謝燕珍

【摘要】 ?時(shí)代在變，新事物、新行業(yè)、新需求層出不窮，社會(huì)對(duì)創(chuàng)新人才的需求日益增大，科學(xué)教育要迎合社會(huì)發(fā)展的需要，教師要有翻轉(zhuǎn)課堂的能力，因此把STEM與科學(xué)探究融合起來，培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)意識(shí)、問題解決、技術(shù)運(yùn)用、科學(xué)探究等核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生能夠“帶走”的能力，是每一個(gè)科學(xué)老師刻不容緩的責(zé)任。

【關(guān)鍵詞】 ?工程技術(shù) 科學(xué)探究 滲透

【中圖分類號(hào)】 ?G623.9 ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 ?A ? 【文章編號(hào)】 ?1992-7711（2019）09-174-02

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國(guó)家2017版科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂，首次把工程技術(shù)納入科學(xué)教學(xué)中，但現(xiàn)狀是教學(xué)中工程技術(shù)理念的滲透不夠：也沒有完善的操作指引和評(píng)價(jià)指標(biāo)、行動(dòng)的策略，加上一線老師的工作量大，教學(xué)負(fù)擔(dān)重，也存在重視不夠的情況;而學(xué)生的年齡、心理及動(dòng)手能力欠缺、也缺少對(duì)產(chǎn)品與使用性能關(guān)聯(lián)、改進(jìn)的反思;通過查找百度、維普資訊、數(shù)據(jù)庫(kù)“讀秀”等網(wǎng)站及相關(guān)文獻(xiàn)資料，工程技術(shù)與小學(xué)科學(xué)學(xué)科的融合很少，基于此，我們開展了在科學(xué)學(xué)科教學(xué)中滲透工程技術(shù)理念與方法的研究。

在實(shí)際的研究中：我們以學(xué)生作品為載體，采用5E教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，對(duì)比設(shè)計(jì)前后思路的不同，讓學(xué)生更好把科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)環(huán)境與數(shù)學(xué)四體合一，能從規(guī)劃性、實(shí)踐性、科學(xué)性、系統(tǒng)性與創(chuàng)新性等多角度進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作、反思作品改進(jìn)提高，達(dá)到創(chuàng)新解決實(shí)際的問題去檢測(cè)評(píng)價(jià)模板的成效;并以工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制作為主線，把工程技術(shù)課程目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容融合在小組的探究活動(dòng)中，探討如何滲透工程技術(shù)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)前后的對(duì)比和作品的制作、修改完善，促進(jìn)學(xué)生的工程素養(yǎng)的提高，并為一線教師的教學(xué)提供可行的教學(xué)案例、參考和借鑒，初步形成小學(xué)科學(xué)教學(xué)中實(shí)施工程學(xué)教學(xué)的策略模式;努力開發(fā)“工程技術(shù)”的學(xué)習(xí)資源，（包括探究小報(bào)告、學(xué)生設(shè)計(jì)圖、制作作品等），建立基于中小組活動(dòng)的評(píng)價(jià)體系。提高學(xué)生工程技術(shù)素養(yǎng)，不但評(píng)價(jià)學(xué)生參與性、也評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、系統(tǒng)性與創(chuàng)新性及解決實(shí)際問題可行性等過程性的評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高。

