“技術(shù)與工程”領(lǐng)域教材設(shè)計(jì)

李偉臣

2017 年頒布的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱《課標(biāo)》）新增了“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的學(xué)習(xí)內(nèi)容，旨在讓學(xué)生綜合所學(xué)的各方面知識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)技術(shù)對(duì)個(gè)人生活和社會(huì)發(fā)展的影響，體會(huì)“做”的成功和樂(lè)趣，養(yǎng)成通過(guò)“動(dòng)手做”解決問(wèn)題的習(xí)慣。技術(shù)與工程教育始于美國(guó)，其主要目標(biāo)是為了培養(yǎng)理工科人才，提升國(guó)家的科技實(shí)力。當(dāng)前美國(guó)、日本及一些歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家把技術(shù)與工程教育作為一種綜合的教育模式——STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)），在不同的教育階段與科學(xué)課程相互融合加以實(shí)施，取得了很好的效果。人教鄂教版小學(xué)《科學(xué)》教材借鑒和吸收了國(guó)內(nèi)外STEM教育的經(jīng)驗(yàn)和研究成果，通過(guò)STEM 單元將傳統(tǒng)的科學(xué)教育和技術(shù)與工程教育融合在一起，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程思維。

技術(shù)與工程單元內(nèi)容及分布《課標(biāo)》關(guān)于“技術(shù)與工程”領(lǐng)域有三個(gè)主要概念：

16.人們?yōu)榱耸股a(chǎn)和生活更加便利、快捷、舒適，創(chuàng)造了豐富多彩的人工世界。

17. 技術(shù)的核心是發(fā)明，是人們對(duì)自然的利用和改造。

18.工程的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)，工程是運(yùn)用科學(xué)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、解決實(shí)際問(wèn)題和制造產(chǎn)品的活動(dòng)。

這三個(gè)主要概念又分解為若干個(gè)子概念，分別在小學(xué)低、中、高不同階段進(jìn)行學(xué)習(xí)。這三個(gè)主要概念涉及技術(shù)、工程與生產(chǎn)、生活的關(guān)系，體現(xiàn)了對(duì)技術(shù)的理解，以及技術(shù)與工程的核心能力“設(shè)計(jì)”“制造”和“解決問(wèn)題”。為了落實(shí)《課標(biāo)》中“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的學(xué)習(xí)目標(biāo)，人教鄂教版小學(xué)《科學(xué)》教材結(jié)合自身特色，在每一冊(cè)的最后一個(gè)單元安排了一個(gè)“技術(shù)與工程”領(lǐng)域單元，共計(jì)12個(gè)STEM 單元（見(jiàn)表1）。

這些STEM 單元嚴(yán)格遵照《課標(biāo)》要求，按照學(xué)習(xí)進(jìn)階的方式，分成低、中、高三個(gè)階段實(shí)施。在同一年級(jí)段，各單元對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)有一定的側(cè)重，具體表現(xiàn)在“設(shè)計(jì)能力”“制作能力”“科學(xué)探究”和“對(duì)技術(shù)和工程的理解”的邏輯上升上。例如，在低年級(jí)有《制作小物品》《制作指南針》《制作小船》《從自然世界到人工世界》四個(gè)單元，《制作小物品》作為技術(shù)和工程的起始單元，主要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)一些工具和學(xué)習(xí)使用工具，為以后各個(gè)單元的制作產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。小物品的結(jié)構(gòu)比較單一，設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，隨意度較大，學(xué)生可以用簡(jiǎn)單的草圖表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖?！吨谱髦改厢槨分械闹改厢樝鄬?duì)于制作的小物品來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，需要選擇一定的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，涉及的科學(xué)知識(shí)也更多，難度有所提升。在《制作小船》單元，制作的小船結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，每個(gè)結(jié)構(gòu)和功能都有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)設(shè)計(jì)和選擇材料有更高的要求。最后的《從自然世界到人工世界》單元，讓學(xué)生在前三個(gè)單元學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，對(duì)技術(shù)和工程有進(jìn)一步的理解，了解技術(shù)與我們生活、社會(huì)的關(guān)系，了解發(fā)明創(chuàng)造的意義。在不同的年級(jí)，STEM 單元具有一定的進(jìn)階性：根據(jù)《課標(biāo)》要求，按照“ 科學(xué)探究”“ 設(shè)計(jì)能力”“ 制作能力”和“ 對(duì)技術(shù)和工程的理解”四個(gè)梯度層層遞進(jìn)、循環(huán)上升，最終達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

