借鑒數(shù)學(xué)建模程序設(shè)計(jì)“工程與技術(shù)”教學(xué)

名師簡(jiǎn)介

韓世英? 小學(xué)科學(xué)特級(jí)教師，新疆維吾爾自治區(qū)優(yōu)秀教師、教學(xué)能手。從事過高中語(yǔ)文、高中生物、小學(xué)語(yǔ)文、小學(xué)數(shù)學(xué)和小學(xué)科學(xué)教學(xué)工作，擁有豐富的跨學(xué)段、跨學(xué)科課堂教學(xué)和大賽經(jīng)歷。擔(dān)任過校長(zhǎng)、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)小學(xué)科學(xué)理事長(zhǎng)職務(wù)，擁有豐富的組織策劃和指導(dǎo)引領(lǐng)教學(xué)教研及科普培訓(xùn)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。所帶隊(duì)伍在兵團(tuán)的各級(jí)各類比賽中名列前茅，為兵團(tuán)小學(xué)科學(xué)教師隊(duì)伍的建設(shè)和發(fā)展，發(fā)揮了重要作用。

“工程與技術(shù)”的教學(xué)是《科學(xué)》新教材實(shí)施的難點(diǎn)，制約的主要因素是：教師沒有相關(guān)教育和教學(xué)經(jīng)歷，不能有效指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)和制作。我們從課程目標(biāo)的定位、教學(xué)理念建模策略的應(yīng)用兩個(gè)方面著手，促進(jìn)教師“工程與技術(shù)”教學(xué)理念和實(shí)施策略的提高，以幫助教師盡快掌握該類型課程的實(shí)施策略，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

2001年新課改實(shí)施的后期，曾有人說過，“一流教師教知識(shí)，二流教師教技能，三流教師教思維，特級(jí)教師什么都不教”。這句話在“以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)”的2018年教科版《科學(xué)》教材的實(shí)施過程中，又有了新的解讀和實(shí)踐意義。

小學(xué)科學(xué)課程目標(biāo)從2001年的三維目標(biāo)升級(jí)為2017年的四維目標(biāo)，即從“知識(shí)與技能”“過程與方法”“情感、態(tài)度、價(jià)值觀”的三維目標(biāo)，升級(jí)到了“科學(xué)知識(shí)”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度”“科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境”的四維目標(biāo)。上升一個(gè)維度意味著增加了無數(shù)個(gè)三維，在育人效果上將產(chǎn)生數(shù)量級(jí)的變化。教學(xué)內(nèi)容和教材結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了重新編寫，其中最大的亮點(diǎn)就是增加了“工程與技術(shù)”領(lǐng)域?！肮こ膛c技術(shù)”不僅在教學(xué)內(nèi)容上成為科學(xué)課的一部分，有獨(dú)立的課時(shí)內(nèi)容，而且每節(jié)課四維目標(biāo)中的“科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境”目標(biāo)也是“工程與技術(shù)”領(lǐng)域一些思想的滲透。但在新教材的實(shí)施過程中，教師沒有理解或者注意到：對(duì)“科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境”這個(gè)維度的教學(xué)目標(biāo)如何落實(shí)？這個(gè)維度的教學(xué)目標(biāo)與其他三維目標(biāo)如何整合為統(tǒng)一的整體？“工程與技術(shù)”類課型如何開展教學(xué)，是2017版新課程理念實(shí)施的難點(diǎn)和重點(diǎn)。一種理念的實(shí)施或教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，首先對(duì)該理念或目標(biāo)內(nèi)涵、意義、實(shí)施策略的學(xué)習(xí)和理解，其次才是在理念和目標(biāo)指導(dǎo)下的教學(xué)活動(dòng)。如何認(rèn)識(shí)和應(yīng)用新教學(xué)理念開展“工程與技術(shù)”領(lǐng)域的教學(xué)呢？我們可以在課標(biāo)中學(xué)習(xí)理念，可以在單元教材的分析中感悟，也可以在具體的課堂教學(xué)中實(shí)踐和內(nèi)化。作為一名一線教研員，在學(xué)習(xí)新課程理念后，尤其是在用新理念指導(dǎo)自己觀摩課堂教學(xué)的實(shí)踐活動(dòng)中，對(duì)“工程與技術(shù)”類課型的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)，對(duì)“工程與技術(shù)”思維在科學(xué)課程中實(shí)施難點(diǎn)和教育價(jià)值的挖掘，有如下思考。

