圍繞技術與工程領域開展科學拓展課的教學實踐

作者簡介：焦靜靜（1987～），女，漢族，河南洛陽人，杭州市余杭區安良實驗學校，研究方向：小學科學。

摘 要：科學教育的目的是提高學生的科學素養。基礎性課程是重要的科學教學途徑，但不是全部。拓展性課程也是科學教學的重要途徑，能通過提高學生的學習積極性、自主探究學習的能力以及學以致用的能力，有效地發展學生的科學素養。另外，“技術與工程”領域的學習可以培養學生通過動手操作來解決問題的科學習慣，從而提升科學素養。然而，在小學科學教學過程中，拓展課設計存在質量不高等問題，不能很好地發展學生的科學素養。文章以《水力小車》為例，圍繞“技術與工程”領域，按照制作—調試—分析改進—探究的模式，對教學內容進行了設計，將《運動和力》這一單元的知識與實際結合，學以致用，讓學生體會“做”的成功和樂趣，從而提升學生的科學素養，并為小學科學拓展課教學設計提供參考。

關鍵詞：科學拓展課；技術與工程；教學設計

中圖分類號：G623.6 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2023）08-0011-04

一、 引言

科學拓展課開發的核心是科學實踐活動，使學生經歷科學知識與科學過程和方法的相互作用這一過程，提倡學生親自“做科學”，親自進行“科學探究”。小學科學課程標準強調“技術與工程”領域，凸顯了技術與工程領域不可取代的地位。技術與工程領域的學習要讓學生自主設計與實施，指導學生把認識轉化為具體的實踐行為，通過可操作的活動，體驗技術與工程的過程，深刻地理解技術與工程對社會的影響，逐步把知識轉化為解決實際問題的能力，以更好地適應未來社會發展的需求。

科學拓展課已在部分學校開發和實施，但已有的經驗表明，由于教學內容選取不當、教學時間不充裕、實驗材料準備不充分、教師備課粗糙等原因，部分拓展課存在質量不高、散亂無效等問題，導致拓展課并未完全達到預期效果。

文章針對拓展課質量不高、散亂無效的問題，以《水力小車》為例，圍繞“技術與工程”領域，結合學生特點，對拓展課進行了設計，利用《運動和力》這一單元的反沖力等知識，引導學生制作水力小車并探究小車的運動，激發學生的學習研究興趣，做到學以致用，進一步提升學生的科學素養。為廣大小學科學一線教師設計科學拓展課提供參考。

二、 課程設計

技術與工程領域的教學內容要以一定的科學概念為基點，能夠根據科學原理進行設計制作，形成一定的“產品”。在此過程中，培養學生不斷改進和提升技術的科學思維能力，以及發現問題、解決問題的科學探究能力。文章以《水力小車》一課為例，按照制作—調試—分析改進—探究的模式，設計了以下教學內容：設計制作水力小車、調試水力小車和探究水力小車行駛遠近與水量多少的關系。三項內容有機地結合在一起，串聯成一個完整的設計制作、實踐探究的科學學習過程。

（一）設計目標

科學拓展課的目的是進一步激發學生探究的興趣，通過實踐探索，培養學生動手動腦的習慣，開發學生的創造潛能，從而提升科學素養。技術與工程領域的學習，重在啟發學生綜合所學知識，實現各學科之間的知識融會貫通，對發現的問題，尋求解決途徑，進行實踐操作，通過親自動手操作來解決問題。在動手操作的過程中體驗科學技術的魅力以及對生活和社會發展帶來的影響；在培養學生動手能力的同時，培養其綜合應用知識的科學思維和創新思維，體會所學知識應用于生活實踐的樂趣，激發其內在的學習動機以及對科學技術的濃厚興趣，逐步提升學生的科學素養。通過設計科學拓展性課，讓學生掌握動手—觀察—分析—探究這一科學思維方法，結合科學知識，提升科學素養。

（二）設計方案

根據筆者多年教學經驗，科學拓展課存在的問題有：學生對課程內容不感興趣、探究不充分、學生實驗參與度低下、學生實驗探究盲目低效等。

究其原因，主要是所選課程內容脫離學生實際生活和學習，使學生感到陌生而無興趣；課堂時間不充足，導致探究不充分，課堂不完整；實驗材料的準備不夠充分，與學生的實際動手能力不匹配，學生覺得太容易而失去挑戰的興趣或太難而失去信心，從而降低參與度；教學過程設計不合理，引導不到位，導致探究盲目低效。為了解決以上問題，筆者以《水力小車》為例，設計科學拓展課時采取了如下策略。