STEM 單元的編寫思路

技術(shù)與工程教育注重和生活的聯(lián)系，注重問(wèn)題的解決，重視設(shè)計(jì)和測(cè)試在工程中的作用，多采取項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行，學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)更加開(kāi)放、多元。基于技術(shù)與工程教育的特點(diǎn)，人教鄂教版《科學(xué)》教材的STEM 單元在編寫上注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，通過(guò)生活情境引出問(wèn)題，圍繞問(wèn)題或任務(wù)開(kāi)展探索，在科學(xué)探索的基礎(chǔ)上進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、制作或解決問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程可以反復(fù)進(jìn)行，通過(guò)測(cè)試和評(píng)議反饋信息，不斷改進(jìn)，直到完成項(xiàng)目并進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)價(jià)（如圖1）。

與其他單元不同，STEM 單元用同一個(gè)情境貫穿始終，創(chuàng)設(shè)的情境來(lái)自學(xué)生的生活，這也和本套教材注重學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)圈這個(gè)線索相吻合。12 個(gè)STEM 單元的情境都基于學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)圈，從家庭和身邊的問(wèn)題，到學(xué)校、社區(qū)的問(wèn)題，再到對(duì)田野和浩瀚宇宙的探索，由近及遠(yuǎn)，按照學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)圈逐漸擴(kuò)展。引出問(wèn)題后，利用研討、觀察、調(diào)查、實(shí)驗(yàn)等手段尋找解決方案，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生設(shè)計(jì)方案。

不同年級(jí)對(duì)設(shè)計(jì)能力有一定的進(jìn)階性：低年級(jí)在給定材料的基礎(chǔ)上，利用草圖、簡(jiǎn)筆畫或口述的方式進(jìn)行設(shè)計(jì);中年級(jí)結(jié)合設(shè)計(jì)草圖，搜集材料和工具，進(jìn)行研討并修正自己的設(shè)計(jì);高年級(jí)結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境、社會(huì)效益等多種因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)工程進(jìn)行考慮。工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制作、測(cè)試和改進(jìn)可以反復(fù)進(jìn)行，根據(jù)測(cè)試反饋問(wèn)題解決的情況，不斷修正自己的設(shè)計(jì)和制作，直到最終的評(píng)價(jià)。

例如，《制作小船》單元，單元起始結(jié)合學(xué)生的實(shí)際生活，提出問(wèn)題：我們都見(jiàn)過(guò)哪些船？想不想制作一個(gè)小船模型？然后明確任務(wù)：小船模型具有船的基本結(jié)構(gòu);能夠平穩(wěn)行駛;可以承載一定的重物。學(xué)生圍繞這些要求開(kāi)展探索：觀察船，了解船的基本結(jié)構(gòu)。

在給定的材料范圍內(nèi)選擇材料，畫出船的草圖并說(shuō)明是用什么材料制作的。進(jìn)行制作，制作完成后進(jìn)行測(cè)試。如果測(cè)試發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，再修改自己的設(shè)計(jì)。

對(duì)制作的小船模型，從完成任務(wù)、創(chuàng)新、美觀、小組合作等多個(gè)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)不分等級(jí)，突出多元化，讓學(xué)生獲得成功的體驗(yàn)。教學(xué)活動(dòng)和課時(shí)安排見(jiàn)表2。

與《制作小船》單元類似，其他11 個(gè)STEM 單元也是按照項(xiàng)目學(xué)習(xí)和問(wèn)題解決的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般安排5～6課時(shí)進(jìn)行教學(xué)。STEM 單元在教材體系中的作用人教鄂教版《科學(xué)》教材將“ 技術(shù)與工程”領(lǐng)域的學(xué)習(xí)內(nèi)容以單獨(dú)的STEM 單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要基于以下目的：

1. 凸顯技術(shù)與工程教育的重要性，更好地實(shí)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)

學(xué)生動(dòng)手能力、解決問(wèn)題的能力偏弱，創(chuàng)造性不足，是我國(guó)基礎(chǔ)教育普遍存在的問(wèn)題。多年的研究和實(shí)踐表明，STEM 教育在培養(yǎng)學(xué)生這些能力方面具有無(wú)可替代的作用。人教鄂教版《科學(xué)》教材將技術(shù)與工程作為一個(gè)個(gè)STEM 教育單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，強(qiáng)化并凸顯其價(jià)值。通過(guò)動(dòng)手與動(dòng)腦相結(jié)合的STEM 活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，在問(wèn)題解決的科學(xué)實(shí)踐中體會(huì)科技與生活、科技與社會(huì)之間的關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。