在《我們的“過山車”》課堂設(shè)計(jì)5E視域下的技術(shù)與工程領(lǐng)域教學(xué)

◇張 盛 郭飛君（吉林：長春師范大學(xué)）

技術(shù)與工程是小學(xué)科學(xué)新增加的領(lǐng)域，教師在教學(xué)時(shí)顯現(xiàn)出重知識(shí)講授和強(qiáng)調(diào)活動(dòng)兩極化的特點(diǎn)。本研究以“5E 教學(xué)模式”為基礎(chǔ)，結(jié)合技術(shù)與工程領(lǐng)域的特點(diǎn)構(gòu)建“技術(shù)與工程領(lǐng)域教學(xué)設(shè)計(jì)模型”，以《我們的“過山車”》為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)科學(xué)知識(shí)與工程實(shí)踐的融合，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，提高科學(xué)素養(yǎng)，也希望為一線教師教學(xué)實(shí)踐提供參考。

2017 版《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》新增加技術(shù)與工程領(lǐng)域，這一領(lǐng)域與其他領(lǐng)域注重科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)不同，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生知識(shí)的綜合運(yùn)用、實(shí)踐技能的培養(yǎng)、科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成、適應(yīng)生活的能力。技術(shù)與工程領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力，加強(qiáng)科學(xué)知識(shí)與生活的聯(lián)系，促進(jìn)對科學(xué)概念的理解。學(xué)生在設(shè)計(jì)、制作過程中，將動(dòng)手與動(dòng)腦有機(jī)結(jié)合，體會(huì)“做”的成功和樂趣，從而養(yǎng)成通過“動(dòng)手做”解決問題的習(xí)慣。

一、科學(xué)課堂技術(shù)與工程領(lǐng)域教學(xué)現(xiàn)狀分析

技術(shù)與工程領(lǐng)域的學(xué)習(xí)可以幫助學(xué)生掌握更多的生活實(shí)踐技能，將所學(xué)的知識(shí)綜合運(yùn)用，體驗(yàn)人類世界的建造過程，感悟科技進(jìn)步對社會(huì)發(fā)展和個(gè)人生活的影響，從而提高社會(huì)生活能力。技術(shù)與工程領(lǐng)域更加強(qiáng)調(diào)在實(shí)踐活動(dòng)中對知識(shí)的綜合運(yùn)用，更注重培養(yǎng)學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)踐解決問題的能力，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有獨(dú)特的價(jià)值，在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)采取新教學(xué)模式。但是，該領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)教學(xué)實(shí)踐并不能很好地達(dá)到課程目標(biāo)的要求。

目前，教師在技術(shù)與工程領(lǐng)域的教學(xué)中存在諸多問題，主要為兩類：一是采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以知識(shí)講授為主。講授式的教學(xué)方式無法帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入技術(shù)與工程的實(shí)際情境，抑制學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。教師采用概念教學(xué)的方式進(jìn)行技術(shù)與工程領(lǐng)域的教學(xué)，與課程標(biāo)準(zhǔn)中倡導(dǎo)“組織實(shí)踐活動(dòng)使學(xué)生體會(huì)到‘做’的成功和樂趣，養(yǎng)成通過‘動(dòng)手做’解決問題的習(xí)慣”相違背，與增設(shè)這一領(lǐng)域的目的相悖。

二是將技術(shù)工程課上成活動(dòng)課，忽視了知識(shí)的建構(gòu)。目前在開展探究活動(dòng)時(shí)，教師缺少對學(xué)生探究實(shí)踐活動(dòng)的指導(dǎo)，過于強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性，滿足小學(xué)生愛玩的天性，將科學(xué)課堂“游樂”化，對學(xué)生科學(xué)知識(shí)的掌握和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)不利。