一、精準(zhǔn)確立教學(xué)目標(biāo)，引領(lǐng)策略優(yōu)化過程

201版課標(biāo)指出，“兒童的工程技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)與科學(xué)探究活動(dòng)具有同等重要的地位和作用”。這句話對(duì)“工程與技術(shù)”的教育價(jià)值和教學(xué)目標(biāo)做了定位。課標(biāo)為什么這樣說？“工程與技術(shù)”實(shí)踐活動(dòng)與科學(xué)探究活動(dòng)的共同點(diǎn)是什么呢？是什么讓它具有“重要地位和作用”？用我們熟悉的“科學(xué)探究”來理解陌生的“工程與技術(shù)”，說明“工程與技術(shù)”與“科學(xué)探究”一樣，它最重要的育人價(jià)值就在學(xué)生發(fā)明和建造的實(shí)踐過程中，在應(yīng)用知識(shí)解決問題的過程中，在綜合運(yùn)用各種知識(shí)與材料形成產(chǎn)品的實(shí)踐中。這恰恰是建構(gòu)主義思想的核心，是建構(gòu)主義理論在STEM教育理念、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)中的具體運(yùn)用。

課標(biāo)對(duì)學(xué)生在不同學(xué)段開展了不同的技術(shù)發(fā)明、工程建設(shè)活動(dòng)。在科學(xué)概念方面，要幫助學(xué)生形成三個(gè)主要概念，其中包括：“技術(shù)的核心是發(fā)明，是人們對(duì)自然的利用和改造”“工程技術(shù)的核心是設(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)際問題和制造產(chǎn)品的活動(dòng)”。從這些描述中我們可以看到：這兩個(gè)主要概念其實(shí)是兩個(gè)觀念，是學(xué)生在發(fā)明技術(shù)的過程中、在設(shè)計(jì)和制作的實(shí)踐中，體驗(yàn)發(fā)明創(chuàng)造的一般規(guī)律，體驗(yàn)工程建造從設(shè)計(jì)到制作的一般過程。雖然是小發(fā)明、小制造，但解決問題的策略與大發(fā)明、大制造是一樣的，是從娃娃開始培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的實(shí)踐。如果從為國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)出發(fā)，再次審視“工程與技術(shù)”類課程，是不是感覺不一樣了？小發(fā)明、小制作的教學(xué)，看到的是有形的產(chǎn)品，看不到的是無形的思維和解決問題的策略。厘清這一點(diǎn)就會(huì)明白，“工程與技術(shù)”在教學(xué)目標(biāo)的定位、學(xué)習(xí)方式的選擇等方面，不能等同于我們熟悉的科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)模式。

在研讀教材時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)，編寫教材時(shí)，常常把“工程與技術(shù)”內(nèi)容放在單元的最后一課或兩課。比如，在四年級(jí)下冊(cè)“電”的單元，課時(shí)順序是：《電與我們的生活》《點(diǎn)亮小燈泡》《簡(jiǎn)單電路》《導(dǎo)體和絕緣體》《模擬安裝一個(gè)照明電路》?！赌M安裝一個(gè)照明電路》這一課的單元定位就是對(duì)本單元核心概念“電必須在閉合電路中流動(dòng)”的應(yīng)用，知識(shí)的學(xué)習(xí)已經(jīng)不是本課的學(xué)習(xí)重點(diǎn)了，而設(shè)計(jì)和制作一個(gè)符合照明需要的實(shí)際電路才是重難點(diǎn)。