1. 靈活結合課內課外

為使學生對課程內容充滿興趣，筆者結合教材中所學《運動和力》這一單元的知識，作為補充和延伸，選取了《水力小車》一課內容，讓學生對內容既有信心又充滿熱情。基于在教材內容《運動和力》這一單元中，學生已經學會了驅動小車的方法，比如，用氣球驅動小車，用橡皮筋驅動小車，對力和運動，特別是對反沖力的作用有一定的了解，也對影響小車運動遠近的因素有了一些探究，這些經驗已為拓展課打下了堅實的基礎。與教材中驅動小車的方法不同，本課選取了水力作為驅動小車的動力，是驅動小車的橫向拓展，大大提高了學生的學習興趣，讓學生能信心百倍地投入新的課程中，也讓學生真正做到學以致用，很好地發展了科學素養。

2. 合理調整教學時長

科學拓展課要想取得良好的效果，教師必須要大膽放手，給學生充足的時間與空間，讓學生充分地進行自主思考與實踐。而常規科學課一課時的時長是遠遠不夠學生去進行深層次探究的。基于本課所選教學內容的課堂容量，為了提高科學拓展課的有效性，筆者打破了常規科學課一課時的時長所限，將本節課時長合理定為一小時。在這一小時的時間內，盡量展示出一節完整的制作—調試和分析改進—探究的凸顯技術與工程的完整課堂。

3. 精心準備實驗材料

科學課的教學，尤其是技術與工程領域的教學，材料準備是至關重要的一個過程，需要教師精心準備有結構的材料。為提高學生參與度，提高學生課外動手的積極性，引發學生利用身邊常見材料進行實驗的思考，實驗應選取易獲取、無危險性、操作難度較低的原材料。本節課結合教學內容以及學生的實際情況，筆者經過多次預實驗和幾輪試教后，選用了以下材料：塑料瓶、插有彎導管的瓶蓋、車板、車軸、車軸插件、車輪、橡皮筋、打氣筒、軟管、兩塊質量分別為120g的鐵片、三種不同顏色的磁力方片等。

經課前預實驗，發現制作水力小車過程中存在的一些難點包括：導管和瓶蓋的連接、固定以及密封性、導管的彎折、打氣筒打氣的一些細節問題等。為了讓學生在課堂上節約時間，降低實驗操作的難度，保證實驗的高效性，一些材料教師應在課前進行加工。

根據預實驗發現，確保水力小車運動的一個關鍵因素是導管噴水的持續能力，即需保證噴水過程中，隨著水量的減少，導管底部始終能接觸到瓶內的水，本實驗需對硬質導管進行一定加工。為保證導管角度、尺寸的一致性，并減少實驗過程中的危險因素，教師事先通過火烤后彎折導管的方式和用熱熔槍密封，提前準備好有彎導管的瓶蓋，并將統一尺寸和結構的噴口連接在白色硬質導管上，如圖3a所示。

另外，為加強實驗效果，讓學生在往塑料瓶內充完氣體后，清楚地知道是從白色軟導管與瓶蓋上直徑稍小的噴口連接處拔掉，避免拔錯位置造成噴水口直徑不統一，本實驗選用了白色軟導管連接打氣筒，專門與圖3a中的黑色軟導管加以區別，如圖3b所示。

實驗探究環節重視實驗的嚴謹性，為了精確地進行探究，應該嚴格控制變量。為了讓學生在課堂上節約時間，同時保持科學嚴謹的態度，本課中教師課前對一些材料進行了改進，并在課堂上引導學生理解材料改進的目的。

本課中，在探究水力小車行駛遠近與水量多少的關系時，綜合考慮探究時間以及教學側重點等因素，選取了統一樣式且容量合適的礦泉水瓶、規定了打入塑料瓶的空氣量、合理選取了三種水量進行探究。另外，為了節約量取水量的時間，在塑料水瓶外用記號筆標注出對應水量的刻度，并用透明膠帶粘在刻度上防止不小心被水破壞，如圖3c所示。

