《緊密聯(lián)系的工具和技術(shù)》“四從”教學(xué)設(shè)計(jì)

〔摘" "要〕" 本研究以教科版科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)《緊密聯(lián)系的工具和技術(shù)》一課為核心，聚焦農(nóng)業(yè)工具與技術(shù)的教育價(jià)值，設(shè)計(jì)“傳統(tǒng)水車(chē)解密”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)路徑。通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)、原理探究、技術(shù)改良、成果展示四階教學(xué)模式，將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)工具的科學(xué)原理與現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生從觀察科學(xué)轉(zhuǎn)向?qū)嵺`科學(xué)。研究融合跨學(xué)科知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)思維與問(wèn)題解決能力，最終實(shí)現(xiàn)從工具認(rèn)知到技術(shù)創(chuàng)新的思維躍遷。實(shí)踐表明，該路徑能有效提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與實(shí)踐能力，為在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中融入勞動(dòng)教育與傳統(tǒng)文化提供可行范式。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；農(nóng)業(yè)工具；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " 〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）24" " 0061-03

小學(xué)科學(xué)教育是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體，但其傳統(tǒng)教學(xué)模式常局限于課本知識(shí)的單向傳授，與真實(shí)生活情境脫節(jié)。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確提出倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)，注重學(xué)科間的相互關(guān)聯(lián)，強(qiáng)調(diào)科學(xué)教育需扎根實(shí)踐、聯(lián)系社會(huì)。農(nóng)業(yè)工具作為人類(lèi)文明與技術(shù)智慧的結(jié)晶，蘊(yùn)含豐富的科學(xué)原理與勞動(dòng)教育價(jià)值，卻長(zhǎng)期被排除在小學(xué)科學(xué)課程的核心內(nèi)容之外。當(dāng)前，小學(xué)科學(xué)教材中工具與技術(shù)相關(guān)內(nèi)容多聚焦工業(yè)或現(xiàn)代科技，對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)工具的涉及較少，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)本土技術(shù)文化的認(rèn)知斷層。本研究以教科版科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)《緊密聯(lián)系的工具和技術(shù)》為切入點(diǎn)，選取傳統(tǒng)水車(chē)這一典型農(nóng)業(yè)工具，設(shè)計(jì)跨學(xué)科項(xiàng)目課程。通過(guò)解構(gòu)水車(chē)的機(jī)械原理、改良設(shè)計(jì)方案、實(shí)踐制作模型等環(huán)節(jié)，將抽象的科學(xué)概念轉(zhuǎn)化為可操作的實(shí)踐任務(wù)，既落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)與工程領(lǐng)域的要求，又實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)文化傳承與創(chuàng)新思維培養(yǎng)的雙重目標(biāo)。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論與STEM教育理念為指導(dǎo)，采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、探究實(shí)踐、迭代創(chuàng)新的螺旋式設(shè)計(jì)思路。核心邏輯是以真實(shí)問(wèn)題激活學(xué)生興趣，通過(guò)拆解傳統(tǒng)工具的科學(xué)原理搭建知識(shí)框架，再通過(guò)技術(shù)改良任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新能力。

第一，確定真實(shí)情境：從學(xué)生熟悉的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景出發(fā)，引出傳統(tǒng)水車(chē)如何將低處水引向高處的核心問(wèn)題，避免科學(xué)知識(shí)的孤立化。第二，拆解學(xué)科融合點(diǎn)：將水車(chē)原理與科學(xué)課簡(jiǎn)單機(jī)械、數(shù)學(xué)課圓的周長(zhǎng)與效率計(jì)算、歷史課古代農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展史、美術(shù)課結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模型美化相結(jié)合，形成跨學(xué)科知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。第三，設(shè)置階梯式任務(wù)：從原理認(rèn)知到模型制作，再到技術(shù)改良，任務(wù)難度逐步提升，確保學(xué)生在最近發(fā)展區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)能力躍遷。

（二）工具選擇

工具選擇需兼顧科學(xué)性、可操作性與文化代表性，具體分為三類(lèi)。

核心探究工具：傳統(tǒng)水車(chē)模型、水流模擬裝置。水車(chē)是古代灌溉技術(shù)的典型代表，其輪軸結(jié)構(gòu)直觀體現(xiàn)簡(jiǎn)單機(jī)械原理，可拆卸模型便于學(xué)生觀察內(nèi)部構(gòu)造。

輔助實(shí)驗(yàn)工具：彈簧秤、量角器、PVC管與連接器。工具尺寸適合小學(xué)生操作，材料安全且易獲取，能支持學(xué)生自主設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

