淺談技術(shù)與工程視角下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)

摘 要：新課改背景下，技術(shù)與工程成為科學(xué)教育的重點內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)成為小學(xué)科學(xué)教育的一項重要目標(biāo)。在小學(xué)科學(xué)技術(shù)與工程教學(xué)實踐中，教師通過設(shè)置真實有意義的驅(qū)動性任務(wù)、加強科學(xué)性指導(dǎo)、強化學(xué)生工程思維培養(yǎng)、采用表現(xiàn)性評價方式等途徑，可有效提升學(xué)生的設(shè)計與創(chuàng)造能力，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：小學(xué)科學(xué)；STEM；技術(shù)與工程

作者簡介：尤春來（1979—），女，江蘇省無錫市港下實驗小學(xué)。

在社會急速發(fā)展的背景下，自主科技創(chuàng)新正發(fā)揮愈加重要的作用。時代呼喚公民科學(xué)素養(yǎng)的提升，技術(shù)與工程素養(yǎng)作為個人科學(xué)素養(yǎng)的組成部分，重要性日益凸顯。2017年版《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中首次增加了技術(shù)與工程內(nèi)容，2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在繼承這一部分內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進一步發(fā)展和強調(diào)了技術(shù)與工程素養(yǎng)。人類在與自然界互動的過程中，出于適應(yīng)自然和改善生存條件的需要，發(fā)明了各種各樣的技術(shù)；而對現(xiàn)有物質(zhì)和生活環(huán)境進行系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)、加工和建設(shè)，以滿足需求，則衍生出了工程的概念［1］。在小學(xué)科學(xué)課程中，技術(shù)與工程領(lǐng)域的教學(xué)旨在引導(dǎo)學(xué)生初步認(rèn)識技術(shù)與工程的發(fā)展，使學(xué)生通過綜合運用各學(xué)科的知識，解決身邊的問題，感受動手實踐的樂趣，體驗科學(xué)技術(shù)對社會發(fā)展和個人生活的影響，從而培養(yǎng)科學(xué)、技術(shù)、工程與社會相互關(guān)聯(lián)的整體觀念。

一、小學(xué)科學(xué)教材中的技術(shù)與工程內(nèi)容

在小學(xué)科學(xué)教育中，技術(shù)與工程內(nèi)容是一個新增的領(lǐng)域，對于部分一線教師而言，這個領(lǐng)域可能相對陌生。因此，教師需要明確在整套小學(xué)科學(xué)教材中哪些內(nèi)容屬于技術(shù)與工程范疇，以及在整套小學(xué)科學(xué)教材中哪些內(nèi)容應(yīng)側(cè)重于以技術(shù)與工程視角進行教學(xué)。下面以蘇教版小學(xué)科學(xué)新教材（2019版）為例做簡要分析，本套教材中涉及技術(shù)與工程的內(nèi)容有主題單元、專項學(xué)習(xí)、STEM學(xué)習(xí)、科學(xué)閱讀等形式，涵蓋知識教學(xué)、技能訓(xùn)練、情感態(tài)度價值觀等，在各年級的分布如表1。

主題單元引導(dǎo)學(xué)生在動手實踐中學(xué)習(xí)和了解技術(shù)與工程的基本知識，掌握基本操作技能。專項學(xué)習(xí)《像工程師那樣》著眼于工程實踐能力，帶領(lǐng)學(xué)生全面學(xué)習(xí)和了解工程師的工作過程，學(xué)習(xí)如何從工程角度思考問題、如何設(shè)計產(chǎn)品等，是系統(tǒng)化與顯性化進行工程專項能力訓(xùn)練的板塊。STEM學(xué)習(xí)是綜合運用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識，在項目化過程中解決實際問題的一種教育模式，重在帶領(lǐng)學(xué)生親歷完整的問題解決過程。科學(xué)閱讀帶領(lǐng)學(xué)生了解科技發(fā)展歷程，了解科學(xué)家、工程師對推動科技發(fā)展所起的巨大作用。縱向來看，每一個板塊內(nèi)部都按照學(xué)習(xí)進階的方式在各年級分段分布，形成螺旋上升的整體框架。