探究水力小車行駛遠近與水量多少的關系實驗中，只有水量一個變量。為了保證車重不變，要通過加合適重量的物體的方法來實現。為了解決這個難題，筆者選擇了質量為120g的鐵片，通過120mL水+兩塊鐵片、240mL水+一塊鐵片、360mL水不加鐵片的方法來盡量保證車重不變，實現實驗的公平性和嚴謹性。鐵片裝在水力小車上的位置也有講究，裝的位置不合適也會影響實驗效果。通過研究，筆者在車板中央的兩條空隙中用熱熔膠固定兩個小磁鐵（如圖3d），這樣車板的上下兩面分別可以吸引一塊鐵片，最終有效地解決了水力小車加載配重的難題。

實驗過程中，在確保一定精確度的前提下，可選擇一些具有直觀性、趣味性的材料和方法，不僅能夠大大提高學生的積極性，還能幫助學生更好地理解實驗過程中的重難點，進而提高實驗教學的有效性。

探究水力小車行駛遠近與水量多少的關系實驗時，學生要通過測量距離定量的分析遠近，提前在地上畫刻度或用尺子測量距離均較費時間，也沒必要。筆者結合實驗場地特點，讓學生直接統計出水力小車行駛過的地磚數。實驗后的數據交流研討環節，讓學生到白板上以貼磁力片的形式進行展示，一塊磁力片就代表一塊地磚。這樣的方法既直觀又增加了課堂的趣味性，效果很好。

4. 高效組織教學過程

為了能夠高效達成教學目標，讓學生能夠真正地提升科學素養，筆者不斷對教學過程進行優化，最終確定如下教學過程：

（1）聚焦

為激發學生的探究興趣，同時將學生的關注點聚焦水的反沖力上，本課通過播放水上飛人表演視頻的方式，利用水的反沖力引出課題。讓學生明確當天的主要任務是用水的反沖力作為動力制作一輛小車——水力小車。

（2）探索與研討

①設計制作水力小車

為有效引起學生的注意力，使學生能更好地認識材料的特性，本課通過材料的直觀呈現，教師邊出示材料實物，邊說出名稱的方式，引發學生的思考和設計。為了培養學生用科學知識和技術解決實際問題的能力，本環節設計了學生分組實驗，讓學生自主設計制作水力小車，在動手操作的過程中讓學生自己發現問題，并積極思考解決問題的方法。通過完成產品后互相交流問題，讓學生再次明確水力小車的科學知識和科學原理，以幫助學生進一步調試改進水力小車。

②調試水力小車

為了培養學生自我檢查、解決問題的能力，又要為下一教學環節做好充分的鋪墊，本環節根據調試水力小車時學生可能遇到的一些困難設計了水力小車制作工程自檢單，如表1所示，并在學生已經嘗試過制作水力小車的情況下，選擇合適的時機，分發給學生，讓學生對照實驗指導單逐項對照自檢，精準分析得失，總結經驗與方法。此環節讓學生經歷了問題——原因——改進的流程，實際就是幫助學生經歷一個不斷改進的過程，最終讓學生獲得自信，體會成功的樂趣。

③探究水力小車行駛遠近與水量多少的關系。

為了讓學生體驗使用自己制作的產品進行科學探究的樂趣，同時培養學生的觀察、實驗、推理、分析、概括等科學思維能力，本課在學生對水力小車進行改進后，設計了水力小車行駛遠近與水量多少的關系的探究活動。為了讓學生在課堂上節約時間并進行高效探究，教師經過課前的精心準備后，在課堂上規定了探究的水量。此環節讓學生經歷和體驗一個完整的探究過程，感悟科學研究方法，培養科學態度和科學精神，使學生思維向深層次發展。探究的過程中綜合應用所學知識，也實現了學科之間的融合，真正讓學生的科學素養得以提升。

（3）拓展

為點燃學生繼續學習的熱情和引發他們進一步思考，再次讓學生體會科學知識應用于生活實踐的樂趣，本課最后一個環節設計了現場發射水火箭。利用現場發射水火箭帶給學生的震撼，促進其深刻地理解技術與工程對社會的影響。

三、 結語

《水力小車》一課是筆者圍繞技術與工程領域開展科學拓展課教學的初探，如何有效地開展科學拓展課仍需要不斷深入探討。科學拓展課的設計可以圍繞“技術與工程”領域，將課內知識與課外探究結合，教師根據教學內容合理調整教學時長，精心做好課前準備工作，并不斷優化教學過程，讓學生充分自主探究，切實體會“做”的成功和樂趣，真正地參與其中，樂在其中，學在其中，從而提高學生的科學素養。

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