小學科學“技術與工程”領域課堂教學的實踐與探究

利鈺儀

【摘要】科學教育的重要目標是培養具有科學素養、適應社會發展的未來公民。小學科學的教學內容除了原有的物質科學、生命科學、地球與宇宙科學三大領域課程內容外，還增加了“技術與工程”領域。這一領域課程的實施是培養以及全面提高每一位學生的創新、實踐能力的最有效途徑之一，重在啟發學生綜合所學知識，實現各學科之間知識的融會貫通。本文以教科版五年級下冊《造一艘船》為例，闡述這一領域的課型可以由問題情境、任務驅動——設計——制作——測試——改進——拓展來實施教學。

【關鍵詞】技術與工程;實踐與認識

2017年教育部新頒布的《義務教育小學科學課程標準》里，明確了小學科學的教學內容新增“技術與工程”領域，它的教學內容就是國際科學教育中提倡的STEM 教育，通過STEM 教育努力提高學生的科學素養，促使他們的綜合能力發展，促進教師專業發展水平，提高對科學知識的跨學科融合能力。構建“技術與工程”這一新增領域的課堂教學模式，尋求高效的教學方法和策略，成了我們課堂教學的研究方向。

一、對小學科學“技術與工程”領域課堂的理解

科學（Science ）是反映自然、社會、思維等的客觀規律的知識體系。提出關于自然界的問題，以基于實證的解釋方式給出合理普遍的答案。技術（Technology）是用于解決實際問題，在利用自然、改造自然中所創造并使用的工具、方法，以及所積累的經驗的總稱。工程（Engineering）是為滿足人的需求，運用科學原理和技術手段，在一定條件的約束下，創造的人工物、體系等。“技術與工程”領域課程的核心特點是與科學、技術、工程、數學四個學科交叉融合（STEM教育），是在科學教育基礎上融入其他課程的教育，大多是以工程E為主線，解決“做什么”和“怎么做”的問題;以科學S為基礎，解決“是什么”和“為什么”的問題; 以技術T和數學M等學科為應用的課程。這類課普遍具有六大特點：1.包含S、T、E、M四個要素。2.以工程設計過程為主導。3.關注現實問題，注重在真實情境中學習。4.以學生為中心——主動實踐。5. 學生進行合作學習、參與整個STEM課程。6. 結果開放，允許多個正確答案。

在“STEM”的課堂，學生們要像科學家那樣思考;像工程師那樣工作;像發明家那樣創造;像藝術家那樣審美。課堂上學生們源于某個情景需要解決問題，對現有物品進行創造或改進，這時要制作一個作品首先要進行設計，根據已有的生活經驗打算怎么做，選取什么材料，尺寸多少……這些學生們都要進行充分考慮啟動思維;在制作過程中學生們則需要嚴謹地操作，充分考慮多種因素以達到最好的使用效果，還要考慮如何更加美觀。這樣的課堂學生們經歷了科學前概念的暴露，思維的碰撞和認知的發展，很好地提升學生的科學素養和綜合能力。

二、“技術與工程”領域的課堂教學實施策略（以造一艘小船為例）

1.問題情境、任務驅動

第斯多惠說：“教學的藝術不在于傳授的本領，而在于激勵、喚醒、鼓舞。”構建主義認為：“情境”是重要的媒介，生動直觀的形象能激發學生聯想。情境教學就是根據情境教學理論、學科特點和學生的認知規律，針對具體的教學目的和內容，綜合運用多種教學方法和手段，激發學生的學習興趣和情感;任務驅動式教學強調以問題解決為主線，以學生為中心，以任務為驅動力的教學方法。有效的教學情境或任務驅動會像磁鐵一樣緊緊地吸引著學生的注意力，使他們學得更起勁、更有趣、更有效。

在《造一艘小船》這課的一開始，先讓學生領略船是人類偉大的發明，了解船的發展歷史，然后仔細觀察一艘貨船說一說它的結構特點。今天我們利用橡皮泥來造一艘船，比一比哪個組造出來的船裝載能力最大，一場別開生面的造船比賽拉開了序幕，通過“造船比賽”這個任務驅動，直接導入主題。

2.建構模型

建構模型指學生在明確任務后對要制作的作品進行一個設計規劃，需要對科學知識進行積極的調動和應用，一般通過小組討論的方式，對各種方案進行篩選優化，畫出設計圖，低年級可以只進行口頭表達或用粘貼等簡單的形式。這里需要考慮多方面的問題，比如，什么材料最合適、怎樣制作最有效、如何設計最美觀……每個小組設計好之后通常會進行全班的交流展示，通過師生互動和生生互動，他們也許又會得到更多的靈感，會對原來的方案作修改，對作品有一個詳細的規劃和充分地考慮，這是學生設計一個解決問題的過程，是一個科學思維的培養過程。

船的形狀多種多樣，課例中讓大家先商量一下準備造一艘什么樣的船，畫出設計圖，畫好之后進行展示交流。學生在生活中一定有見過船，而且課前也通過圖片對船有一定的了解，設計的環節可以鍛煉學生把腦袋里面的構思通話繪圖的方式表達出來，對要制作的物品進行初步的規劃。

