新課標(biāo)視域下初中科學(xué)技術(shù)與工程實踐的研究

包青鋒 俞麗瑋

作者簡介：包青鋒（1984～），男，漢族，浙江杭州人，浙江省杭州高新實驗學(xué)校，研究方向：課堂教學(xué)實踐；

俞麗瑋（1985～），女，漢族，浙江余姚人，浙江省杭州濱和中學(xué)，研究方向：實踐教學(xué)。

摘? 要：新時代的變革對人才培養(yǎng)提出了新的要求，技術(shù)與工程教育受到了越來越多科學(xué)教師、科學(xué)教育研究者的關(guān)注。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱新課標(biāo)）更是直接將“技術(shù)、工程與社會”“工程設(shè)計與物化”列入科學(xué)學(xué)科13大核心概念之中，凸顯了技術(shù)與工程在初中科學(xué)教學(xué)中的重要地位。以新課標(biāo)下初中科學(xué)技術(shù)與工程教學(xué)要求為依托，筆者以“西湖面積的測量與簡易模型的制作”課時教學(xué)為例，詳細(xì)論述了技術(shù)與工程教育在初中科學(xué)教學(xué)中的實踐路徑，為科學(xué)老師落實新課標(biāo)“技術(shù)與工程”教育要求，更好地發(fā)展學(xué)生的探究實踐素養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)造能力，提供了方法與經(jīng)驗支持。

關(guān)鍵詞：新課標(biāo)；初中科學(xué)；技術(shù)與工程；實踐路徑

中圖分類號：G633.98??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??? 文章編號：1673-8918（2024）14-0113-05

技術(shù)與工程是人類社會最基本的實踐活動之一，也是科學(xué)知識轉(zhuǎn)化為物質(zhì)力量的重要體現(xiàn)。技術(shù)是解決特定問題、完成特定任務(wù)的方法與技巧，工程是運用科學(xué)原理、技術(shù)手段和實踐經(jīng)驗來改造自然、生產(chǎn)有益社會產(chǎn)品的綜合實踐活動。技術(shù)與工程實踐對發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要性日益凸顯。技術(shù)與工程實踐在運用科學(xué)知識與理論解決真實問題時，有助于學(xué)生更好地理解科學(xué)知識，有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維等高階思維能力，同時能培養(yǎng)學(xué)生的精益求精、一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實的工匠精神，讓學(xué)生從“題匠”走向“工匠”。

所以技術(shù)與工程實踐在科學(xué)課程中的實施是新課標(biāo)賦予的也是每一位初中科學(xué)教師必須完成的任務(wù)。

一、 新課標(biāo)下初中科學(xué)技術(shù)與工程實踐的路徑

技術(shù)與工程實踐通常包括一系列經(jīng)過科學(xué)規(guī)劃的步驟，從工程設(shè)計、工程實施到工程評價，形成了一個科學(xué)的教育體系。工程實踐的本質(zhì)與核心是設(shè)計，是讓學(xué)生像工程師一樣解決問題，進(jìn)行工程構(gòu)想、設(shè)計、實現(xiàn)和運行工作的過程，該過程即解決真實問題的過程，需要經(jīng)歷多個環(huán)節(jié)。具體實踐路徑設(shè)計如表1所示。

表1? 技術(shù)與工程實踐導(dǎo)向的初中科學(xué)教學(xué)設(shè)計路徑

工程實踐需要經(jīng)歷“面對問題—提出解決方案—進(jìn)行驗證—結(jié)果反思”的環(huán)節(jié)。新課標(biāo)中也對技術(shù)與工程實踐能力進(jìn)行了解釋：了解技術(shù)與工程實踐的一般過程和方法，針對實際需要明確問題，提出有創(chuàng)意的方案，并根據(jù)科學(xué)原理或限制條件進(jìn)行篩選；實施計劃，利用工具和材料進(jìn)行加工制作；根據(jù)實際效果進(jìn)行修改迭代；用自制的簡單裝置及實物模型驗證或展示某些原理、現(xiàn)象和設(shè)想。可見工程活動的開展是以掌握一定的科學(xué)、數(shù)學(xué)原理以及技術(shù)手段為基礎(chǔ)，工程活動的目標(biāo)是生產(chǎn)出符合實際需求的產(chǎn)品，從目標(biāo)向結(jié)果的轉(zhuǎn)化需要經(jīng)過開發(fā)、改造和生產(chǎn)的實踐環(huán)節(jié)。基于微項目教學(xué)靈活、用時短、學(xué)科跨度小的特點以及技術(shù)與工程能力培養(yǎng)的要求，結(jié)合上述思路，提出如表1所示的教學(xué)設(shè)計模式，具體的內(nèi)涵和應(yīng)用將在下文中進(jìn)一步闡述。

