教學新視角：“是什么”和“做什么”

勇輝

【摘要】正確認識科學探究與工程實踐活動的差異與聯(lián)系，能幫助教師獲知開展各類教學活動的意義與價值。而在小學科學教學中，把科學探究與工程實踐進行有效整合，更有助于學生理解客觀規(guī)律和自然現(xiàn)象，提高批判性思維和解決實際問題的能力。

【關鍵詞】課堂教學 科學探究 工程實踐

小學開展科學教學的目標是培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，創(chuàng)新精神和實踐能力。不僅要求學生初步具有對科學本質的正確認識，技能態(tài)度的習得與養(yǎng)成，還要求其對科學在生產(chǎn)生活中的應用與優(yōu)化，甚至限制條件、安全倫理、成本意識等都有一定的思考與理解。科學探究與工程實踐如同開展科學教學的左右雙翼，各有側重又相輔相成。下面，筆者從比較研究的角度闡述科學探究與工程實踐兩者之間的差異，并用案例的形式介紹自己在課堂教學中將科學與工程技術整合的一些心得體會。

一、科學探究與工程實踐的差異解析

在我國近年的科學教育中，工程實踐活動曾被一度冷落。但隨著人類社會的智能化進程及世界政治經(jīng)濟的加速發(fā)展，越來越多的國人認識到工程活動對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要性。因此，《義務教育小學科學課程標準》在原課標物質科學、生命科學、地球與宇宙三大領域的科學內(nèi)容基礎上新增了技術與工程學，用綱要性文件形式確立了工程實踐在科學教學中的作用和地位。

1.目的與任務的差異

科學探究的目的是認識自然世界和人類世界，解釋真實現(xiàn)象，揭示客觀規(guī)律，即解決“是什么”“為什么”的問題。小學生進行科學探究，主要是初步了解與他們認知水平相適應的一些基本科學知識，如研究空氣的性質與風的形成原因。同時，通過對自然世界及人類社會中現(xiàn)象規(guī)律的觀察學習，掌握一些認識事物的方法，樹立嚴謹求實的科學精神。

工程實踐的目的是改造世界，將頭腦中的觀念想法轉化為客觀事物，實現(xiàn)人類對自然物和自然力的利用，即解決“做什么”“怎么做”的問題，學生學習工程實踐，是為了掌握運用已有知識，有針對性地、有創(chuàng)造性地解決人類問題的方法。如利用熱空氣往上升的原理制作一個走馬燈，使用結構學知識搭建一個更堅固的高臺。

2.過程與技能的差異

科學探究的過程一般為提出問題、做出假設、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結論、表達交流、反思評價。如研究風的形成原因時，學生先做出基于經(jīng)驗的猜想，并嘗試把裝有冷熱空氣的集氣瓶上下位置進行交換，通過觀察瓶內(nèi)煙的流動方向，推測出冷熱空氣的流動路徑。學生進行基于認識客觀世界的科學探究，側重于養(yǎng)成良好的觀察實驗能力、數(shù)據(jù)分析整理能力，以及嚴密的邏輯推理等技能。

盡管各種工程實踐的特征各異，但在很多環(huán)節(jié)上都存在共性，大致為“目標一計劃一實施一反饋一修正”的循環(huán)模式，具體表述是：確定問題；形成多種合理的解決方案，分析解決方案；測試評估，并改進解決方案；交流觀點，優(yōu)化方案。學生學習工程實踐，更側重于創(chuàng)新潛能的開發(fā)、批判性思維的發(fā)展、決策能力的鍛煉，以及多元整合應用能力的提升。