在教學(xué)中組織探究活動(dòng)需要教師具備較強(qiáng)的組織能力和活動(dòng)設(shè)計(jì)能力。但目前教師的探究式教學(xué)水平較低，并且教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，沒有可以參照的設(shè)計(jì)模型，組織探究式教學(xué)時(shí)存在難度。

技術(shù)與工程領(lǐng)域強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐，這一部分內(nèi)容本來是學(xué)生最感興趣的內(nèi)容，在學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)過程中可以體會(huì)動(dòng)手操作的愉悅，體會(huì)工程設(shè)計(jì)的成就感。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)科學(xué)設(shè)置教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)知識(shí)的回顧中，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)工程產(chǎn)品中關(guān)聯(lián)的科學(xué)知識(shí)，在增強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)知識(shí)理解的基礎(chǔ)上，拓寬科學(xué)文化交往視野，提升科學(xué)交往層次，以利于科學(xué)教育源于生活，應(yīng)用于生活，鍛煉學(xué)生的科學(xué)生活能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

二、5E教學(xué)模式模型建構(gòu)

5E 教學(xué)模式是基于建構(gòu)主義的探究式教學(xué)模式，對學(xué)生科學(xué)概念的構(gòu)建、核心素養(yǎng)的提升具有積極作用。5E 教學(xué)模式通過創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行探究，解決實(shí)際問題，構(gòu)建科學(xué)概念，不僅促進(jìn)對科學(xué)概念的理解，還可以提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，非常適合技術(shù)與工程領(lǐng)域教學(xué)實(shí)踐。

本研究針對技術(shù)與工程領(lǐng)域教學(xué)中存在的問題，根據(jù)技術(shù)與工程領(lǐng)域的特點(diǎn)改進(jìn)“5E 教學(xué)模式”，構(gòu)建了基于“5E 教學(xué)模式”技術(shù)與工程領(lǐng)域教學(xué)設(shè)計(jì)模型（見圖1）。通過參與、探究1、解釋1、探究2、解釋2、評價(jià)六個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)組織教學(xué)活動(dòng)；通過參與環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)情境，引起學(xué)生的興趣。根據(jù)技術(shù)與工程領(lǐng)域的特點(diǎn)，將探究環(huán)節(jié)分為設(shè)計(jì)和制作兩部分，突出技術(shù)與工程領(lǐng)域最重要的環(huán)節(jié)，在明確任務(wù)后，突出學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究。在解釋環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)工程產(chǎn)品中的科學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。運(yùn)用學(xué)習(xí)記錄單、提問等評價(jià)方式對教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行評價(jià)。

圖1 基于“5E教學(xué)模式”技術(shù)與工程領(lǐng)域教學(xué)設(shè)計(jì)模型

三、“技術(shù)與工程領(lǐng)域教學(xué)設(shè)計(jì)模型”教學(xué)設(shè)計(jì)

本文以《我們的“過山車”》為例，運(yùn)用“基于‘5E 教學(xué)模式’技術(shù)與工程領(lǐng)域教學(xué)設(shè)計(jì)模型”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，總結(jié)應(yīng)用于技術(shù)與工程領(lǐng)域教學(xué)的優(yōu)勢，期待為一線教師在該領(lǐng)域的教學(xué)實(shí)踐提供參考。

（一）分析教材與學(xué)情

教材分析：本節(jié)課選自教育科學(xué)出版社《科學(xué)》教材三年級下冊“物體的運(yùn)動(dòng)”單元。通過前面六節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道物體的運(yùn)動(dòng)方式。本節(jié)課通過制作“過山車”，聚焦分析過山車的運(yùn)動(dòng)方式，綜合所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)制作自己的“過山車”，為下一節(jié)課測試“過山車”做準(zhǔn)備。