二、 新課標(biāo)下初中科學(xué)技術(shù)與工程實踐的案例

基于新課標(biāo)的初中科學(xué)技術(shù)與工程教學(xué)要求和實踐路徑，筆者對初中科學(xué)技術(shù)與工程課堂的推進(jìn)問題進(jìn)行了深入探究，并將研究成果應(yīng)用于浙教版七年級上冊的“科學(xué)測量”課時教學(xué)中，生成了“西湖面積測量與簡易模型的制作”教學(xué)案例。結(jié)合教學(xué)案例，筆者將基于新課標(biāo)的初中科學(xué)技術(shù)與工程教學(xué)路徑分析如下。

（一）融入生活，設(shè)置真實情境——明確問題

技術(shù)與工程素養(yǎng)的培養(yǎng)有賴于真實的實踐活動。在設(shè)計推進(jìn)初中科學(xué)技術(shù)與工程教學(xué)活動時，教師需分析科學(xué)知識與現(xiàn)實生活之間的內(nèi)在聯(lián)系，選擇合適的生活素材，創(chuàng)設(shè)真實的任務(wù)情境，在激發(fā)學(xué)生科技探索積極性的同時，發(fā)展學(xué)生的探究實踐能力，體現(xiàn)技術(shù)工程教育“滿足人類生活需求”的初衷。

【案例】科學(xué)測量是科學(xué)探究中常用的技術(shù)性手段。在七年級上冊教材“科學(xué)測量”課時教學(xué)中，教師將長度、面積、體積的基本測量、不規(guī)則形狀面積的估算等知識技能教學(xué)與生活現(xiàn)實相結(jié)合，提出“杭州西湖面積有多大”這一實踐應(yīng)用課題（圖1）。

圖1? 杭州西湖俯瞰圖

西湖是學(xué)生比較熟悉的本地風(fēng)景名勝，但西湖有多大，確是大部分學(xué)生都未思考過的問題。教師通過引導(dǎo)學(xué)生測量西湖這一典型不規(guī)則圖形的面積，能有效增進(jìn)學(xué)生對西湖這一家鄉(xiāng)特色美景的認(rèn)識與理解，有助于培養(yǎng)學(xué)生熱愛家鄉(xiāng)，利用科學(xué)知識建設(shè)家鄉(xiāng)、宣傳家鄉(xiāng)文化的責(zé)任意識。教師通過引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計制作西湖簡易模型，整合地理、數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程等各領(lǐng)域知識與內(nèi)容，以真實的、開放性的情境任務(wù)，幫助學(xué)生真實地感受了科學(xué)知識轉(zhuǎn)化成實用技術(shù)的過程，發(fā)展了學(xué)生的科技創(chuàng)新意識，提高了學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)。

（二）熟悉知識，了解測量工具——方案準(zhǔn)備

科學(xué)、技術(shù)與工程相輔相成、密切相關(guān)。科學(xué)知識和科學(xué)技術(shù)方法與工具是學(xué)生在解決工程問題時的有力輔助。在初中科學(xué)技術(shù)與工程教育活動開始之前，教師首先要利用現(xiàn)代教育技術(shù)，推送與工程問題解決相關(guān)的知識素材，組織學(xué)生在課外自主探索及課堂討論學(xué)習(xí)中，了解解決問題的技術(shù)工具、掌握解決問題的基本方法。

【案例】在對“西湖面積的測量與簡易模型的制作”項目任務(wù)推動之前，教師提前一周推送了包含科學(xué)測量、比例尺、估算、測量工具的使用等多種學(xué)習(xí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)資料包，要求學(xué)生利用課余時間了解預(yù)習(xí)。之后，教師以生活化設(shè)問，如“課桌的高度是多少？”“一片樹葉的面積是多少？”等，創(chuàng)設(shè)小的探究情境，引入長度、面積、體積測量工具以及估算法、轉(zhuǎn)換法、等效替代法等科學(xué)測量方法。接著，學(xué)生又在老師的帶領(lǐng)下以身邊實物為依托，利用天平、電子秤、量筒等常見的科學(xué)測量工具，完成了簡單的測量實踐，在實踐中應(yīng)用所學(xué)，更好地掌握了相關(guān)知識與技能。在課時教學(xué)結(jié)束后，教師還布置了課后探究任務(wù)，要求學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)平臺優(yōu)勢，自主查找資料，了解更多與科學(xué)測量與估算相關(guān)的案例，并從中汲取經(jīng)驗、方法和知識營養(yǎng)。