數(shù)字化延伸工具：虛擬仿真軟件、3D建模草圖軟件。針對(duì)傳統(tǒng)工具可視化不足的問(wèn)題，通過(guò)虛擬軟件動(dòng)態(tài)展示水流與輪軸的相互作用，幫助學(xué)生理解抽象的力學(xué)原理；3D建模工具則為技術(shù)改良提供創(chuàng)意表達(dá)載體。

（三）教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)能說(shuō)出水車(chē)的主要結(jié)構(gòu)及各部分作用；解釋輪軸、杠桿原理在水車(chē)上的應(yīng)用；舉例說(shuō)明傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)工具與現(xiàn)代技術(shù)的聯(lián)系。能力目標(biāo)能通過(guò)觀察與實(shí)驗(yàn)分析水車(chē)提水效率的影響因素；能運(yùn)用簡(jiǎn)單材料設(shè)計(jì)并制作改良版水車(chē)模型；能通過(guò)小組合作完成技術(shù)方案的討論、優(yōu)化與展示。能從情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)體會(huì)古代勞動(dòng)人民的智慧，樹(shù)立對(duì)傳統(tǒng)文化的認(rèn)同感；形成技術(shù)源于需求的認(rèn)知，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的創(chuàng)新意識(shí)；在小組協(xié)作中養(yǎng)成傾聽(tīng)、表達(dá)與互助的合作精神。

二、教學(xué)實(shí)施

（一）創(chuàng)設(shè)情境

情境創(chuàng)設(shè)需激發(fā)學(xué)生的真實(shí)需求，具體實(shí)施分三步驟。

問(wèn)題導(dǎo)入：播放視頻《古代農(nóng)民灌溉難》（片段展示：天旱時(shí)農(nóng)民用木桶挑水灌溉，效率低下），提問(wèn)：如果你來(lái)幫助古代農(nóng)民，如何用更省力的方式把水從河里引到農(nóng)田？引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想到工具的重要性。

文化浸潤(rùn)：展示從河姆渡遺址的骨耜到唐代筒車(chē)的農(nóng)業(yè)工具發(fā)展史圖片，重點(diǎn)介紹水車(chē)在南方稻田灌溉中的作用，讓學(xué)生感知工具是人類(lèi)智慧的延伸。

任務(wù)發(fā)布：呈現(xiàn)校園小菜園灌溉挑戰(zhàn)：學(xué)校小菜園地勢(shì)高于水源，需設(shè)計(jì)一種無(wú)須電力的提水工具，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料易得、能連續(xù)提水。將學(xué)生分組，每組發(fā)放傳統(tǒng)水車(chē)實(shí)物模型，觀察水車(chē)模型，思考它如何解決“提水”問(wèn)題？

（二）探究原理

原理探究是連接工具認(rèn)知與技術(shù)思維的關(guān)鍵，采用結(jié)構(gòu)拆解、對(duì)比實(shí)驗(yàn)、科學(xué)建模三步法。

結(jié)構(gòu)拆解：學(xué)生分組拆卸水車(chē)模型，記錄各部件名稱(chēng)（輪盤(pán)、葉片、軸、支架），用思維導(dǎo)圖梳理部件、功能關(guān)系，如葉片承接水流并提水，軸固定輪盤(pán)并傳遞動(dòng)力。教師引導(dǎo)提問(wèn)：為什么葉片要傾斜一定角度？軸的粗細(xì)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)是否有影響？

對(duì)比實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)兩組實(shí)驗(yàn)——改變?nèi)~片角度（30°/45°/60°），測(cè)量相同水流下的提水量； 改變輪盤(pán)直徑（10cm/20cm），記錄單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：葉片角度45°時(shí)提水量最大（水流沖擊力與向上分力平衡），輪盤(pán)直徑越大，單次提水量越多，但轉(zhuǎn)動(dòng)越費(fèi)力。

科學(xué)建模：基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用公式表達(dá)，提水效率=（葉片面積×水流速度×角度系數(shù)）/輪軸摩擦力，引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)模型解釋工具設(shè)計(jì)需平衡效率與成本的技術(shù)邏輯。

（三）改良技術(shù)

技術(shù)改良是培養(yǎng)創(chuàng)新思維的核心環(huán)節(jié)，實(shí)施路徑為缺陷分析、跨界遷移、方案落地。

缺陷分析：學(xué)生通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)水車(chē)的局限性，僅能在水流速度≥0.5m/s時(shí)工作（緩流河溪無(wú)法驅(qū)動(dòng)）；葉片易被雜草纏繞；提水高度固定（僅能提升1～2米）。