蘇教版小學(xué)科學(xué)教材在技術(shù)與工程領(lǐng)域的知識呈現(xiàn)形式多樣，這樣的編排能夠更好地回應(yīng)核心素養(yǎng)理念。技術(shù)與工程素養(yǎng)培養(yǎng)是一個復(fù)雜的問題，不可能用單一途徑解決。知識有知識傳授的方法，技能有技能訓(xùn)練的方式，能力培養(yǎng)則要依托于真實情境和復(fù)雜問題，因此，教師在設(shè)計教學(xué)板塊時要做好分門別類［2］。

二、設(shè)置真實而有意義的驅(qū)動性任務(wù)

技術(shù)與工程素養(yǎng)培養(yǎng)依賴實踐活動，旨在讓學(xué)生在親身體驗中習(xí)得與養(yǎng)成素養(yǎng)。因為技術(shù)與工程的初衷是滿足人類生活需求，所以教師應(yīng)強調(diào)其與現(xiàn)實生活的聯(lián)系，創(chuàng)設(shè)真實任務(wù)情境，讓學(xué)生在任務(wù)的推動下展開探究，從而增加學(xué)習(xí)趣味，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

《立體小菜園》課程關(guān)注社會現(xiàn)狀：隨著人口的增長，糧食需求上升，但可耕種土地面積有限，因而農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展追求更高效的種植模式，為了少用地、多生產(chǎn)，立體農(nóng)場應(yīng)運而生。同時，城鎮(zhèn)化建設(shè)的進一步發(fā)展帶動了生活環(huán)境變革，很多鄉(xiāng)村居民也住進了高層住宅，缺乏種植空間。因此，建設(shè)立體小菜園不僅響應(yīng)了現(xiàn)代生活方式變革，還能滿足人們的蔬菜種植需求。

基于以上分析，教師在課堂上可以引導(dǎo)學(xué)生思考家庭小菜園的重要性，如人們可以針對自己的個性化需求在家庭小菜園中種植蔬菜，節(jié)約家庭支出，保障家庭飲食健康等。設(shè)想有一天我們能在家觀察種子成長，感受自然生活，摘下蔬果，品嘗新鮮滋味，未嘗不是一種有意義的生活方式。接著，教師提出任務(wù)要求：在陽臺建一個立體小菜園，至少能讓一家三口每周吃上兩次小菜園供應(yīng)的湯菜最好能利用廢舊材料建造。

以驅(qū)動性任務(wù)為出發(fā)點，以問題解決為導(dǎo)向，能使學(xué)生保持積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)，而任務(wù)的開放性能促使他們尋找多樣化的解決方案，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和高階思維。

三、加強科學(xué)對技術(shù)工程的指導(dǎo)

科學(xué)與技術(shù)、工程三者相輔相成，密切相關(guān)。科學(xué)對技術(shù)與工程有指導(dǎo)作用，違反科學(xué)原理的技術(shù)發(fā)明或者工程建設(shè)是注定失敗的。反過來，技術(shù)與工程也會促進科學(xué)發(fā)展。比如，精密先進的觀測儀器有助于科學(xué)探索，“中國天眼”望遠鏡的建造為科學(xué)家發(fā)現(xiàn)更多脈沖星提供了機會。在學(xué)生的項目實踐中，科學(xué)原理的學(xué)習(xí)和應(yīng)用也是不可或缺的，因此，我們需要強化對學(xué)生科學(xué)探究的引導(dǎo)。

在立體小菜園項目中，層架的建造涉及力學(xué)知識，如何增強層架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及承重性能等需要學(xué)生進行探究。說到穩(wěn)定性，學(xué)生一般會想到三角形結(jié)構(gòu)，但是如果把裝置做成三角形，能夠擺放種植盆的空間會小很多，使種植面積減少。那么為了擴大空間，是否可以在四邊形中增加三角形結(jié)構(gòu)以增強穩(wěn)定性？教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生選擇合適的材料和加固方式，可以引導(dǎo)學(xué)生先利用模型展開探究，再用數(shù)據(jù)來指導(dǎo)實踐。