我們研究?jī)?nèi)容主要有兩點(diǎn)：1、以高年級(jí)科學(xué)教材中涉及的工程技術(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容為載體，分列實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制作、再設(shè)計(jì)及進(jìn)一步修改作品等活動(dòng)，在活動(dòng)中收集學(xué)生的活動(dòng)數(shù)據(jù)，通過客觀評(píng)價(jià)不同組的學(xué)生水平，初步形成適合小學(xué)高年段科學(xué)探究與工程技術(shù)滲透的活動(dòng)模式。2、檢測(cè)科學(xué)探究與工程技術(shù)滲透評(píng)價(jià)模板的成效。依據(jù)學(xué)生、教材情況擬以海珠區(qū)小學(xué)為例進(jìn)行如下的活動(dòng)：A、開展問卷調(diào)查，掌握活動(dòng)前學(xué)生、老師工程技術(shù)素養(yǎng)層次，經(jīng)過研究活動(dòng)之后達(dá)到的層次;B、把小學(xué)科學(xué)的教材梳理出與工程技術(shù)有關(guān)的活動(dòng)如下：《做個(gè)生態(tài)瓶》、《做個(gè)太陽(yáng)能熱水器》、《設(shè)計(jì)制作小賽車》、《造一艘小船》、《設(shè)計(jì)制作一個(gè)保溫瓶》，《做一個(gè)一分鐘計(jì)時(shí)器》、《做一個(gè)鐘擺》、《用紙?jiān)煲蛔皹颉薄?、《怎樣放得更大”》等，在具體的教學(xué)研究中學(xué)習(xí)借鑒美國(guó)新標(biāo)準(zhǔn)中的科學(xué)與工程實(shí)踐的研究策略：提出（科學(xué)）問題，描述（工程）問題;創(chuàng)設(shè)和使用模型;計(jì)劃和實(shí)施研究;分析和解釋數(shù)據(jù);運(yùn)用數(shù)學(xué)和計(jì)算思維;建構(gòu)（科學(xué)）解釋和設(shè)計(jì)（工程）解決方案;依據(jù)證據(jù)進(jìn)行辯論;信息的獲取、評(píng)估和交流。C、進(jìn)行抽樣追蹤：跟蹤學(xué)生模擬設(shè)計(jì)、動(dòng)手制作和作品改進(jìn)的前后差異，獲取學(xué)生動(dòng)手制作能力、工程素養(yǎng)提升的證據(jù)，記錄收集原始數(shù)據(jù)，整理形成適合小學(xué)高年段科學(xué)教學(xué)中實(shí)施工程學(xué)教學(xué)的策略模式的文字資料。

一路走來，我們?yōu)⑾铝诵难?，也收獲良多：

一、促進(jìn)了師生的良性互動(dòng)，學(xué)生實(shí)證意識(shí)、科學(xué)探究、工程素養(yǎng)、反復(fù)調(diào)試能力等大大提高！老師把學(xué)生的情況作為研究的切入點(diǎn)，做到課堂有理可依，教與學(xué)相得益彰！如“做紙橋”的教學(xué)中，由最初站不穩(wěn)的紙橋，改進(jìn)后可以承重95本科學(xué)書！六年二班王梓泓的分享這樣寫：修改后的紙橋由橋面和支架組成，支架由六個(gè)平面倒三角形組成，每一個(gè)都與旁邊的兩個(gè)交叉、相連扣緊，并且每一個(gè)小三角形的邊上都留出一小段紙棒用來粘貼，這樣大大提高了橋的穩(wěn)定性，又減少了支架斷開、脫落的風(fēng)險(xiǎn)和因支架過度承重導(dǎo)致橋面變形的幾率;在《設(shè)計(jì)制作一個(gè)保溫杯》教學(xué)中，調(diào)查顯示超過43%的同學(xué)都采用錫紙包在外層進(jìn)行保溫，但實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：包上錫紙的保溫杯，它的溫度比不包的觀察杯還低，這樣的結(jié)果顯然是出乎意料的！真正的科學(xué)不是想當(dāng)然，而是在實(shí)踐中……摘錄其中的實(shí)驗(yàn)：

在實(shí)驗(yàn)開始的1小時(shí)05分內(nèi)，5個(gè)實(shí)驗(yàn)組都降溫較快，特別是2號(hào)（不做任何保溫處理）在實(shí)驗(yàn)開始后3小時(shí)內(nèi)從81℃快速降到28℃左右，另外3組（分別做了不同包裹保溫處理）降溫速度較慢，基本從55℃降為35℃之間，其中4號(hào)（木棉花花絮加塑料瓶）的保溫效果最好，溫度在40℃。相較于2號(hào)（不做任何保溫處理）高12℃。學(xué)生寫道：我們發(fā)現(xiàn)包裹木棉花花絮和塑料瓶的保溫效果最佳， 錫紙不能起到保溫效果，反而會(huì)加速熱量流失，這個(gè)完全顛覆了我們?cè)瓉淼恼J(rèn)知！這是多么珍貴的感悟！