跨界遷移：教師提供現(xiàn)代技術(shù)啟發(fā)案例。自行車(chē)齒輪變速原理，能否給水車(chē)加齒輪組改變轉(zhuǎn)速？螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)，能否將葉片改為螺旋形提升高度？引導(dǎo)學(xué)生將其他領(lǐng)域技術(shù)遷移到農(nóng)業(yè)工具改良中。

方案落地：學(xué)生分組提交改良方案。例如，齒輪變速組+螺旋葉片組合（提升高度至3米）、可拆卸濾網(wǎng)葉片（防止雜草纏繞）、太陽(yáng)能輔助驅(qū)動(dòng)裝置（針對(duì)無(wú)水流場(chǎng)景）。教師重點(diǎn)指導(dǎo)方案的可行性（如材料是否易得、結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定），鼓勵(lì)學(xué)生用“草圖+文字”說(shuō)明呈現(xiàn)設(shè)計(jì)思路。

（四）展示成果

成果展示需體現(xiàn)過(guò)程性評(píng)價(jià)與多元表達(dá)，形式包括：模型展覽——每組展示改良后的水車(chē)模型，標(biāo)注核心創(chuàng)新點(diǎn)（如我們的“防堵螺旋水車(chē)”通過(guò)葉片角度可調(diào)設(shè)計(jì)，提水效率提升40%），其他小組通過(guò)貼便箋方式提問(wèn)或點(diǎn)贊（如為什么選擇塑料葉片而非木質(zhì)）。技術(shù)答辯——學(xué)生代表陳述設(shè)計(jì)理念、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、改良邏輯，回應(yīng)評(píng)委（教師+校外農(nóng)技人員）提問(wèn)。例如，如果要在山區(qū)推廣你的水車(chē)，需要考慮哪些環(huán)境因素？反思日志——學(xué)生撰寫(xiě)《我的技術(shù)改良筆記》，記錄最初想法、實(shí)驗(yàn)失敗、解決方案、新問(wèn)題的思維軌跡，教師通過(guò)日志評(píng)估學(xué)生的技術(shù)思維發(fā)展水平。

三、“四從”教學(xué)創(chuàng)新

（一）從看科學(xué)到做科學(xué)

傳統(tǒng)科學(xué)教學(xué)多以教師演示實(shí)驗(yàn)+學(xué)生記錄結(jié)論為主，學(xué)生處于被動(dòng)觀察地位。本項(xiàng)目通過(guò)做科學(xué)重構(gòu)學(xué)習(xí)方式，將水車(chē)模型轉(zhuǎn)化為可探究的教材，學(xué)生通過(guò)拆卸、組裝、改造工具，直接與科學(xué)原理對(duì)話。例如，在葉片角度與提水量實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需自主控制變量、記錄數(shù)據(jù)、分析結(jié)論，經(jīng)歷科學(xué)家式的探究過(guò)程。鼓勵(lì)學(xué)生在模型制作中試錯(cuò)。例如，有小組最初將葉片垂直安裝，發(fā)現(xiàn)提水量為零，通過(guò)分析錯(cuò)誤原因，認(rèn)識(shí)反推力的作用方向與效率的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)從失敗中學(xué)習(xí)。

（二）從單一學(xué)科到跨學(xué)科融合

項(xiàng)目突破學(xué)科邊界，構(gòu)建科學(xué)+融合體系。科學(xué)課的簡(jiǎn)單機(jī)械原理為水車(chē)結(jié)構(gòu)提供理論基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)課的圓周長(zhǎng)計(jì)算幫助優(yōu)化輪盤(pán)尺寸，歷史課的農(nóng)業(yè)發(fā)展史賦予工具文化意義，美術(shù)課的結(jié)構(gòu)美學(xué)提升模型設(shè)計(jì)感。例如，學(xué)生在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能輔助水車(chē)時(shí)，需同時(shí)運(yùn)用電路知識(shí)（科學(xué)）與能量轉(zhuǎn)換效率計(jì)算（數(shù)學(xué)）。培養(yǎng)技術(shù)素養(yǎng)所需的綜合能力，如觀察能力（科學(xué)）、計(jì)算能力（數(shù)學(xué)）、表達(dá)能力（語(yǔ)文）、動(dòng)手能力（工程）。例如，成果展示環(huán)節(jié)要求學(xué)生用數(shù)據(jù)+圖像+文字多維表達(dá)，鍛煉跨學(xué)科溝通能力。

