小學(xué)科學(xué)“技術(shù)與工程”領(lǐng)域教學(xué)策略的研究

姚春玲　吳莉榮

【編者按】技術(shù)與工程的實踐是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造能力的重要抓手，其地位在《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）中得到了強化。課標明確提出把學(xué)生的技術(shù)與工程實踐能力培養(yǎng)滲透在教學(xué)中。在課標中，“技術(shù)與工程實踐”的字眼一共出現(xiàn)了17處?；谝陨险撌隹芍?，我們應(yīng)當重視技術(shù)與工程實踐的相關(guān)教學(xué)。那么，如何進行技術(shù)與工程實踐的相關(guān)教學(xué)，真正在實踐活動中提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)？本專輯的兩篇文章，論述了技術(shù)與工程領(lǐng)域內(nèi)的教學(xué)要點，或可帶給我們一些啟發(fā)。

【摘 要】在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，“技術(shù)與工程”是非常重要的課程內(nèi)容，可以讓學(xué)生的創(chuàng)新思維及探究實踐能力等得到充分的發(fā)展，深度地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。小學(xué)科學(xué)教師在思想上需要提高對“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的重視，堅持理論與實踐相結(jié)合的原則，堅持運用多種教學(xué)策略，促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展和提升。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué) 技術(shù)與工程 教學(xué)策略

科學(xué)教育要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，主要是指學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)課程的過程中要逐步形成適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展所需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，是科學(xué)課程育人價值的集中體現(xiàn)?？茖W(xué)教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和解決問題能力的關(guān)鍵領(lǐng)域之一。在小學(xué)階段，科學(xué)教育不僅要注重知識的傳授，更要培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作和工程思維。近年來，技術(shù)與工程領(lǐng)域的教學(xué)實踐逐漸受到廣泛關(guān)注。本文將對小學(xué)科學(xué)教學(xué)中“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的實踐研究進行探討，旨在為教師提供有益的指導(dǎo)和啟示。

一、技術(shù)與工程在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的地位

《課程標準》中第12個核心概念“技術(shù)、工程與社會”和第13個核心概念“工程設(shè)計與物化”，從實踐、方法和探究這三個角度對技術(shù)與工程領(lǐng)域的內(nèi)容進行設(shè)計安排，引導(dǎo)學(xué)生通過具體的實踐活動認識技術(shù)與工程的特點及其對社會的影響，從可持續(xù)發(fā)展的角度認識科學(xué)、技術(shù)、工程、社會的關(guān)系，形成關(guān)于四者間相互聯(lián)系的整體觀念。可見，技術(shù)與工程是科學(xué)教育中的一個重要領(lǐng)域，具有豐富獨特的育人價值。

首先，技術(shù)與工程能陶冶學(xué)生的勞動情操，培養(yǎng)其工匠精神。學(xué)生在本領(lǐng)域內(nèi)容的學(xué)習(xí)中可以通過精益求精的設(shè)計，精雕細琢的模型、器件或?qū)嶒炑b置制作，培養(yǎng)出專注負責(zé)、執(zhí)著探索、追求卓越的匠心。

其次，技術(shù)與工程能促進學(xué)生掌握程序性和規(guī)范性的知識，發(fā)展其創(chuàng)造能力。技術(shù)與工程可以將科學(xué)知識應(yīng)用于實際生活中。學(xué)生常常需要按照一定的順序和步驟，運用各種材料和工具進行實際操作，制作實際的產(chǎn)品或解決實際問題。這一過程中，學(xué)生可以將所學(xué)過的理論與實踐相結(jié)合，不僅有利于理解抽象的科學(xué)原理如何轉(zhuǎn)化為實際的生產(chǎn)技術(shù)，還能培養(yǎng)自己的創(chuàng)新思維，增強解決實際問題的綜合能力。

再次，技術(shù)與工程能鍛煉學(xué)生的批判性思維能力，有利于學(xué)生跨越具體的學(xué)科知識，對科學(xué)、技術(shù)、工程、社會進行整體認識。在技術(shù)與工程的設(shè)計中，學(xué)生常常需要考慮性價比、可靠性、科學(xué)指標等要求，基于此再對方案進行篩選，有依據(jù)地作出判斷和選擇。學(xué)生參與這樣的過程，能發(fā)展他們的批判性思維能力。

