小學科學“技術與工程”領域教學策略的研究

姚春玲　吳莉榮

【編者按】技術與工程的實踐是培養學生學習興趣和創造能力的重要抓手，其地位在《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）中得到了強化。課標明確提出把學生的技術與工程實踐能力培養滲透在教學中。在課標中，“技術與工程實踐”的字眼一共出現了17處?；谝陨险撌隹芍?，我們應當重視技術與工程實踐的相關教學。那么，如何進行技術與工程實踐的相關教學，真正在實踐活動中提升學生的科學素養？本專輯的兩篇文章，論述了技術與工程領域內的教學要點，或可帶給我們一些啟發。

【摘 要】在小學科學教學中，“技術與工程”是非常重要的課程內容，可以讓學生的創新思維及探究實踐能力等得到充分的發展，深度地培養學生的科學素養。小學科學教師在思想上需要提高對“技術與工程”領域的重視，堅持理論與實踐相結合的原則，堅持運用多種教學策略，促進學生科學素養的發展和提升。

【關鍵詞】小學科學 技術與工程 教學策略

科學教育要培養學生的核心素養，主要是指學生在學習科學課程的過程中要逐步形成適應個人終身發展和社會發展所需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，是科學課程育人價值的集中體現?？茖W教育是培養學生創新思維和解決問題能力的關鍵領域之一。在小學階段，科學教育不僅要注重知識的傳授，更要培養學生的實踐操作和工程思維。近年來，技術與工程領域的教學實踐逐漸受到廣泛關注。本文將對小學科學教學中“技術與工程”領域的實踐研究進行探討，旨在為教師提供有益的指導和啟示。

一、技術與工程在小學科學教學中的地位

《課程標準》中第12個核心概念“技術、工程與社會”和第13個核心概念“工程設計與物化”，從實踐、方法和探究這三個角度對技術與工程領域的內容進行設計安排，引導學生通過具體的實踐活動認識技術與工程的特點及其對社會的影響，從可持續發展的角度認識科學、技術、工程、社會的關系，形成關于四者間相互聯系的整體觀念?？梢?，技術與工程是科學教育中的一個重要領域，具有豐富獨特的育人價值。

首先，技術與工程能陶冶學生的勞動情操，培養其工匠精神。學生在本領域內容的學習中可以通過精益求精的設計，精雕細琢的模型、器件或實驗裝置制作，培養出專注負責、執著探索、追求卓越的匠心。

其次，技術與工程能促進學生掌握程序性和規范性的知識，發展其創造能力。技術與工程可以將科學知識應用于實際生活中。學生常常需要按照一定的順序和步驟，運用各種材料和工具進行實際操作，制作實際的產品或解決實際問題。這一過程中，學生可以將所學過的理論與實踐相結合，不僅有利于理解抽象的科學原理如何轉化為實際的生產技術，還能培養自己的創新思維，增強解決實際問題的綜合能力。

再次，技術與工程能鍛煉學生的批判性思維能力，有利于學生跨越具體的學科知識，對科學、技術、工程、社會進行整體認識。在技術與工程的設計中，學生常常需要考慮性價比、可靠性、科學指標等要求，基于此再對方案進行篩選，有依據地作出判斷和選擇。學生參與這樣的過程，能發展他們的批判性思維能力。

二、小學科學“技術與工程”領域教學實踐中的教學策略

1.設計思維的培養。

《課程標準》強調，要讓學生經歷科學研究以及技術與工程實踐的過程。在探究實踐目標中，《課程標準》要求學生“掌握常見工具的使用方法；能拆開簡單產品并復原，制作某種產品的簡化實物模型并反映其中的部分科學原理；能發現作品的不足并進行改進。初步具有參與技術與工程實踐的意識及使用常見工具的技能”。設計思維是“技術與工程”領域教學的核心。在教學實踐中，教師可以通過引導學生進行設計活動來培養他們的設計思維。

在進行中華優秀傳統文化融入科學學科實踐活動課題研究時，我們在三年級開展了一項制作二十四節氣轉盤的活動。在這項活動里，教師采用循序引導的方法，富有章法地培養了學生的設計思維。首先，教師出示提前為每個小組準備好的五套模板：最小的空白圓形紙板、四等分的圓形紙板、十二等分的圓形紙板、二十四等分的圓形紙板、最大的圓形空白紙板，這些紙板均需在圓心處打好孔的標記；另外還需要一個工字釘，用于扎圓心處的孔。小組自備的是：一張卡紙、一個兩腳釘、一套彩鉛或者淺色馬克筆。