（三）從工具認(rèn)知到技術(shù)思維

教學(xué)不止于認(rèn)識(shí)工具，更注重培養(yǎng)技術(shù)思維，即需求、設(shè)計(jì)、優(yōu)化、應(yīng)用的問(wèn)題解決邏輯。所有技術(shù)改良均源于真實(shí)需求，學(xué)生需先調(diào)研用戶需求，再設(shè)計(jì)解決方案，避免為創(chuàng)新而創(chuàng)新。引導(dǎo)學(xué)生從單一部件改良到整體系統(tǒng)優(yōu)化。例如，有小組發(fā)現(xiàn)增加齒輪組雖能提升高度，但導(dǎo)致輪軸過(guò)重，進(jìn)而提出輕質(zhì)材料替換+齒輪組模塊化的綜合方案，體現(xiàn)權(quán)衡與妥協(xié)的技術(shù)思維。

（四）從課堂學(xué)習(xí)到真實(shí)實(shí)踐

突破教室圍墻，將學(xué)習(xí)延伸到真實(shí)場(chǎng)景。組織學(xué)生參觀農(nóng)業(yè)博物館，觀察不同地域水車(chē)的差異，理解工具設(shè)計(jì)需適應(yīng)環(huán)境的道理。邀請(qǐng)老農(nóng)講述水車(chē)使用史，學(xué)生向農(nóng)技員請(qǐng)教現(xiàn)代灌溉技術(shù)（噴灌、滴灌）與傳統(tǒng)工具的傳承關(guān)系，認(rèn)識(shí)到技術(shù)創(chuàng)新需扎根現(xiàn)實(shí)需求。

四、教學(xué)反思

（一）興趣是最好的老師，讓學(xué)習(xí)自然發(fā)生

項(xiàng)目通過(guò)真實(shí)問(wèn)題+可操作工具激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力。課前調(diào)查顯示，85%的學(xué)生對(duì)農(nóng)業(yè)工具興趣一般；課后問(wèn)卷中，92%的學(xué)生表示想進(jìn)一步研究其他傳統(tǒng)工具（如曲轅犁、耬車(chē)）。例如，有學(xué)生在反思日志中寫(xiě)道：當(dāng)我用自己設(shè)計(jì)的水車(chē)把水提到3米高的水桶時(shí)，突然明白了“科學(xué)不是課本上的字，而是能改變生活的力量”。

（二）從教知識(shí)到育思維，讓學(xué)習(xí)更有深度

傳統(tǒng)教學(xué)側(cè)重知識(shí)識(shí)記（如輪軸的定義），本項(xiàng)目則通過(guò)技術(shù)改良培養(yǎng)高階思維。例如，學(xué)生在解決雜草纏繞葉片問(wèn)題時(shí)，需經(jīng)歷問(wèn)題定位（雜草纏繞葉片軸）、原因分析（葉片間距過(guò)大）、方案設(shè)計(jì)（加裝梳齒狀濾網(wǎng)）、效果驗(yàn)證（對(duì)比實(shí)驗(yàn)）的批判性思維過(guò)程，這種基于證據(jù)的推理能力遠(yuǎn)超單純的知識(shí)記憶。

（三）從個(gè)體學(xué)習(xí)到協(xié)作共創(chuàng)，讓學(xué)習(xí)更有溫度

項(xiàng)目以小組合作為主要形式，學(xué)生在方案討論、任務(wù)分工、失敗互助中學(xué)會(huì)協(xié)作。例如，某小組因齒輪組設(shè)計(jì)產(chǎn)生分歧，最終通過(guò)每人陳述方案優(yōu)點(diǎn)—投票選擇—分工制作原型驗(yàn)證的方式達(dá)成共識(shí)，過(guò)程中不僅解決了技術(shù)問(wèn)題，更培養(yǎng)了學(xué)生傾聽(tīng)不同意見(jiàn)、尊重多元視角的合作素養(yǎng)。

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中融入農(nóng)業(yè)工具與技術(shù)，不僅是對(duì)課程資源的拓展，更是對(duì)科技育人理念的深化。通過(guò)“傳統(tǒng)水車(chē)解密”項(xiàng)目，學(xué)生既掌握了簡(jiǎn)單機(jī)械等核心知識(shí)，又形成了需求、設(shè)計(jì)、優(yōu)化的技術(shù)思維，同時(shí)建立了對(duì)本土技術(shù)文化的認(rèn)同。未來(lái)教學(xué)可進(jìn)一步拓展工具類(lèi)型，構(gòu)建古代技術(shù)、現(xiàn)代科技、未來(lái)創(chuàng)新的課程鏈，讓科學(xué)教育真正成為連接文化傳承與創(chuàng)新發(fā)展的橋梁。

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