二、小學(xué)科學(xué)“技術(shù)與工程”領(lǐng)域教學(xué)實踐中的教學(xué)策略

1.設(shè)計思維的培養(yǎng)。

《課程標準》強調(diào)，要讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)研究以及技術(shù)與工程實踐的過程。在探究實踐目標中，《課程標準》要求學(xué)生“掌握常見工具的使用方法；能拆開簡單產(chǎn)品并復(fù)原，制作某種產(chǎn)品的簡化實物模型并反映其中的部分科學(xué)原理；能發(fā)現(xiàn)作品的不足并進行改進。初步具有參與技術(shù)與工程實踐的意識及使用常見工具的技能”。設(shè)計思維是“技術(shù)與工程”領(lǐng)域教學(xué)的核心。在教學(xué)實踐中，教師可以通過引導(dǎo)學(xué)生進行設(shè)計活動來培養(yǎng)他們的設(shè)計思維。

在進行中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化融入科學(xué)學(xué)科實踐活動課題研究時，我們在三年級開展了一項制作二十四節(jié)氣轉(zhuǎn)盤的活動。在這項活動里，教師采用循序引導(dǎo)的方法，富有章法地培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計思維。首先，教師出示提前為每個小組準備好的五套模板：最小的空白圓形紙板、四等分的圓形紙板、十二等分的圓形紙板、二十四等分的圓形紙板、最大的圓形空白紙板，這些紙板均需在圓心處打好孔的標記；另外還需要一個工字釘，用于扎圓心處的孔。小組自備的是：一張卡紙、一個兩腳釘、一套彩鉛或者淺色馬克筆。

接下來，教師提問學(xué)生：“二十四節(jié)氣在轉(zhuǎn)盤圖里是怎樣分布的？為什么要分四等分、十二等分、二十四等分圓形的紙板？這些等分怎樣制作出來？”通過師生交流，學(xué)生認識到：在轉(zhuǎn)盤圖里二十四節(jié)氣分布在360°的一個圓周里面，嚴格區(qū)分每15°代表一個節(jié)氣，每90°代表一個季節(jié)；四等分代表四個季節(jié)，四個等分是通過畫出兩條相互垂直的直徑確定出來的；十二等分代表十二個月份，每個月份有兩個節(jié)氣，分布在30°的圓周里，可以用量角器確定十二等分在圓周上的位置；二十四等分代表二十四個節(jié)氣，可以在十二等分的基礎(chǔ)上平均分就能得到二十四等分。

做好以上這些準備后，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生進入設(shè)計環(huán)節(jié)了。教師提問：“在最小和最大的空白圓形紙板上可以分別設(shè)計一些什么內(nèi)容呢？”經(jīng)過討論交流后，每位學(xué)生能夠明確：在最小空白圓紙板上可以書寫二十四節(jié)氣歌；在最大空白圓紙板上可以進行書寫和繪畫，內(nèi)容可以在二十四節(jié)氣與物候、二十四節(jié)氣與詩歌、二十四節(jié)氣與民俗、二十四節(jié)氣與美食中選擇；在設(shè)計繪畫時要符合事實，內(nèi)容要與節(jié)氣或者季節(jié)相互對應(yīng)，四季或節(jié)氣要與月份相對應(yīng)，不同季節(jié)及對應(yīng)的月份要用不同的顏色區(qū)分開來。

學(xué)生在經(jīng)歷討論協(xié)商、確定方案、分工合作、完成作品、展示評價的過程中，豐富了關(guān)于二十四節(jié)氣傳統(tǒng)文化的認識，對二十四節(jié)氣的形成原因、習(xí)俗特色有了初步的了解。通過參與這項活動，學(xué)生的設(shè)計思維、動手能力、理解能力以及科學(xué)與數(shù)學(xué)相互融合的能力得到了增強。