蔬菜的種植涉及植物、土壤、光照和環(huán)境等的知識，不同植物的生長特性各異，種植周期不同。因此，如何選擇適合的蔬菜品種、如何合理配置土壤、如何增加光照等問題都需要學(xué)生深入學(xué)習(xí)。小菜園項目是一個持續(xù)時間比較長的活動，從前期調(diào)研到裝置建成再到后期種植，跨度數(shù)月，在此過程中學(xué)生會遇到各種科學(xué)問題，所以教師需要帶領(lǐng)學(xué)生不斷探索，科學(xué)指導(dǎo)學(xué)生開展小菜園建設(shè)，提高項目成功率。

四、強化技術(shù)與工程思維培養(yǎng)

科學(xué)、技術(shù)和工程是三種不同性質(zhì)的實踐活動，其思維方式也各異。科學(xué)思維以追求真理為導(dǎo)向，是由好奇心和求知欲引發(fā)的探索與發(fā)現(xiàn)，以求真為目的。技術(shù)思維是以解決問題為導(dǎo)向的工具性思維，具有明確的目標(biāo)，是人們在求新、求巧、求精的工具理性驅(qū)動下的發(fā)明和革新活動［3］。因此，技術(shù)思維的特征是創(chuàng)新。工程思維是以價值為導(dǎo)向的造物思維，追求最高性價比或者效益最大化，工程思維的顯著特征是系統(tǒng)性、集成性、跨學(xué)科性、綜合性以及復(fù)雜性等。

對于高年級小學(xué)生來說，他們喜愛立體小菜園這樣的實踐項目。然而，一些學(xué)生在實踐中缺乏思考。若在動手過程中缺少思維的參與，活動可能變得盲目低效，甚至可能半途而廢。為了改變學(xué)生“動手有余，思維不足”的情況，在工程實踐的每一個環(huán)節(jié)，教師應(yīng)用問題來促進學(xué)生思考，強化技術(shù)與工程思維的引領(lǐng)。

明確任務(wù)階段：教師需明確提出任務(wù)，如在兩周內(nèi)建設(shè)小菜園，利用廢舊物品作為建材，等等。這樣有助于學(xué)生清晰了解任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生對工程做系統(tǒng)性、經(jīng)濟性的考量。

前期研究階段：學(xué)生需要展開三方面的調(diào)研——蔬菜品種選擇、土壤選擇以及立體小菜園的構(gòu)建。為綜合考慮不同蔬菜的生長周期、適應(yīng)性等，學(xué)生需要了解土壤需求。同時，他們還需要考慮材料選擇和容器的設(shè)計，以滿足復(fù)雜的工程需求。

設(shè)計方案：學(xué)生需要綜合考慮自家陽臺的實際情況，確定支架材質(zhì)、數(shù)量、造型和層數(shù)，以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。項目的可實施性至關(guān)重要，也是對學(xué)生創(chuàng)新思維的考驗。

制作改進：本項目具有一定復(fù)雜性，僅憑學(xué)生自己可能難以完成，所以教師要和家長積極溝通，取得家庭方面的支持，幫助學(xué)生落實方案。在搭建活動中，學(xué)生的困難主要來自兩方面——一是支架材料準(zhǔn)備，二是工具操作。家長可以重點協(xié)助學(xué)生這兩方面的活動，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注細(xì)節(jié)、聚焦結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計圖。在實際操作中可能會遇到各種困難，學(xué)生應(yīng)在對標(biāo)項目要求的前提下，著眼系統(tǒng)，統(tǒng)籌兼顧。

評價反思：在學(xué)生完成家庭小菜園建設(shè)后，教師可以組織一次討論評價會，采用觀看視頻或圖文的方式來考查學(xué)生的項目成果，讓學(xué)生談?wù)勴椖矿w驗，總結(jié)反思。評價可以圍繞技術(shù)與工程思維的幾個要點展開，對學(xué)生的創(chuàng)新思維、系統(tǒng)思維、統(tǒng)籌思維等進行評估。