二、為學(xué)生科學(xué)分享提供了可操作的證據(jù)，孩子們有機(jī)會(huì)把自己的設(shè)計(jì)意圖、修改提高及困惑在小組、班級(jí)、紅領(lǐng)巾廣播去分享，既鍛煉參與其中的學(xué)生，又讓更多的同學(xué)得到啟發(fā)，由點(diǎn)帶面形成崇尚科學(xué)、追求親歷的良好氛圍，已有謝欣、周凱莉、王梓泓、黃嘉慧、黃嘉楊、邱子豪、葉超穎、曾銘彥、麥璟彤、徐立煦、張浩源、余俊學(xué)、梁棟、龐褚璋、范文韜、馮子桓等多位同學(xué)都做了全校的分享，上交的優(yōu)秀小報(bào)告27份。

三、課題研究采用5E教學(xué)模式（課前任務(wù)→探究質(zhì)疑→設(shè)計(jì)分享→實(shí)驗(yàn)取證→修改提高→整理評(píng)價(jià)），“教”與“研”落到實(shí)處，5E教學(xué)模式應(yīng)用在科學(xué)探究與工程技術(shù)融合3的教學(xué)中效果令人驚喜！如保溫杯的教學(xué)中，課堂著力解決設(shè)計(jì)與應(yīng)用、創(chuàng)意表達(dá)的問題，以解決問題能力培養(yǎng)為核心，學(xué)習(xí)不該只是設(shè)計(jì)做出一個(gè)保溫杯，而是應(yīng)該主動(dòng)參與社會(huì)，服務(wù)人類，教學(xué)中拋出兩個(gè)問題：1、針對(duì)小孩子不愛喝開水，愛喝對(duì)健康不利的飲料，如何修改設(shè)計(jì)，做出讓人喜歡喝水的保溫杯？2、小寶寶餓了要喝奶時(shí)，水溫要么過高或過低，怎樣設(shè)計(jì)出水溫剛好可以隨時(shí)沖調(diào)奶粉的保溫杯？在參與的環(huán)節(jié)，提前向?qū)W生布置任務(wù)，要求把設(shè)計(jì)圖和成品帶回課堂分享、登記作業(yè)，這樣有效避免部分學(xué)生偷懶游離活動(dòng)之外，學(xué)生利用家里找到的材料的去嘗試反而在課堂上呈現(xiàn)更多的材料，通過設(shè)計(jì)分享、保溫效果的實(shí)驗(yàn)取證及修改，能更好加深學(xué)生對(duì)熱傳導(dǎo)知識(shí)的掌握，要做保溫杯，既要綜合考慮裝水部分材料的安全性，又要考慮包裹材料散熱慢達(dá)到保溫的目的，在活動(dòng)中，他們的思維、動(dòng)手、動(dòng)腦能力得到很大提高，分享交流環(huán)節(jié)中體驗(yàn)自信和成功的喜悅！課后更愿意把保溫杯的研究深入下去。體現(xiàn)了以解決問題能力培養(yǎng)為核心、勇于探索、重視實(shí)踐操作的STEM教育與我國(guó)新一輪教育改革的理念相吻合，在真實(shí)的動(dòng)手動(dòng)腦中，學(xué)生對(duì)熱傳導(dǎo)的掌握、不同材料的導(dǎo)熱性能理解深刻！真正明白用來做保溫的材料應(yīng)選用熱的不良導(dǎo)體，這比任何的口頭說教或書本的描述來得真實(shí)可靠！讓學(xué)生懂得設(shè)計(jì)的產(chǎn)品要能用，實(shí)用，可行操作，能解決真實(shí)的問題1。這是新課程標(biāo)準(zhǔn)的重要精神之一。也是工程技術(shù)的魅力所在！經(jīng)過修改，學(xué)生們的設(shè)計(jì)有的加裝溫度計(jì)方便控溫迎合嬰兒沖奶需求，有的設(shè)計(jì)考慮卡通吸引孩子喝水等等，如果真能設(shè)計(jì)出符合使用的保溫杯，也算是功德一件！反復(fù)的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)5E的模式可以有效推進(jìn)科學(xué)與STEM的有機(jī)融合。（看附件3：STEM融合科學(xué)探究特色課例、附件4：不同材料保溫效果科學(xué)小星星研究）