再如，在教學(xué)教科版二年級上冊《椅子不簡單》時，教師首先設(shè)問：“你們觀察過身邊的椅子是什么樣的？”力圖引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注椅子的結(jié)構(gòu)，待學(xué)生回答后教師再拋出問題：“你們知道古人的椅子是什么樣的嗎？”引起學(xué)生的疑惑后，教師再播放“椅子的發(fā)展史”的視頻，讓學(xué)生初步意識到“人們?yōu)榱藵M足需要在不斷地改進椅子”。

在探索環(huán)節(jié)，教師采用展示圖片的方式，引導(dǎo)學(xué)生觀察不同的環(huán)境和需求，并推測出為什么用不同的材料制作椅子，以及制作出的椅子是給誰坐的。此問題力圖使學(xué)生認識到：設(shè)計師們在改進和設(shè)計這些椅子時，根據(jù)不同環(huán)境和人們對功能的需要，選擇了適合的材料，設(shè)計了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。

有了這些認識基礎(chǔ)之后，教師才帶領(lǐng)學(xué)生進入設(shè)計環(huán)節(jié)的教學(xué)，提出了讓學(xué)生改進或設(shè)計一張椅子的任務(wù)。在這個環(huán)節(jié)，教師分四步訓(xùn)練學(xué)生的設(shè)計思維：第一步，播放日本制作的《啊，設(shè)計》視頻給學(xué)生觀察，以此激發(fā)其設(shè)計創(chuàng)意；第二步，創(chuàng)設(shè)出對自己的辦公椅的功能不太滿意的情境，并在圖紙上畫出了改進的想法，以此為學(xué)生提供示范；第三步，引導(dǎo)學(xué)生先思考自己對身邊的什么工具不滿意？它哪里不夠好？自己想用什么材料改進？改好后給誰用？然后再把自己的想法畫在紙上；第四步，讓學(xué)生展示自己的設(shè)計成果，并描述設(shè)計思路；第五步，教師以《新型材料制作的新功能的椅子》視頻拓展、提升學(xué)生的認識，進一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造思維。如此教學(xué)，一步步由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生不斷思考，提高學(xué)生的設(shè)計思維能力和動手操作能力。

2.跨學(xué)科的整合。

“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的教學(xué)還可以與其他學(xué)科進行有機整合。例如，教師可以將科學(xué)、美術(shù)、數(shù)學(xué)、信息科技等學(xué)科知識融入“技術(shù)與工程”教學(xué)中。通過跨學(xué)科的整合，可以增強學(xué)生對科學(xué)知識的理解和應(yīng)用能力。

在我校六十周年校慶之際，我們科學(xué)學(xué)科的教師曾經(jīng)結(jié)合優(yōu)秀的傳統(tǒng)花燈文化，整合學(xué)生在美術(shù)、信息科技等學(xué)科所學(xué)的知識，在五年級科學(xué)課堂上開展了“制作校慶走馬燈”的科學(xué)實踐活動，并組織各班學(xué)生進行“頭腦風(fēng)暴”，用自己的方式將班級的制作活動以及制成品向全校展示。

首先，教師向?qū)W生簡單介紹走馬燈的用途以及本次實踐活動的目的：“今年是我們學(xué)校建校六十周年。為了表達對學(xué)校的美好祝愿，我們將要制作一盞校慶走馬燈，把對學(xué)校的感恩和熱愛在這盞小小的簡易走馬燈上展示出來?！币源俗寣W(xué)生明白這次技術(shù)與工程活動的目的，提高他們的參與興趣。

其次，播放一組有關(guān)走馬燈科學(xué)原理的動態(tài)圖給學(xué)生觀看，引導(dǎo)學(xué)生分析走馬燈的組成部分以及工作原理。接著，教師利用多媒體課件介紹制作走馬燈需要的材料及制作步驟。在自由分組時，教師提醒學(xué)生關(guān)注組員的特長，組內(nèi)要有善于書寫繪畫的1～2人，長于動手操作的2～3人；提示學(xué)生在燈壁上設(shè)計構(gòu)圖時，可以選擇學(xué)校里開展過的一些活動，如啦啦操比賽、跳大繩比賽、“童友杯”足球賽、“同夢杯”籃球賽等，也可以選擇校園的四季美景作為題材，要求圖案內(nèi)容可以表達對學(xué)校的熱愛和感恩，或者是美好的祝愿。