接下來，教師提問學生：“二十四節氣在轉盤圖里是怎樣分布的？為什么要分四等分、十二等分、二十四等分圓形的紙板？這些等分怎樣制作出來？”通過師生交流，學生認識到：在轉盤圖里二十四節氣分布在360°的一個圓周里面，嚴格區分每15°代表一個節氣，每90°代表一個季節；四等分代表四個季節，四個等分是通過畫出兩條相互垂直的直徑確定出來的；十二等分代表十二個月份，每個月份有兩個節氣，分布在30°的圓周里，可以用量角器確定十二等分在圓周上的位置；二十四等分代表二十四個節氣，可以在十二等分的基礎上平均分就能得到二十四等分。

做好以上這些準備后，教師就可以引導學生進入設計環節了。教師提問：“在最小和最大的空白圓形紙板上可以分別設計一些什么內容呢？”經過討論交流后，每位學生能夠明確：在最小空白圓紙板上可以書寫二十四節氣歌；在最大空白圓紙板上可以進行書寫和繪畫，內容可以在二十四節氣與物候、二十四節氣與詩歌、二十四節氣與民俗、二十四節氣與美食中選擇；在設計繪畫時要符合事實，內容要與節氣或者季節相互對應，四季或節氣要與月份相對應，不同季節及對應的月份要用不同的顏色區分開來。

學生在經歷討論協商、確定方案、分工合作、完成作品、展示評價的過程中，豐富了關于二十四節氣傳統文化的認識，對二十四節氣的形成原因、習俗特色有了初步的了解。通過參與這項活動，學生的設計思維、動手能力、理解能力以及科學與數學相互融合的能力得到了增強。

再如，在教學教科版二年級上冊《椅子不簡單》時，教師首先設問：“你們觀察過身邊的椅子是什么樣的？”力圖引導學生關注椅子的結構，待學生回答后教師再拋出問題：“你們知道古人的椅子是什么樣的嗎？”引起學生的疑惑后，教師再播放“椅子的發展史”的視頻，讓學生初步意識到“人們為了滿足需要在不斷地改進椅子”。

在探索環節，教師采用展示圖片的方式，引導學生觀察不同的環境和需求，并推測出為什么用不同的材料制作椅子，以及制作出的椅子是給誰坐的。此問題力圖使學生認識到：設計師們在改進和設計這些椅子時，根據不同環境和人們對功能的需要，選擇了適合的材料，設計了相應的結構。

有了這些認識基礎之后，教師才帶領學生進入設計環節的教學，提出了讓學生改進或設計一張椅子的任務。在這個環節，教師分四步訓練學生的設計思維：第一步，播放日本制作的《啊，設計》視頻給學生觀察，以此激發其設計創意；第二步，創設出對自己的辦公椅的功能不太滿意的情境，并在圖紙上畫出了改進的想法，以此為學生提供示范；第三步，引導學生先思考自己對身邊的什么工具不滿意？它哪里不夠好？自己想用什么材料改進？改好后給誰用？然后再把自己的想法畫在紙上；第四步，讓學生展示自己的設計成果，并描述設計思路；第五步，教師以《新型材料制作的新功能的椅子》視頻拓展、提升學生的認識，進一步激發學生的創造思維。如此教學，一步步由淺入深地引導學生不斷思考，提高學生的設計思維能力和動手操作能力。

2.跨學科的整合。

“技術與工程”領域的教學還可以與其他學科進行有機整合。例如，教師可以將科學、美術、數學、信息科技等學科知識融入“技術與工程”教學中。通過跨學科的整合，可以增強學生對科學知識的理解和應用能力。

在我校六十周年校慶之際，我們科學學科的教師曾經結合優秀的傳統花燈文化，整合學生在美術、信息科技等學科所學的知識，在五年級科學課堂上開展了“制作校慶走馬燈”的科學實踐活動，并組織各班學生進行“頭腦風暴”，用自己的方式將班級的制作活動以及制成品向全校展示。