必須讓學(xué)生經(jīng)歷這個(gè)完成真實(shí)任務(wù)的全過程，經(jīng)歷一個(gè)完整的“設(shè)計(jì)與制作”過程，即明確任務(wù)—構(gòu)造思路—篩選解決方法—檢驗(yàn)解決方案—制作實(shí)體模型—評(píng)估并提交結(jié)果。不是每一個(gè)“工程與技術(shù)”內(nèi)容都要經(jīng)歷這個(gè)完整的過程的，可以在不同學(xué)段有所側(cè)重。但“工程與技術(shù)”對(duì)五六年級(jí)這個(gè)學(xué)段，已經(jīng)要求經(jīng)歷完整的過程了。從成功的課例看，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，經(jīng)歷了完整的照明電路從設(shè)計(jì)到制作的全過程，成功制作了一個(gè)滿足需要的照明電路，對(duì)“電必須在閉合電路中流動(dòng)”這個(gè)核心概念有了更深入的理解，還感受到了工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，也就是說，在“設(shè)計(jì)與制作”的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都體會(huì)到了選擇的多樣性和策略的優(yōu)化選擇。這是教師最容易忽略的，卻是“工程與技術(shù)”領(lǐng)域重要的教學(xué)目標(biāo)。這種意識(shí)必須在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生才能體會(huì)到、意識(shí)到、應(yīng)用上。

學(xué)生是解決問題的主體，教師是方案設(shè)計(jì)和策略優(yōu)化的引領(lǐng)者，師生的“雙主體作用”缺一不可。真實(shí)的問題、開放的實(shí)踐、成功的制作、同伴的欣賞，都能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性、提高解決實(shí)際問題的能力。STEM教育理念可以在這個(gè)過程中得到非常好的應(yīng)用。一節(jié)好的“工程與技術(shù)”課，一定是過程與結(jié)果高度統(tǒng)一，學(xué)生不僅是技術(shù)與工程的受用者，更是掌握技術(shù)與完成工程的主體。

二、借鑒數(shù)學(xué)建模程序，塑造工程技術(shù)理念

在“工程與技術(shù)”的教學(xué)實(shí)踐中，經(jīng)常有兩種典型現(xiàn)象：一種是“優(yōu)秀環(huán)節(jié)大拼盤”現(xiàn)象。課堂上活動(dòng)材料琳瑯滿目、活動(dòng)形式豐富多彩、學(xué)生參與度高，但在課后檢測(cè)中，卻發(fā)現(xiàn)學(xué)生連本課的主要任務(wù)是什么都不清楚，既沒有完成產(chǎn)品或任務(wù)，也沒有實(shí)現(xiàn)科學(xué)概念的發(fā)展。另一個(gè)極端是，學(xué)生拖不動(dòng)，教師只好唱獨(dú)角戲，一講到底，感覺就是一節(jié)“手工課”，出現(xiàn)了“名師的教學(xué)設(shè)計(jì)不靈”的尷尬。這兩種現(xiàn)象的背后，都是教師既沒有吃透教材編寫意圖，又沒有領(lǐng)會(huì)名師精彩環(huán)節(jié)或活動(dòng)的設(shè)計(jì)意圖，更沒有在吃透整節(jié)課教學(xué)目標(biāo)和教育理念上下功夫，沒有把一節(jié)課當(dāng)作一個(gè)“系統(tǒng)”來分析和應(yīng)用別人的教學(xué)設(shè)計(jì)，教學(xué)活動(dòng)孤立，或內(nèi)在聯(lián)系不緊密。這是教師解讀教材不深入、教學(xué)理念不明晰，或者是教學(xué)理念呈現(xiàn)碎片化、沒有融會(huì)貫通的表現(xiàn)。從對(duì)教材的解讀和教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)上，都表現(xiàn)出教師對(duì)教學(xué)理念和教學(xué)環(huán)節(jié)沒有內(nèi)化，沒有形成系統(tǒng)，所以不會(huì)用，不會(huì)靈活用。這種情況是非常普遍的。教師是“教技術(shù)”，而不是“用工程思維提高知識(shí)的理解和應(yīng)用，訓(xùn)練技術(shù)能力”?！肮こ膛c技術(shù)”教學(xué)，是教師不熟悉、不擅長(zhǎng)的，那么，如何提高“工程與技術(shù)”類課程的教學(xué)質(zhì)量呢？教師“工程與技術(shù)”素養(yǎng)和教育理念的提高必須先于學(xué)生、高于學(xué)生。對(duì)此，科學(xué)課本身的課程理念和學(xué)習(xí)方法給了我一些思考和啟發(fā)。