3.成果與評價的差異

科學探究獲得的最終成果主要以知識理論體系呈現(xiàn)。盡管隨著新證據(jù)的增加，通過科學探究獲得的科學知識會不斷完善和深入，甚至會發(fā)展變化，但在一定時期內(nèi)仍較穩(wěn)定，且具有公共性和共享性的特點。因此，對科學探究的評價標準基本為是非正誤，以當時大家認可的真理為準繩。如學生通過對比實驗，獲得一個確切的結論，例如“三角形支架是最穩(wěn)固、結實，所用材料也最少的。對于不穩(wěn)定的結構，可以通過架梁的方式增加其三角形結構，使它變得穩(wěn)定?！?/p>

工程活動追求質的提高，工程達不到預期目標就意味著活動的失敗，即遵循“成與不成”“好與不好”的評價標準。如學生利用教師提供的材料制作一座橋梁結構，評價標準為：“該結構的中間點上必須能承重50克砝碼，且該結構的跨度越大越好?！倍诤笃诘脑u比結果中，就是按作品跨度的長短進行了排名。

二、科學探究與工程實踐的融合共生

盡管學生在進行科學探究與工程實踐時存在目的和任務、過程和技能、成果和評價方面的諸多不同，但我們也清晰地看到兩者之間的緊密聯(lián)系，工程實踐必須建立在科學認識的基礎上，而科學認識又往往需要在工程實踐中才能獲得。只有將科學探究與工程活動進行有機結合，才能充分體現(xiàn)從實踐到理論、又從理論回到實踐中去的認識論觀點，才能真正體現(xiàn)生活中的科學、科學中的生活理念。因此教師在開展科學課程的教學時，應有針對性地選擇一些資源，把科學現(xiàn)象規(guī)律、科學方法技能應用到現(xiàn)實世界中，通過參與設計、制作優(yōu)化等工程實踐活動，讓學生更加清晰地認識自然、改造自然、融合自然，進而創(chuàng)造出更加美好的人類世界。

1.基于教材的整合活動

小學科學課程是一門實踐性很強的課程，強調學生從熟悉的日常生活出發(fā)，經(jīng)歷豐富多彩的實踐活動。目前教材處于新舊交替的過程中，老教材以科學探究方面的教學內(nèi)容居多，且因這一年齡段學生具備的知識經(jīng)驗較為淺顯，操作技能和思維能力也相對薄弱。因此，教師在課堂教學中組織開展的工程實踐活動應簡單易行，增強學生對知識理解與實踐應用的信心，獲得制作產(chǎn)品的經(jīng)歷和體驗，以此培養(yǎng)他們創(chuàng)造性地分析現(xiàn)實問題、解決實際問題的能力。

《怎樣移動重物》是蘇教版科學五年級下冊第一單元《神奇的機械》中的一課，本課的主要內(nèi)容是引導學生通過對平衡尺的實驗研究，認識杠桿的特點與作用。作為一種利用動力學的工具裝置，學生對生活中的杠桿并不陌生，但如果在科學探究的基礎上加入實踐環(huán)節(jié)，制作一個應用杠桿原理的器物，會促使學生更好地體會杠桿的用途與價值。“做一把桿秤”便是基于此思考的一項工程實踐活動，要求制作一把小桿秤，并能較精準地稱量一下身邊小物品的質量?；顒迎h(huán)節(jié)：（1）了解桿秤的各組成部分及使用方式：（2）制定活動方案，以小組為單位設計桿秤各部分的所需材料及制作步驟：（3）交流討論，分析方案的可行性，尤其是對刻度標示方法進行頭腦風暴式的探討；（4）制作一把桿秤，學生在材料超市中自主選擇所需的制作材料，利用杠桿原理進行制作，同時標記整個秤桿上的刻度：（5）作品評價，學生通過在秤盤內(nèi)增加一定數(shù)量的螺母，測試桿秤的實用性及精準度；（6）改進優(yōu)化，制作更為精準美觀的桿秤。