學(xué)情分析：三年級學(xué)生由于年齡較小，缺乏相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)歷，對過山車的路徑和軌道缺乏直接體驗(yàn)，并且學(xué)生空間想象力不足，在設(shè)計(jì)制作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)偏差。在以前的學(xué)習(xí)中，學(xué)生學(xué)習(xí)了制作帽子、指南針的課程，具備基礎(chǔ)的工程素養(yǎng)，對接下來的學(xué)習(xí)有一定幫助，但學(xué)生第一次接觸設(shè)計(jì)類課程，沒有形成相關(guān)的工程設(shè)計(jì)思維，本節(jié)課學(xué)習(xí)對于三年級學(xué)生來說有一定的難度。

（二）制定教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)知識(shí)：知道人工世界是設(shè)計(jì)和制造出來的；總結(jié)歸納工程設(shè)計(jì)的基本步驟。

科學(xué)思維：通過繪制“過山車”的設(shè)計(jì)圖，形成頭腦風(fēng)暴式的科學(xué)思維；通過根據(jù)設(shè)計(jì)圖制作“過山車”，形成模型思維。

科學(xué)探究：根據(jù)已有材料，小組合作繪制“過山車”的設(shè)計(jì)圖；根據(jù)設(shè)計(jì)圖制作“過山車”，進(jìn)行及時(shí)的測試和調(diào)整。

科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任：養(yǎng)成與小組成員合作探究的意識(shí)，樂于為完成探究活動(dòng)分享想法、貢獻(xiàn)力量；能接納他人的觀點(diǎn)，并能夠及時(shí)反思和改進(jìn)，體驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的成就感。

（三）設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)

1.參與（創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣）

教師播放過山車的圖片，設(shè)問：“你們?nèi)ミ^游樂園嗎？玩過過山車嗎？過山車好不好玩，那過山車有什么特點(diǎn)？”

預(yù)設(shè)：“過山車由直線軌道、曲線軌道組成，軌道有一定的坡度”。

揭示研究主題：我們了解了過山車的特點(diǎn)，今天就來建造一座“過山車”吧！

設(shè)計(jì)意圖：通過播放圖片，吸引學(xué)生的注意力，引起學(xué)生的興趣，揭示研究主題；通過提問，回顧所學(xué)知識(shí)，與學(xué)生介紹模型相呼應(yīng)。

2.探究1（分組討論，設(shè)計(jì)方案）

請學(xué)生觀察教科書“過山車”軌道設(shè)計(jì)圖，展示建造“過山車”所需材料：建造積木。明確設(shè)計(jì)要求：“過山車”要穩(wěn)固；設(shè)計(jì)軌道需要有坡度的變化；小球不能脫軌并滾完全部軌道；軌道由曲線和直線軌道組成；軌道的長度一米以上。

明確設(shè)計(jì)要求后，教師組織小組內(nèi)部討論交流，根據(jù)提供的材料，完成設(shè)計(jì)圖并進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)提醒學(xué)生，設(shè)計(jì)不要過于復(fù)雜，不然容易導(dǎo)致后續(xù)的拼搭難以完成。教師給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。

設(shè)計(jì)意圖：小組合作完成設(shè)計(jì)圖，使學(xué)生明白設(shè)計(jì)是工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工程設(shè)計(jì)需要不斷改進(jìn)和完善，并培養(yǎng)學(xué)生參與合作探究的意識(shí)，樂于為完成探究活動(dòng)分享自己的想法、貢獻(xiàn)力量。

3.解釋1（分享交流，優(yōu)化設(shè)計(jì)）

設(shè)計(jì)完成后，教師組織學(xué)生分享交流，請小組派代表介紹分享小組的設(shè)計(jì)圖（引導(dǎo)學(xué)生介紹設(shè)計(jì)思路和原理）。教師組織其他學(xué)生提出疑問和優(yōu)化建議（評價(jià)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注設(shè)計(jì)要求）。學(xué)生集體交流評價(jià)后，針對提出的優(yōu)化建議，汲取不同小組的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，對本小組的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，完成最終的設(shè)計(jì)圖。

