工程設(shè)計理念下校本科學課程的開發(fā)

陳艷秋

一、工程設(shè)計理念下校本科學課程開發(fā)的目的與意義

新冠肺炎疫情之下，各地的學校通過遠程教學和家庭學習為學生提供了更多學習科學的機會。因此，適用于遠程學習和家庭學習的校本課程開發(fā)尤為必要。

校本課程開發(fā)不能離開小學科學課標與課程?，F(xiàn)行的小學科學課程主要包括工程實踐與科學探究兩方面內(nèi)容?？茖W探究的目的是讓學生認識世界、了解自然規(guī)律。例如，杯子里的熱水為什么會變涼？小學生的科學探究任務(wù)是了解和詮釋科學現(xiàn)象背后的科學概念。而工程實踐課程的目的是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學生學會改造世界、掌握解決實際問題的方法。例如，怎樣讓杯子里的熱水涼得慢一些？

二、工程設(shè)計理念下校本科學課程開發(fā)的途徑

基于工程學理念，為了支持遠程學習和家庭學習，筆者開發(fā)了一種校本課程“宅家科技挑戰(zhàn)周”。在挑戰(zhàn)周，教師會分享一個感官化的任務(wù)，教師和家庭可以利用這個任務(wù)讓學生參與相關(guān)的科學學習。參與這些實踐活動，需要學生成為學習群體的一部分，這個學習群體可以是由同學組成的，也可以是由家庭成員組成的。學生可以在學習群體里分享自己的想法、評估別人的想法、給予和接受批評并達成共識。

三、工程設(shè)計理念下校本科學課程開發(fā)的流程

《小學科學課程標準》給出了工程設(shè)計的四個步驟——明確問題，確定方案，設(shè)計制作，改進完善。在此基礎(chǔ)上，筆者參考了若干國家的技術(shù)與工程教育標準和教材以及本土的研究，將工程實踐細化為六個要素，即明確問題、前期研究、設(shè)計方案、制作模型、測試改進、展示交流。

（一）明確問題

1.引入工程挑戰(zhàn)

在今天的日常生活中，我們怎樣才能使房間盡可能地黑暗？向?qū)W生介紹工程挑戰(zhàn)：讓一個房間盡可能地黑暗，以便讓孩子睡午覺。學生調(diào)查在家中發(fā)現(xiàn)的常見材料，例如白紙、紙巾、被子、木板等。提問學生：“我們要解決的問題是什么？我們需要知道什么才能解決這個問題？”從而確定任務(wù)目標，即找出哪些材料最能阻擋光線、使用哪種材料能使我們的房間變暗。

2.與學生前概念建立聯(lián)系

鼓勵學生分享他們對材料的了解。讓他們分享一些他們認為遮光效果好于其他材料的例子并追問：“為什么你認為這些材料比其他材料更能阻擋光線？”學生可能會給出許多不同的理由來解釋為什么有些材料會阻擋光線或者反射光線的效果比其他材料好，但這里的目的不是要區(qū)分是非，而是促進關(guān)于這些材料的性質(zhì)的討論，以及是什么性質(zhì)使一些材料比其他材料更適合用于阻擋光線而使房間黑暗。

（二）前期研究

1.驗證猜想

學生通過頭腦風暴、集思廣益，已經(jīng)搜集到一些信息：哪些材料最有效、哪些材料不行。但是他們?nèi)绾沃浪麄兊牟孪敕环鲜聦崳扛嬖V學生需要親自檢驗這些猜想。

如果學生很難想出一個調(diào)查的方法，則分享教師的調(diào)查視頻。但如果學生提出了一個足夠公平的測試來調(diào)查自己的材料，則鼓勵學生執(zhí)行他們自己的調(diào)查計劃。提醒他們在調(diào)查的時候搜集數(shù)據(jù)。如果學生沒有準備好自己的數(shù)據(jù)表，可以考慮提供數(shù)據(jù)表。要求學生調(diào)查盡可能多的材料，包括他們認為勉強可以或不會很好阻擋光線的材料，以確認他們的想法或幫助揭示錯誤的觀念。

2.就調(diào)查結(jié)果達成共識

學生分享交流關(guān)于哪些材料遮光效果最好。學生可以演示或重現(xiàn)他們的調(diào)查步驟，展示他們的調(diào)查過程，并確認他們搜集的數(shù)據(jù)。

要求學生對比遮光最好的材料和遮光不好的材料，從中尋找影響遮光效果的因素。學生會發(fā)現(xiàn)較厚的材料比較薄的材料更容易阻擋所有的光，但是在實際應(yīng)用中，太厚的材料缺乏柔韌性且過重，如何平衡好兩者的關(guān)系是任務(wù)的難點。

（三）設(shè)計方案

在黑暗房間挑戰(zhàn)的第一部分——擋住光源，要求學生獨立繪制一個模型，說明他們將如何使用他們認為能夠有效遮光的材料。

如果學生在開始繪制他們的模型時遇到困難，可以提問：什么東西能證明使房間變暗的材料起了作用？如何顯示這些部件之間的相互作用？你可以選擇讓一個學生向其他小組解釋他們的模型，而其他小組成員則注意分享者的模型和他們自己模型之間的相似性和差異性。

（四）制作模型

讓學生同家長合作，利用之前共同設(shè)計創(chuàng)建的解決方案使所選房間變暗。學生在創(chuàng)作和測試過程中經(jīng)常會進行修補，因此教師需要“控制節(jié)奏”，讓學生將他們的解決方案落實到位，直到所有的解決方案都準備好再一起測試和比較。

（五）測試改進

強調(diào)依據(jù)要求商定科學的測試方法，根據(jù)測試結(jié)果判斷是否滿足要求，對不達標的情況分析原因，找到改進方法。

學生可以通過拍攝房間的前后照片來觀察房間的暗度，以使設(shè)計效果可以與之前沒有使用變暗方案的房間對照，再與其他使房間變暗的解決方案進行比較。如果時間允許，為學生提供重新設(shè)計的機會，以改善效果。

（六）展示交流

展示交流的目的是在相互評價中，互相學習，取長補短，收獲成就感。宅家也可以通過視頻分享、自我反思評價等方式實現(xiàn)多個家庭的交流。

遠程學習和家庭學習可以為學生提供更多學習科學的機會，基于工程學理念，筆者開發(fā)的這一種校本課程，通過分享一個感官化的任務(wù)，教師和家庭可以利用這個任務(wù)讓學生參與相關(guān)的科學學習;學生需要運用科學概念，結(jié)合數(shù)學、技術(shù)與工程等跨學科知識與技能，根據(jù)科學原理完成作品的設(shè)計與制作。這是一個創(chuàng)造性過程，具有一定的復(fù)雜性、多樣性，學生可以像工程師一樣，在家也能經(jīng)歷一個完整的工程活動過程。