3.制作模型

這是技術與工程類的核心環節，也是學生們最喜歡的動手實踐的環節，他們將根據自己建構的模型制作出來，成為成品，學生們往往熱情高漲，按照計劃分工合作。《造船》一課學生也進行分組制作，對于五年級的學生來說要用橡皮泥捏一艘小船是并不難的，難是難在如何利用同樣體積同樣品牌的橡皮泥造出來的船裝載能力最大。但實際課堂上往往容易出現否定或更改原來的方案，并且容易受其它組的干擾而盲目效仿，比如，《讓輪子滾得更遠》一課，有些同學看到別的組把輪子做得比較大時就開始動搖，缺乏充分考慮輪子是不是越大就滾得越遠，這時老師避免過多的干擾，讓他們在后期的測試中發現并改進。

4.測試模型

成品制作出來后通常需要進行測試和展示，看是否達到預期的效果，從中挑選出效果較好的作品進行經驗分享，并讓大家提出對原作品的修改方案，這是又一次思維的提升過程。測試哪艘船的裝載量最大。課前先在黑板列好表格，挑選好測試員、記錄員和監督員，由于如何放墊圈也會影響到船裝載量，這時可以由兩位測試員統一放墊圈（注意放的時候動作要輕，墊圈在船內要均勻分布），其它同學一起數墊圈的數量（最后放進去船下沉的那個不算），測試結果一目了然，這時可以請裝載數量較多的組來分享經驗。

5.改進模型

《造船》一課中改進船的裝載量（改進后做成新的成品并進行測試）。通過展示交流和分享，這時老師可以進行歸納總結改進的方法有：浸入水面的體積要大、橡皮泥的厚薄要均勻、船身高度要一致……學生根據這些改進措施以小組為單位再次進行制作并測試，把測試結果記錄在表格上。

由以上數據可見大多數的組別都能比前一次有多進步，同時可以讓改進效果較好、裝載量較大的小組分享經驗，老師借此肯定學生們的改進效果和探究精神。

此時，學生會在比較中學會反思，尋找原因，在反思中促進新的觀念的形成。改進模型有的可以重新制作并測試，但每一課的教學內容、教學目標、教學重難點不一樣，也應具體問題具體分析，有些作品的改進由于受很多條件的限制只能在方案中改進，例如，青島版三年級下冊《蹺蹺板》這一課，學生在課堂內制作完一個蹺蹺板之后面臨一個新的問題：一位媽媽和她女兒玩蹺蹺板時，女兒不能蹺起媽媽，她們沒有辦法輕松地玩，設計一個更多人都可以輕松玩的蹺蹺板，它可以滿足無論體重胖瘦相差很大和胖瘦相差很小都可以輕松地玩。學生針對這一問題對原有的蹺蹺板進行改進，想到了可以設計蹺蹺板兩邊多個座位的、蹺蹺板的座位是可以移動的、蹺蹺板的支點是可以改變的……而這些改進只能學生由討論后得到的思維上的改進措施而在課堂內不能夠操作的。

6.拓展延伸

科學課堂里最重要的是習得科學思維和科學方法，將問題拓展到實際生活中去，讓學生學以致用，根據需求自主設計、動手制作，樹立了學科學、用科學的信心，動手能力和創造能力也得到進一步的發展。我們造船的過程進行設計——制作——測試——改進（再制作和測試），課后利用這個方法使用別的材料再造一艘你最喜歡的船，兩周之后進行一場船的展覽會。

技術與工程領域的很多課程都結合了具體的科學概念，學生在掌握了科學知識后運用這個知識進行簡單的創作，解決生活中的問題，這一類課的作品都蘊含著一個科學原理，如果離開了科學知識那就變成了手工課了，沒有科學的味道。《造一艘小船》就是運用了沉浮的概念，相同重量的橡皮泥，浸入水中的體積越大越容易浮，它的裝載量也隨之增大，孩子們在改進的時候會想到增大浸入水面的體積，這正是運用了這個科學知識。

三、“技術與工程”領域的課堂教學容易出現的誤區

作為一個新的教學內容，教師還會容易出現以下幾個誤區：1.技術與工程一定就是STEM。2.技術與工程的課堂教學一定要指向產品。3.用筆記錄下來的才算設計。4.STEM課堂一定要呈現S、T、E、M。5.一定要在課堂上做出一個成功的作品，才能算成功。教無定法，學無定法，在教學中我們始終圍繞發展學生的科學思維為核心，避免在課堂教學中出現誤區。

縱觀國際科學教育，越來越注重視“技術與工程”這一領域，而在當前本地區的小學科學教學中仍是一個新范疇，這個領域的課程具備了跨學科性、趣味性、體驗性、設計性、實證性、技術性等特點，我們通過實踐與探究獲取了初步的探究成果。愛因斯坦說過：“若無某種大膽放肆的猜想，一般不可能有知識的進展的。”學生們在課堂中目標清晰、任務明確，像個小發明家一樣進行設計、制作、改進，然后形成新的成品，鍛煉了他們設計思考的能力、動手制作的能力、交流表達的能力和發明創新的能力……培養了他們的核心素養，這樣的教育模式很可能讓學生在生活中遇到問題時，想到要改進一種原產品或發明一種新產品來解決。

參考文獻：

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