設(shè)計(jì)意圖：通過分享小組的設(shè)計(jì)圖，鍛煉學(xué)生的語言組織與表達(dá)能力；通過集體交流，形成思維的碰撞，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，并形成耐心聽取別人建議的習(xí)慣。

4.探究2（實(shí)施方案，模型構(gòu)建）

教師再次明確建造要求，分發(fā)實(shí)驗(yàn)材料，并提醒學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)安全。小組學(xué)生用分發(fā)的材料，按照最終的設(shè)計(jì)圖，組內(nèi)同學(xué)合作搭建軌道模型。

在學(xué)生合作搭建過程中，教師巡視并指導(dǎo)搭建過程，關(guān)注建造軌道是否符合設(shè)計(jì)要求，軌道是否經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)固，必要時(shí)給予適當(dāng)幫助指導(dǎo)。教師巡視過程中，根據(jù)各組的搭建進(jìn)程適時(shí)分發(fā)小球，鼓勵(lì)學(xué)生不斷測試、完善改進(jìn)，完成最終的建造。重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的安全，避免意外情況。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過搭建“過山車”模型，參與探究活動(dòng)，體會(huì)“做”的喜悅和成功的樂趣，加強(qiáng)交流合作能力。

5.解釋2（模型展示，創(chuàng)意比拼）

教師組織學(xué)生分小組展示搭建的模型，請學(xué)生介紹“過山車”的建造過程和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，演示并描述小球在“過山車”軌道的運(yùn)動(dòng)形式。

學(xué)生評判是否符合設(shè)計(jì)要求，評選出最具創(chuàng)意的“過山車”模型。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過展示“過山車”模型，介紹設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)交流能力。體會(huì)工程蘊(yùn)含的科學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)科學(xué)知識(shí)與生活的聯(lián)系。

6.評價(jià)（課程總結(jié)，能力提升）

提問：“通過設(shè)計(jì)制作‘過山車’，請小組總結(jié)工程設(shè)計(jì)的基本步驟。”

教師歸納工程設(shè)計(jì)的基本步驟包括明確問題、確定方案、設(shè)計(jì)制作、改進(jìn)完善。

以工程設(shè)計(jì)的原則：經(jīng)濟(jì)、美觀、實(shí)用、創(chuàng)意，設(shè)計(jì)小組互評單對搭建的軌道進(jìn)行評價(jià)。

設(shè)計(jì)意圖：總結(jié)工程設(shè)計(jì)的基本步驟，強(qiáng)調(diào)本節(jié)課學(xué)習(xí)的科學(xué)知識(shí)；通過填寫小組互評單，督促學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)和小組交流合作。

教學(xué)小結(jié)：學(xué)生通過參與設(shè)計(jì)、制作“過山車”軌道模型，掌握工程設(shè)計(jì)的步驟，同時(shí)將直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)等科學(xué)概念由熟記水平提升到應(yīng)用水平，在實(shí)踐過程中綜合運(yùn)用科學(xué)知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對知識(shí)的理解，促進(jìn)工程思維的形成，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

四、結(jié)語

本研究基于“5E 教學(xué)模式”，根據(jù)技術(shù)與工程領(lǐng)域的特點(diǎn)構(gòu)建了教學(xué)設(shè)計(jì)模型，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比具有很多優(yōu)勢：將科學(xué)概念與工程實(shí)踐相融合，巧妙解決了目前教學(xué)實(shí)踐中存在的現(xiàn)實(shí)問題；教學(xué)活動(dòng)以學(xué)生為主體，使學(xué)生體會(huì)到動(dòng)手制作的快樂；通過小組合作完成設(shè)計(jì)、制作，提高學(xué)生參與合作的能力，為參與社會(huì)活動(dòng)、擴(kuò)大科學(xué)交往關(guān)系奠定基礎(chǔ)；通過完成模型的建造，幫助學(xué)生形成工程思維，增強(qiáng)處理實(shí)際問題、參與社會(huì)活動(dòng)的能力。■