在“做一把桿秤”的工程活動中，學生始終能熱情高漲地進行方案設計，制作成品，測試效能，他們非常樂于參與這種形式的實踐活動。利用簡單的工具和材料，設計、制造屬于他們的桿秤，從某種意義上來說，他們是最優(yōu)秀的“工程師”。而如何標識零刻度，如何在支點改變后確定稱量刻度的起點，如何尋找桿秤的刻度規(guī)律等關鍵問題的解決更是對學生智慧的終極挑戰(zhàn)，拓展了他們的思維空間，提升了思維層次。同時，本次實踐活動也凸顯出學生與同伴之間的交流、交往與合作意識。

2.拓展性教學課程活動

拓展性課程是基礎性課程的拓展與延伸，因其有相同興趣愛好的學生，有相對寬松的教學氛圍，也有更為寬泛的活動選題，學生很容易在這樣的實踐活動中發(fā)揮自身優(yōu)勢，獲得能力提升。而在拓展性課程活動中加入工程實踐的元素，更能滿足學生多樣化和個性化發(fā)展的需求，

“小車向前沖”是我校開展的一項拓展性工程活動?；顒右潦迹處熛裙膭顚W生參與一個關于橡筋動力小車的科技競賽。然后從制作與測試兩方面作規(guī)范要求：（1）在規(guī)定時間內(nèi)完成橡筋動力小車的制作和調試，保持零部件的完整無缺；（2）測試場地為一塊長10米、寬1.5米的長方形賽道，以車頭駛出為起點，停止而結束，小車行駛過程兩點間的直線距離為測試成績。接下來是學生兩人小組進行團隊合作探索。

第一步，使用提供的模型材料包進行拼裝，這個環(huán)節(jié)更多的是體現(xiàn)技術層面的提升，學生需要解決用沙皮紙打磨零部件的厚薄寬窄，用黏結劑對一些重要部位進行黏結加固，用橡膠管固定輪軸的相對位置等諸多制作問題。

第二步，對小車進行調試，即“如何讓小車行駛的距離更長”。學生根據(jù)已有經(jīng)驗，認為只要把橡筋打轉的圈數(shù)繞得越多，給予小車前進的動力就越足，小車行駛的距離就越遠。但當他們真的這么做時，卻發(fā)現(xiàn)了不一樣的現(xiàn)象，橡筋轉數(shù)多動力自然更足，但在行進過程中卻容易走偏，甚至出現(xiàn)打拐調頭現(xiàn)象，影響測試成績：如果減少橡筋圈數(shù)，小車能跑直線了，但因動力不足又行進得不夠遠。由此可見，小車行進距離的遠近與行進路線的曲直程度跟橡筋動力的大小都有關系。如何使小車行駛的距離夠遠、路線夠直，從而獲得期望的結果，工程設計的價值就在這里得以體現(xiàn)。學生需要像工程師一樣，學習用系統(tǒng)論的方法來比較可選性，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)制訂方案，并反復進行分析、質疑，不斷修正自己的設計，直至獲得最佳方案。

本次活動中，學生通過查閱資料并實驗分析，發(fā)現(xiàn)左右輪子之間的距離會影響小車行進的路線，即“當左輪的輪軸短時，車子就會向左拐，而右輪的輪軸短了車子就會向右偏”。在順利解決行駛路線的曲直問題后，學生又把研究方向定位在橡筋打轉的圈數(shù)上，希望尋求適宜的圈數(shù)以達到小車直線前進的足夠動力。在此期間，學生綜合所學各方面的知識信息，認真觀察諸因素之間的關系，通過反復多次的改進調試，再改進再調試，最終獲得了小車向前沖的完滿結果。

加強科學探究與工程實踐之間的相互整合，有助于學生更好地認識客觀規(guī)律和自然現(xiàn)象，獲得工程技術、創(chuàng)新實踐的深刻體驗，并逐步養(yǎng)成嚴密的邏輯推斷能力。我們進行教學的目標是引導學生參與到能更好地反映科學本質和過程的重要活動中，而不是進行簡單的實踐去尋找已確認結果的支持性證據(jù)，抱元守一，一切為了提升學生的科學素養(yǎng)。