首先，教師向學生簡單介紹走馬燈的用途以及本次實踐活動的目的：“今年是我們學校建校六十周年。為了表達對學校的美好祝愿，我們將要制作一盞校慶走馬燈，把對學校的感恩和熱愛在這盞小小的簡易走馬燈上展示出來?！币源俗寣W生明白這次技術與工程活動的目的，提高他們的參與興趣。

其次，播放一組有關走馬燈科學原理的動態圖給學生觀看，引導學生分析走馬燈的組成部分以及工作原理。接著，教師利用多媒體課件介紹制作走馬燈需要的材料及制作步驟。在自由分組時，教師提醒學生關注組員的特長，組內要有善于書寫繪畫的1～2人，長于動手操作的2～3人；提示學生在燈壁上設計構圖時，可以選擇學校里開展過的一些活動，如啦啦操比賽、跳大繩比賽、“童友杯”足球賽、“同夢杯”籃球賽等，也可以選擇校園的四季美景作為題材，要求圖案內容可以表達對學校的熱愛和感恩，或者是美好的祝愿。

然后，學生利用教師提供的工具和材料，按照制作步驟，分工合作，進行制作、調試和改進。當一盞盞走馬燈或搖搖晃晃，或穩穩當當地轉動起來時，學生的歡呼聲此起彼伏，驕傲之情溢于言表。那些經過多次調試，走馬燈仍沒轉動起來的小組，也不會沮喪泄氣，他們甚至將走馬燈半成品帶到課后繼續調試，直到小組成員都滿意為止。

在整個實踐活動的過程中，學生需要提出問題、設定目標、制訂計劃、選擇材料和工具，并進行實際操作和測試。這樣的活動不僅培養了學生動手實踐能力，還提高了他們的創新思維和解決問題的能力。同時，科學與書法、美術、信息科技等跨學科融合，有力地促進了工程與技術領域教學的完成。

3.項目式學習的推行。

在“技術與工程”領域的教學中，項目式學習是一種有效的教學策略。教師可通過給學生創設一個真實的問題或挑戰，讓他們進行研究、設計和制作，最終呈現自己的成果。在項目式學習中，學生需要主動參與并承擔責任，培養解決問題和團隊合作的能力。

例如，我校與北京師范大學教育學部合作的基于WISE平臺的自主探究項目之一《探秘太陽灶》，是一個4課時的學習內容。1～2課時，學生的主要任務是制作“太陽灶”。我們首先展示太陽灶的圖片和視頻，利用WISE平臺，引導學生對太陽灶形成初步概念。而后，在學習完制作過程的視頻之后，我們讓學生以小組為單位選擇材料，開始小組合作制作太陽灶，并根據平臺中的測試方法開展測試。學生記錄溫度計上每分鐘的讀數，填寫實驗記錄單。最后，我們利用平臺上匯總的所有小組的測試結果，進行分享與反思，為太陽灶加熱效果最好的小組兌現獎勵，并請他們分享經驗和心得。

3～4課時的主要任務是基于WISE平臺，利用平板電腦，采用自主探究的學習模式，學習太陽灶原理。學生先通過平臺上展示的動畫理解太陽輻射、能量轉化、反照率等概念，然后再借助平臺上的仿真模擬實驗，探究改變密封材料等條件時太陽灶內溫度隨時間的變化，進行仿真模擬對比實驗。接著，學生仿照平臺上小明的太陽灶改進方案，結合上節課測試的結果，對自己小組的太陽灶提出改進方案，包括問題提出、假設和實驗設計。最后，在總結和回顧的環節，教師總結太陽灶的工作原理，同時引導學生分享太陽灶的改進方案并進行總結反饋，強調控制單一變量的實驗思想。

《探秘太陽灶》項目以“如何放大太陽能量”為核心問題，以小組為單位開展活動，共同制作并測試太陽灶的加熱效果，借助平臺動畫理解太陽灶的工作原理，提出改進方案，將微觀世界中的太陽輻射以動態、直觀的方式呈現出來，幫助學生更好地理解太陽輻射使物體溫度上升的過程，促進了學生的工程思維和科學思維的發展。

綜上所述，小學科學課程中“技術與工程”領域的教學實踐對學生的綜合素質發展和創新能力培養具有重要意義?？茖W教師應積極探索有效的教學策略，引導學生進行設計思維和實踐操作，培養他們的創新思維和解決問題的能力。