五、采用表現(xiàn)性評價方式

STEM學(xué)習(xí)旨在培養(yǎng)學(xué)生運用多學(xué)科知識解決實際問題的能力，注重項目化研究，以發(fā)展綜合能力為目標(biāo)。在此過程中，教師不應(yīng)當(dāng)僅僅關(guān)注研究結(jié)果或書面測試，還需注重過程評價。表現(xiàn)性評價模式強調(diào)在真實情境下，根據(jù)評分規(guī)則對學(xué)生完成復(fù)雜任務(wù)的過程表現(xiàn)或結(jié)果進行評價［4］。表現(xiàn)性評價關(guān)注真實情境、復(fù)雜任務(wù)和過程評價，與STEM教育內(nèi)涵高度契合，因此，基于任務(wù)的表現(xiàn)性評價有望提升STEM教學(xué)效果，促進學(xué)生發(fā)展。

發(fā)揮表現(xiàn)性評價的引領(lǐng)作用。作為教學(xué)過程的組織者、指導(dǎo)者和引導(dǎo)者，教師在設(shè)計教學(xué)時需考慮評價問題，確定課堂教學(xué)“教什么”“怎么教”，要指導(dǎo)學(xué)生“學(xué)什么”“怎么學(xué)”，最后通過評價知曉學(xué)生“會什么”［5］。因此，學(xué)習(xí)活動開始時，應(yīng)告知學(xué)生評價的內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)和時間，以使他們提前做好準(zhǔn)備。這樣，整個項目過程和結(jié)果都將成為評價的對象，從而增強學(xué)生的自律性和主動性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力，使他們在整個任務(wù)過程中保持高效性。

設(shè)定表現(xiàn)性評價目標(biāo)。在立體小菜園項目中，表現(xiàn)性評價的目標(biāo)主要是考查學(xué)生的相關(guān)操作技能，以及他們設(shè)計、建設(shè)小菜園并進行種植的情況。因此，可以設(shè)定目標(biāo)如下：引導(dǎo)學(xué)生綜合運用數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程等多學(xué)科知識，動手建設(shè)立體小菜園，并種植蔬菜，每周為家庭提供兩次湯菜所需的原材料。這樣的評價目標(biāo)能夠準(zhǔn)確反映項目的實際要求，引導(dǎo)學(xué)生全面參與、深入思考和實踐。

制訂表現(xiàn)性評價量規(guī)。本項目中，表現(xiàn)性評價量規(guī)可以從設(shè)計、制作、種植三方面展開，在每個項目中落實具體觀測點，對學(xué)生在項目中表現(xiàn)出的行為與最終成果進行評價，同時評價主體要多元化，可以從學(xué)生自評、同學(xué)互評、教師評價三方面展開。評價表如表2所示。

工程項目的學(xué)習(xí)不會有單一的標(biāo)準(zhǔn)答案，科學(xué)教學(xué)重在引導(dǎo)學(xué)生充分參與、充分體驗和實踐制作，因此，評價活動也不應(yīng)以追求答案為目的，而應(yīng)具有針對性，教師需要善于發(fā)掘評價的要點。例如，如果學(xué)生學(xué)習(xí)了某項技術(shù)或工具操作，評價可關(guān)注他們對技術(shù)的掌握程度以及在使用工具完成指定任務(wù)時的表現(xiàn)，以評估他們的實際達成情況；如果涉及設(shè)計活動，則可以檢視其中是否蘊含創(chuàng)新或巧思；在STEM類項目學(xué)習(xí)中，評價可以根據(jù)各個環(huán)節(jié)對學(xué)生的要求，觀察他們的完成程度；等等。若設(shè)置的評價點能夠引導(dǎo)學(xué)生積極向上地學(xué)習(xí)，便能有效促進他們技術(shù)與工程素養(yǎng)的培養(yǎng)。

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