系列化的學(xué)習(xí)引導(dǎo)活動，幫助學(xué)生利用課內(nèi)和課外學(xué)習(xí)時間，系統(tǒng)地掌握了“西湖面積的測量與簡易模型的制作”任務(wù)中所需要的知識與技術(shù)。這為后續(xù)學(xué)生設(shè)計研究方法、完成測量及模型制作任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

（三）頭腦風(fēng)暴，合作論證改進(jìn)——方案設(shè)計

工程的關(guān)鍵是設(shè)計。方案設(shè)計及解析、改進(jìn)環(huán)節(jié)是初中科學(xué)教學(xué)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在這一過程中，教師需引導(dǎo)學(xué)生以工程小組為單位，以建模為依托，開展頭腦風(fēng)暴，形成各種方案設(shè)想。在此基礎(chǔ)上，搜集各種材料，明確工程問題的限制條件和驗收標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而以此為依托，進(jìn)行方案的篩選、合并與優(yōu)化，選擇合適的方式，設(shè)計出相對具體的問題解決方案，并從不同的角度入手對限定方案進(jìn)行模擬分析和預(yù)測性討論，從需求層面入手優(yōu)化設(shè)計方案。

【案例】在對“西湖面積的測量與簡易模型的制作”項目任務(wù)推進(jìn)期間，教師展示“西湖的面積有多大？”科學(xué)導(dǎo)引問題，通過介紹西湖面積不斷變化，測量數(shù)據(jù)需不斷更新的社會現(xiàn)實，讓西湖面積的測量及模型制作問題變得更有價值和吸引力。之后，教師隨機(jī)提問引導(dǎo)學(xué)生對科學(xué)測量及估算的方法、典型案例進(jìn)行了回憶，并鼓勵學(xué)生以小組為單位，開展頭腦風(fēng)暴，給出測量“西湖面積”的具體方案及建議，并在面積測量基礎(chǔ)上延伸，形成簡易模型制作方案。接著，各組學(xué)生代表上臺展示本組的設(shè)計方案，對設(shè)計的原理、外觀等進(jìn)行詳細(xì)介紹，教師和學(xué)生共同聆聽方案，在頭腦中進(jìn)行方案模擬，指出方案運行中可能出現(xiàn)的問題，提出反饋，幫助學(xué)生完成對方案的修改及完善工作。表2是A、B兩個小組的設(shè)計方案及其改進(jìn)情況。

在基于實際問題的開放式思考中，學(xué)生們生成了不同的問題解決方案，創(chuàng)意思維和技術(shù)思維得到了有效的鍛煉。而在小組展示與交流論證中，學(xué)生以問題解決和產(chǎn)品生成為目的進(jìn)行可行性預(yù)測與判斷，針對具體方案，提出完善修改建議，在追求最大性價比或最大效益的工程思維的驅(qū)動下，形成了更完善的知識探究方案。

（四）測量實踐，制作簡易模型——實施方案

實踐制作環(huán)節(jié)是技術(shù)與工程教學(xué)中的主要環(huán)節(jié)之一。在這期間，教師根據(jù)學(xué)生的設(shè)計方案和實際需要為其準(zhǔn)備必要的制作工具和材料，并從更專業(yè)的視角入手，給予學(xué)生一定的操作實踐指導(dǎo)。

【案例】在對“西湖面積的測量與簡易模型的制作”項目推進(jìn)期間，教師根據(jù)各組的設(shè)計方案，為學(xué)生提供了網(wǎng)格紙、刻度尺、天平、等比例縮小的西湖地圖、細(xì)沙、泡沫板、輕黏土、畫筆、彩紙、涂料等實踐材料，要求學(xué)生按照本組的計劃方案進(jìn)行面積測量與制作。