然后，學(xué)生利用教師提供的工具和材料，按照制作步驟，分工合作，進行制作、調(diào)試和改進。當一盞盞走馬燈或搖搖晃晃，或穩(wěn)穩(wěn)當當?shù)剞D(zhuǎn)動起來時，學(xué)生的歡呼聲此起彼伏，驕傲之情溢于言表。那些經(jīng)過多次調(diào)試，走馬燈仍沒轉(zhuǎn)動起來的小組，也不會沮喪泄氣，他們甚至將走馬燈半成品帶到課后繼續(xù)調(diào)試，直到小組成員都滿意為止。

在整個實踐活動的過程中，學(xué)生需要提出問題、設(shè)定目標、制訂計劃、選擇材料和工具，并進行實際操作和測試。這樣的活動不僅培養(yǎng)了學(xué)生動手實踐能力，還提高了他們的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。同時，科學(xué)與書法、美術(shù)、信息科技等跨學(xué)科融合，有力地促進了工程與技術(shù)領(lǐng)域教學(xué)的完成。

3.項目式學(xué)習(xí)的推行。

在“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的教學(xué)中，項目式學(xué)習(xí)是一種有效的教學(xué)策略。教師可通過給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個真實的問題或挑戰(zhàn)，讓他們進行研究、設(shè)計和制作，最終呈現(xiàn)自己的成果。在項目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要主動參與并承擔責(zé)任，培養(yǎng)解決問題和團隊合作的能力。

例如，我校與北京師范大學(xué)教育學(xué)部合作的基于WISE平臺的自主探究項目之一《探秘太陽灶》，是一個4課時的學(xué)習(xí)內(nèi)容。1～2課時，學(xué)生的主要任務(wù)是制作“太陽灶”。我們首先展示太陽灶的圖片和視頻，利用WISE平臺，引導(dǎo)學(xué)生對太陽灶形成初步概念。而后，在學(xué)習(xí)完制作過程的視頻之后，我們讓學(xué)生以小組為單位選擇材料，開始小組合作制作太陽灶，并根據(jù)平臺中的測試方法開展測試。學(xué)生記錄溫度計上每分鐘的讀數(shù)，填寫實驗記錄單。最后，我們利用平臺上匯總的所有小組的測試結(jié)果，進行分享與反思，為太陽灶加熱效果最好的小組兌現(xiàn)獎勵，并請他們分享經(jīng)驗和心得。

3～4課時的主要任務(wù)是基于WISE平臺，利用平板電腦，采用自主探究的學(xué)習(xí)模式，學(xué)習(xí)太陽灶原理。學(xué)生先通過平臺上展示的動畫理解太陽輻射、能量轉(zhuǎn)化、反照率等概念，然后再借助平臺上的仿真模擬實驗，探究改變密封材料等條件時太陽灶內(nèi)溫度隨時間的變化，進行仿真模擬對比實驗。接著，學(xué)生仿照平臺上小明的太陽灶改進方案，結(jié)合上節(jié)課測試的結(jié)果，對自己小組的太陽灶提出改進方案，包括問題提出、假設(shè)和實驗設(shè)計。最后，在總結(jié)和回顧的環(huán)節(jié)，教師總結(jié)太陽灶的工作原理，同時引導(dǎo)學(xué)生分享太陽灶的改進方案并進行總結(jié)反饋，強調(diào)控制單一變量的實驗思想。

《探秘太陽灶》項目以“如何放大太陽能量”為核心問題，以小組為單位開展活動，共同制作并測試太陽灶的加熱效果，借助平臺動畫理解太陽灶的工作原理，提出改進方案，將微觀世界中的太陽輻射以動態(tài)、直觀的方式呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生更好地理解太陽輻射使物體溫度上升的過程，促進了學(xué)生的工程思維和科學(xué)思維的發(fā)展。

綜上所述，小學(xué)科學(xué)課程中“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的教學(xué)實踐對學(xué)生的綜合素質(zhì)發(fā)展和創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有重要意義。科學(xué)教師應(yīng)積極探索有效的教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生進行設(shè)計思維和實踐操作，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。