工程設(shè)計(jì)理念下校本科學(xué)課程的開發(fā)

陳艷秋

一、工程設(shè)計(jì)理念下校本科學(xué)課程開發(fā)的目的與意義

新冠肺炎疫情之下，各地的學(xué)校通過遠(yuǎn)程教學(xué)和家庭學(xué)習(xí)為學(xué)生提供了更多學(xué)習(xí)科學(xué)的機(jī)會(huì)。因此，適用于遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)和家庭學(xué)習(xí)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(xué)科學(xué)課標(biāo)與課程?，F(xiàn)行的小學(xué)科學(xué)課程主要包括工程實(shí)踐與科學(xué)探究兩方面內(nèi)容?？茖W(xué)探究的目的是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)世界、了解自然規(guī)律。例如，杯子里的熱水為什么會(huì)變涼？小學(xué)生的科學(xué)探究任務(wù)是了解和詮釋科學(xué)現(xiàn)象背后的科學(xué)概念。而工程實(shí)踐課程的目的是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)改造世界、掌握解決實(shí)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(jì)理念下校本科學(xué)課程開發(fā)的途徑

基于工程學(xué)理念，為了支持遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)和家庭學(xué)習(xí)，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(huì)分享一個(gè)感官化的任務(wù)，教師和家庭可以利用這個(gè)任務(wù)讓學(xué)生參與相關(guān)的科學(xué)學(xué)習(xí)。參與這些實(shí)踐活動(dòng)，需要學(xué)生成為學(xué)習(xí)群體的一部分，這個(gè)學(xué)習(xí)群體可以是由同學(xué)組成的，也可以是由家庭成員組成的。學(xué)生可以在學(xué)習(xí)群體里分享自己的想法、評(píng)估別人的想法、給予和接受批評(píng)并達(dá)成共識(shí)。

三、工程設(shè)計(jì)理念下校本科學(xué)課程開發(fā)的流程

《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》給出了工程設(shè)計(jì)的四個(gè)步驟——明確問題，確定方案，設(shè)計(jì)制作，改進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)和教材以及本土的研究，將工程實(shí)踐細(xì)化為六個(gè)要素，即明確問題、前期研究、設(shè)計(jì)方案、制作模型、測試改進(jìn)、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?cè)鯓硬拍苁狗块g盡可能地黑暗？向?qū)W生介紹工程挑戰(zhàn)：讓一個(gè)房間盡可能地黑暗，以便讓孩子睡午覺。學(xué)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(xué)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(gè)問題？”從而確定任務(wù)目標(biāo)，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(xué)生前概念建立聯(lián)系

鼓勵(lì)學(xué)生分享他們對(duì)材料的了解。讓他們分享一些他們認(rèn)為遮光效果好于其他材料的例子并追問：“為什么你認(rèn)為這些材料比其他材料更能阻擋光線？”學(xué)生可能會(huì)給出許多不同的理由來解釋為什么有些材料會(huì)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(jìn)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(yàn)證猜想

學(xué)生通過頭腦風(fēng)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?shí)？告訴學(xué)生需要親自檢驗(yàn)這些猜想。

如果學(xué)生很難想出一個(gè)調(diào)查的方法，則分享教師的調(diào)查視頻。但如果學(xué)生提出了一個(gè)足夠公平的測試來調(diào)查自己的材料，則鼓勵(lì)學(xué)生執(zhí)行他們自己的調(diào)查計(jì)劃。提醒他們?cè)谡{(diào)查的時(shí)候搜集數(shù)據(jù)。如果學(xué)生沒有準(zhǔn)備好自己的數(shù)據(jù)表，可以考慮提供數(shù)據(jù)表。要求學(xué)生調(diào)查盡可能多的材料，包括他們認(rèn)為勉強(qiáng)可以或不會(huì)很好阻擋光線的材料，以確認(rèn)他們的想法或幫助揭示錯(cuò)誤的觀念。

2.就調(diào)查結(jié)果達(dá)成共識(shí)

學(xué)生分享交流關(guān)于哪些材料遮光效果最好。學(xué)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(rèn)他們搜集的數(shù)據(jù)。

要求學(xué)生對(duì)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(xué)生會(huì)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(shí)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(diǎn)。

（三）設(shè)計(jì)方案

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

如果學(xué)生在開始繪制他們的模型時(shí)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(gè)學(xué)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(xué)生同家長合作，利用之前共同設(shè)計(jì)創(chuàng)建的解決方案使所選房間變暗。學(xué)生在創(chuàng)作和測試過程中經(jīng)常會(huì)進(jìn)行修補(bǔ)，因此教師需要“控制節(jié)奏”，讓學(xué)生將他們的解決方案落實(shí)到位，直到所有的解決方案都準(zhǔn)備好再一起測試和比較。

（五）測試改進(jìn)

強(qiáng)調(diào)依據(jù)要求商定科學(xué)的測試方法，根據(jù)測試結(jié)果判斷是否滿足要求，對(duì)不達(dá)標(biāo)的情況分析原因，找到改進(jìn)方法。

學(xué)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(jì)效果可以與之前沒有使用變暗方案的房間對(duì)照，再與其他使房間變暗的解決方案進(jìn)行比較。如果時(shí)間允許，為學(xué)生提供重新設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，以改善效果。

（六）展示交流

展示交流的目的是在相互評(píng)價(jià)中，互相學(xué)習(xí)，取長補(bǔ)短，收獲成就感。宅家也可以通過視頻分享、自我反思評(píng)價(jià)等方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)家庭的交流。

遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)和家庭學(xué)習(xí)可以為學(xué)生提供更多學(xué)習(xí)科學(xué)的機(jī)會(huì)，基于工程學(xué)理念，筆者開發(fā)的這一種校本課程，通過分享一個(gè)感官化的任務(wù)，教師和家庭可以利用這個(gè)任務(wù)讓學(xué)生參與相關(guān)的科學(xué)學(xué)習(xí);學(xué)生需要運(yùn)用科學(xué)概念，結(jié)合數(shù)學(xué)、技術(shù)與工程等跨學(xué)科知識(shí)與技能，根據(jù)科學(xué)原理完成作品的設(shè)計(jì)與制作。這是一個(gè)創(chuàng)造性過程，具有一定的復(fù)雜性、多樣性，學(xué)生可以像工程師一樣，在家也能經(jīng)歷一個(gè)完整的工程活動(dòng)過程。