四、較好地培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)和主動(dòng)探索的精神，學(xué)生的奇思妙想五花八門又各具特色！，他們手腦俱進(jìn)，學(xué)習(xí)熱情高漲，我欣喜的發(fā)現(xiàn)學(xué)生的工程意識(shí)有了較好的提高，制作的熱情高漲，學(xué)到相關(guān)科學(xué)知識(shí)就忍不住想要自己找材料來嘗試做放大鏡，相信學(xué)生在此過程中有很多發(fā)現(xiàn)，并經(jīng)歷多次的調(diào)整修改，這正是當(dāng)下教育倡導(dǎo)的提高學(xué)生的工程素養(yǎng)，解決實(shí)際問題所必須的！課題研究還促進(jìn)了學(xué)生的分析理解能力，如常用的螺絲刀，都知道用它來擰進(jìn)或拔出釘子，不會(huì)徒手操作，說明它省力，但學(xué)生的圖示卻是費(fèi)力的！問題出在哪？提供木板、釘子和螺絲刀讓學(xué)生去操作，與徒手操作比較，終于發(fā)現(xiàn)是杠桿的基礎(chǔ)沒過關(guān)，沒找準(zhǔn)三點(diǎn)（支點(diǎn)、動(dòng)力點(diǎn)、阻力點(diǎn)）和兩臂（動(dòng)力臂和阻力臂），導(dǎo)致明明省力的變成了費(fèi)力，錯(cuò)誤的理解違背了事實(shí)，所以，在教學(xué)中，利用事實(shí)證據(jù)幫助學(xué)生去分析發(fā)現(xiàn)：螺絲刀的支點(diǎn)應(yīng)在最前的尖端，阻力點(diǎn)是卡住鐵釘?shù)陌疾畚?，?dòng)力點(diǎn)就是人手接觸的地方，由于操作時(shí)旋轉(zhuǎn)的，從橫切面看，這三個(gè)點(diǎn)可以看成了大小不同的圓環(huán)套在一起，支點(diǎn)就是圓心，大環(huán)上任何點(diǎn)都是動(dòng)力點(diǎn)，小環(huán)上的點(diǎn)就是阻力點(diǎn)，即同心大圓和小圓的半徑分別是動(dòng)力臂和阻力臂，可以看出，大圓半徑是小圓半徑的好多倍，因此操作起來非常的省力，馬路邊的水龍頭和司機(jī)方向盤，道理都一樣;而制做放大鏡時(shí)，學(xué)生最初想到徒手對(duì)焦放大鏡，到利用硬卡紙，依鏡大小裁剪卷成紙筒，剛好包住放大鏡，再剪出紙條做成紙環(huán)套在紙筒上，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的放大鏡就做成了，關(guān)鍵是隨時(shí)可拆、可組裝，用來觀察細(xì)小的物體效果良好！中山大學(xué)研究生導(dǎo)師、小課題研究開拓者費(fèi)倫猛教授《怎樣做小課題研究》一書中這樣表述：……小課題研究著力塑造教師自內(nèi)而外的自主研發(fā)行為，是一種“研究投入較小”2可操作強(qiáng)的方式，強(qiáng)調(diào)研究材料要來自生活，學(xué)生熟悉，易找易做，真正體現(xiàn)投入小而收獲大，制作及實(shí)驗(yàn)更易成功，收到很好的教學(xué)效果。這樣的學(xué)習(xí)，才能幫助學(xué)生理解工程技術(shù)在生活中的應(yīng)用，STEM滲透科學(xué)探究才扎實(shí)有效，更能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)、磨煉他們經(jīng)受失敗、不畏困難的意志，這是當(dāng)今社會(huì)人才培養(yǎng)所必需的……

五、我們的研究還在繼續(xù)，深度、廣度都不夠，開發(fā)的教學(xué)素材有待完善，科學(xué)探究與STEM融合的情況也不理想，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：有的內(nèi)容老師們很少去落實(shí)。如：設(shè)計(jì)制作一個(gè)保溫杯僅僅占1%左右！其中《造一艘小船》、《設(shè)計(jì)制作一個(gè)保溫瓶》，《用紙?jiān)煲蛔皹颉薄?、《怎樣放得更大”》已?jīng)做了課堂的公開教研，下一步要加快進(jìn)度，力求積累更多的資料，為研究積累更多的原始證據(jù)，用數(shù)據(jù)說話，希望研究收到好的效果。

（課題編號(hào)：GDXKT16949）

[ 參 ?考 ?文 ?獻(xiàn) ]

[1]小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].57 -58. 北京師范大學(xué)出版社.

[2]費(fèi)倫猛.如何做小課題研究[J].小課題研究有哪些特性，2011，（01）：1-4 世界圖書出版社.

[3]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開放教育研究，2015，（04）：13-22.