在學(xué)生依據(jù)不同方案，選擇不同的工具測出西湖的面積數(shù)據(jù)后，教師投屏展示了各組的測量結(jié)果以及官方統(tǒng)計結(jié)果，并組織學(xué)生對比數(shù)據(jù)，就如何提高測量結(jié)果的精確度進(jìn)行深入思考，提出了不同的建議與想法。如“使用多種方法，取平均值”“質(zhì)量轉(zhuǎn)換和體積轉(zhuǎn)化法要比數(shù)格法更精確”“使用更精確、更專業(yè)的測量工具降低失誤”等。

之后，教師進(jìn)行歸納：“與圖片相比，模型更適合進(jìn)行科學(xué)研究。”并組織學(xué)生按照既定規(guī)劃選材，完成了西湖簡易模型制作任務(wù)。

（五）模型展示，推進(jìn)反思優(yōu)化——迭代循環(huán)

反思應(yīng)用環(huán)節(jié)是新課標(biāo)下初中科學(xué)技術(shù)與工程教學(xué)中的必要環(huán)節(jié)。在學(xué)生完成模型制作任務(wù)之后，教師需提供給學(xué)生展示模型的機(jī)會，并組織學(xué)生對模型的精美度、實用性、精確度等進(jìn)行評估，以展促評，以評促創(chuàng)，力促模型工具的更新迭代。

【案例】在對“西湖面積的測量與簡易模型的制作”項目探究完成后，教師以多媒體投屏展示學(xué)生模型制作結(jié)果，并由小組代表上臺進(jìn)行講解與介紹，其他小組選派評估員，利用看、測等方式就其精美度和精確性進(jìn)行評估。部分學(xué)生作品展示如圖2所示。

圖2? 部分學(xué)生作品

之后，教師以問題“繞西湖一圈有多遠(yuǎn)？”輔助學(xué)生進(jìn)行模型應(yīng)用檢驗。以實踐應(yīng)用輔助學(xué)生判斷模型的實用性，助力學(xué)生對模型作品的更新迭代。

（六）作品交流，以量表促評價——成果發(fā)布

項目評價是構(gòu)成項目課堂的重要部分。在基于核心素養(yǎng)的初中科學(xué)技術(shù)與工程教學(xué)活動設(shè)計推進(jìn)期間，教師可根據(jù)課時教學(xué)任務(wù)與目標(biāo)，擬定全面科學(xué)的量化評價表格。

【案例】在對“西湖面積的測量與簡易模型的制作”項目學(xué)習(xí)探究中，表3為教師制定的項目學(xué)習(xí)評價量表。

以量表為依托，教師高效推進(jìn)了項目學(xué)習(xí)過程審核工作，以指向過程的科學(xué)評價、全面評價、多主體評價，更好地審核了學(xué)生的項目學(xué)習(xí)成果，讓學(xué)生在對科學(xué)項目的自主探究中提升了自身的學(xué)科素養(yǎng)。

三、 研究成效分析與反思

“西湖面積的測量與簡易模型的制作”是一場較為成功的技術(shù)與工程教學(xué)活動。在教學(xué)中，學(xué)生不僅通過設(shè)計西湖面積的測量方案、西湖簡易模型制作方案，依據(jù)個性方案完成制作任務(wù)，完整地體驗了技術(shù)與工程問題解決過程，生成了物化的研究成果，而且在與同伴的溝通交流中，在教師的有益引導(dǎo)下，深入地探索了科學(xué)測量工具及其應(yīng)用問題，將轉(zhuǎn)換法、等效替代法等科學(xué)思想方法化為己用，提升了自身的科學(xué)思維素養(yǎng)和探索實踐能力。

與其他課堂相比，基于技術(shù)與工程的初中科學(xué)課堂有更強(qiáng)的開放性，課程進(jìn)行的時間跨度也比較長。因此，在組織學(xué)生進(jìn)行此類項目學(xué)習(xí)引導(dǎo)時，教師需重視課堂中的生成性教學(xué)資料，靈活使用多種教學(xué)方法，對學(xué)生進(jìn)行有針對性的探究引導(dǎo)。

四、 結(jié)論

綜上所述，技術(shù)與工程教育是以生活問題解決為背景而開展的創(chuàng)意實踐活動。在該活動實施期間，教師需采取合適的方法，幫助和引導(dǎo)學(xué)生靈活應(yīng)用多學(xué)科知識生成現(xiàn)實問題解決方案，制作實物模型，并在交流互動中轉(zhuǎn)換研究視角，指出設(shè)計問題、創(chuàng)新設(shè)計思路，完成物化產(chǎn)品的更新迭代。

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