數(shù)學(xué)的建模過程分模型準(zhǔn)備、模型假設(shè)、模型構(gòu)成、模型分析、模型解釋、模型檢驗(yàn)、模型應(yīng)用等幾個(gè)環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)本身就是模型的程序表現(xiàn)形式，有時(shí)候我們會(huì)忽略程序的育人價(jià)值。在塑造教師“工程與技術(shù)”教育理念時(shí)，我們要借鑒的就是它的程序。例如，組織教師學(xué)習(xí)相關(guān)理論和開展課堂實(shí)踐（包括自己上課和對(duì)他人課堂的觀課、議課），就是“模型準(zhǔn)備”。這個(gè)階段是教師收集大量現(xiàn)象和信息階段，需要在現(xiàn)象層面積累豐富的個(gè)性化案例，教師對(duì)這個(gè)環(huán)節(jié)是熟悉的。緊接著，要引領(lǐng)教師試著分析多個(gè)教學(xué)現(xiàn)象背后的設(shè)計(jì)意圖和理念，要嘗試用課標(biāo)對(duì)“工程與技術(shù)”的目標(biāo)、實(shí)施策略、評(píng)價(jià)導(dǎo)向等理念進(jìn)行解釋和應(yīng)用，在解釋和應(yīng)用的過程中，加深對(duì)理念的理解，形成模糊的認(rèn)知框架。

開展模擬名師課堂這種方式可以促進(jìn)模型假設(shè)和構(gòu)成。教師在這個(gè)環(huán)節(jié)開始了第一次嚴(yán)重分化，一部分教師表現(xiàn)出不重視、不愿意對(duì)課標(biāo)和教參進(jìn)行研讀，就課備課，缺乏單元意識(shí)和課程意識(shí)，對(duì)本課教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏結(jié)構(gòu)性分析，單元教學(xué)沒有結(jié)構(gòu)性和系統(tǒng)性，評(píng)課也停留在講現(xiàn)象、說流程層面，上課和聽課都停留在現(xiàn)象表現(xiàn)。另一部分教師在自我反思和交流研討中，對(duì)一些新理念形成了自我理解和價(jià)值認(rèn)同。這個(gè)理解和認(rèn)同不是靜止的，是發(fā)展變化的，越實(shí)踐，模型就越清晰，從細(xì)節(jié)走向了抽象概括，已經(jīng)可以用“工程與技術(shù)”新理念上課和評(píng)課，在反反復(fù)復(fù)的上課和評(píng)課中，進(jìn)一步熟悉模型、優(yōu)化模型。如果這一階段能夠及時(shí)補(bǔ)充學(xué)習(xí)腦科學(xué)和課程新發(fā)展理念、控制環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)，就可以達(dá)到宏觀建模清晰、細(xì)節(jié)調(diào)控到位、自主學(xué)習(xí)有效的效果。細(xì)細(xì)品味，在引導(dǎo)教師建模的過程中，再次感受“工程與技術(shù)”思維，在塑造教師理念方面也有理念上的同一性。

三、結(jié)語(yǔ)

在探究塑造教師“工程與技術(shù)”理念的實(shí)踐中，我感悟到科學(xué)課的另一重價(jià)值：從具體教學(xué)內(nèi)容抽離出來的思維品質(zhì)提升模式。這是本次探究實(shí)踐的新感悟。