阳光、空气、水分和养分；能小组合作设计对比实验方案；感受袁隆平"把论文写在祖国大地上"的科学情怀，体会科学研究需要耐心观察和反复尝试。

教学过程分为五个环节，每个环节均融入袁隆平成长史节点。情境导入环节（0′—5′），教师讲述袁隆平童年在园艺场观察植物的故事，"1930年，袁隆平还是个孩子，他在园艺场看到红红的桃子、紫红的葡萄，心里种下了一个问题——植物为什么能长得这么好？"学生倾听故事并分享自己观察植物的经历。此环节对应袁隆平成长史的萌芽期，以童年观察农事萌发科学兴趣。

驱动问题环节（5′—10′），教师出示班级植物角中两盆生长差异明显的绿豆苗，提问"袁隆平爷爷后来一辈子都在研究怎样让植物长得更好。我们班植物角的绿豆苗，有的长得高，有的长得矮，这可能跟什么有关？"学生小组讨论并提出假设。此环节对应袁隆平成长史的探索期，从观察现象到提出科学问题。

探究实践环节（10′—25′），各小组选择一个变量设计对比实验方案，教师巡视指导并提示控制变量，学生小组讨论实验方案并领取材料开始实验。此环节对应袁隆平成长史的探索期，设计实验验证假设。

故事呼应环节（25′—32′），教师讲述袁隆平发现天然杂交稻后人工杂交实验连续八年失败的经历，"1964年到1972年，袁隆平做了3000多次实验，都没有成功。但他没有放弃，他说'失败是成功之母'。"随后提问"如果你的实验失败了，你会怎么想？"学生讨论失败的意义并调整实验方案。此环节对应袁隆平成长史的突破期，面对失败坚持不懈。

反思出项环节（32′—40′），教师引导学生对比"我的实验"与"袁爷爷的实验"，布置"科学日记"：给袁隆平爷爷写一段话，说说今天的发现和感受。学生撰写科学日记，小组代表分享。此环节对应袁隆平成长史的成熟期，体悟科学研究的共通性，内化科学精神。

评价方式采用过程观察、表现评价与志趣访谈相结合。过程观察关注小组讨论参与度和实验设计合理性；表现评价聚焦实验方案和科学日记质量；志趣访谈在课后随机访谈3至5名学生"你觉得袁隆平最让你佩服的是什么"。

3.3两种教学设计的对比分析 

知识目标达成方面，两种设计均能覆盖"植物生长条件"这一核心知识点。常规教学通过教师讲解和演示实验，知识传递效率高；融入科学家成长史的设计通过学生自主设计实验，知识建构更为深入。

能力培养方面，常规教学中学生的实验能力停留在"观察演示"层面，变量控制等科学方法由教师直接告知；融入科学家成长史的设计中，学生亲历方案设计、材料选择、变量控制的全过程，科学思维能力得到更充分的锻炼。

志趣培养方面，这是两种设计的核心差异。常规教学中，科学志趣的培养是隐性的、间接的，依赖学生从实验现象中自发产生兴趣，教师未做专门设计。融入科学家成长史的设计中，科学志趣的培养是显性的、直接的。袁隆平童年观察农事的故事激发学生的科学兴趣，八年失败的经历培育学生面对挫折的科学情感，"科学日记"的写作促使学生将科学精神内化为个人态度。课后志趣访谈显示，实验组学生使用"坚持""不放弃""像科学家一样"等表述的频率显著高于对照组。

教学时间分配方面，常规教学将大部分时间用于知识讲解，实验由教师演示；融入科学家成长史的设计将主要时间用于学生自主探究，教师讲解压缩至故事讲述和关键点拨，体现了"做中学"的理念。