楊曉娟

【摘要】工程技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計，工程是運用科學(xué)和技術(shù)進行設(shè)計、解決實際問題和制造產(chǎn)品的活動。本課例的開發(fā)目的在于引導(dǎo)學(xué)生從生活中遇到的實際問題出發(fā)，將科學(xué)原理與技術(shù)進行巧妙的融合，引導(dǎo)學(xué)生在頭腦中的表象運作指導(dǎo)下完成手眼協(xié)調(diào)的操作過程。

【關(guān)鍵詞工程技術(shù) ?便攜式干鞋器

【中圖分類號】G623 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）09-0250-02

本課選自教科版《科學(xué)》四年級下冊第一單元《電》最后一課。

從認識論角度來看本課：以學(xué)生在戶外運動時遇到的真實問題（唯一攜帶的鞋被弄濕，需要快速干鞋）引入，通過對市售干鞋器（電熱干鞋器）的調(diào)研——安全性、速干性和便攜性都無法滿足消費者的需求，從而產(chǎn)生發(fā)明一個新型便攜干鞋器的需求。支撐這項發(fā)明的科學(xué)原理正是學(xué)生們所學(xué)習(xí)的關(guān)于加速水份蒸發(fā)的知識，以及電路連接方法的應(yīng)用。在這個過程中學(xué)生的認識實現(xiàn)了兩次倒轉(zhuǎn)，第一次是利用已有生活經(jīng)驗解決生活問題的倒轉(zhuǎn)（在戶外如何解決快速干鞋），第二次倒轉(zhuǎn)是利用已有知識去設(shè)計制作技術(shù)實物的倒轉(zhuǎn)（水份蒸發(fā)和電路連接的綜合應(yīng)用設(shè)計制作便攜式干鞋器）。經(jīng)歷了兩次倒轉(zhuǎn)后，學(xué)生的已有經(jīng)驗和知識均被喚醒，真正實現(xiàn)了科學(xué)原理和技術(shù)發(fā)明的鏈接。

從方法論角度來看本課：技術(shù)的對象是客觀實體，是在對客觀實體認識的基礎(chǔ)上，對各種實體的表象進行組合改造。本課由加速蒸發(fā)的方法（加熱、風(fēng)吹、干燥空氣）之——風(fēng)吹法為突破口，引導(dǎo)學(xué)生深入討論影響風(fēng)吹法速干鞋子的影響因素（風(fēng)速、蒸發(fā)面積、通風(fēng)環(huán)境），基于此打開設(shè)計思路，對各種開放性材料進行改造和重組最終達成速干、便攜目標。在這個過程中學(xué)生既經(jīng)歷了對便攜式干鞋器結(jié)構(gòu)的設(shè)計也經(jīng)歷了對技術(shù)實物加工流程的設(shè)計，形象思維方法貫穿設(shè)計過程始終。

一、教學(xué)背景分析

1.課標分析

2017版《小學(xué)科學(xué)課程標準》關(guān)于科學(xué)、技術(shù)和工程的關(guān)系是這樣描述的：工程技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計，工程是運用科學(xué)和技術(shù)進行設(shè)計、解決實際問題和制造產(chǎn)品的活動。其中，明確指出3-4年級學(xué)生所要達成的學(xué)習(xí)目標是知道工程設(shè)計的基本步驟包括明確問題、確定方案、設(shè)計制作、改進完善等。針對一個具體的任務(wù)，按照設(shè)計的基本步驟來設(shè)計一個產(chǎn)品或完成指定的任務(wù)。對自己或他人設(shè)計的想法、草圖、模型等提出改進建議，并說明理由。

2.教材分析

本課的設(shè)計源于學(xué)生生活情境中遇到的實際問題（如何在戶外實現(xiàn)快速干鞋），需要學(xué)生綜合應(yīng)用蒸發(fā)（加速水分蒸發(fā)的方法：加熱、風(fēng)吹、干燥空氣）和電路（串并聯(lián)電路的特點和連接方式）的科學(xué)原理來解決。因此，將本課安排在學(xué)生學(xué)習(xí)了三（下）《水和水蒸氣》、四（下）《不一樣的電路連接》后，于教材四（下）《電》單元最后一課教授。

3.學(xué)情分析

本課重點關(guān)注通過對學(xué)生技術(shù)教育因素的培養(yǎng)提升學(xué)生問題的解決能力。為了解學(xué)生真實的認知水平，教師課前做了調(diào)查、訪談：

知識基礎(chǔ)：通過三（下）《溫度與水的變化》單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠說出加快水蒸發(fā)的方法。通過四（下）《電》單元的學(xué)習(xí)，能夠區(qū)別串聯(lián)和并聯(lián)電路是兩種不同的電路連接方法。但這些知識大部分是零散的，在遇到實際問題時，學(xué)生缺乏對所學(xué)科學(xué)原理的整合，缺乏綜合運用知識解決實際問題的能力。

設(shè)計基礎(chǔ)：由于“工程與技術(shù)”領(lǐng)域在新課標頒布之前一直沒有涉及，學(xué)生缺乏設(shè)計方面的經(jīng)驗：空間想象能力不足，頭腦中構(gòu)思的技術(shù)實物不能很好的轉(zhuǎn)化為設(shè)計圖，導(dǎo)致依圖制作時圖物不符;設(shè)計方面沒有全局觀念，只關(guān)注技術(shù)物（干鞋器）的局部結(jié)構(gòu)，不能整體考慮技術(shù)物的功能，導(dǎo)致設(shè)計制作的技術(shù)物功能性和穩(wěn)定性都不能達到理想的效果。

制作基礎(chǔ)：本次教學(xué)中使用的材料和工具雖然大都是生活中常見的，但是學(xué)生在選擇恰當?shù)墓ぞ邔Σ牧线M行加工以解決生活實際問題的經(jīng)驗相對不足。

二、教學(xué)目標及重點、難點

科學(xué)知識目標：綜合運用水的蒸發(fā)、電路連接等方面知識，設(shè)計制作便攜式干鞋器;了解干鞋器的各部分組成及作用;在設(shè)計過程中了解簡單結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素;在制作過程中體會工具的使用技巧，探尋使作品符合要求的有效方法。

科學(xué)探究目標：通過設(shè)計制作便攜式干鞋器的活動，嘗試將所學(xué)的科學(xué)知識與實際問題相結(jié)合，提高動手操作能力及分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)造能力。

科學(xué)態(tài)度目標：經(jīng)歷設(shè)計制作便攜式干鞋器的過程，體驗這一過程中遇到的困難，感受解決問題之后獲得的喜悅。

科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境目標：了解并意識到人類對產(chǎn)品的改進以適應(yīng)自己不斷增加的需求;了解人類的需求是影響科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

教學(xué)重點：設(shè)計制作便攜式干鞋器

教學(xué)難點：有目的地進行設(shè)計，能根據(jù)設(shè)計圖的信息，合理選擇材料與工具，并在制作過程中發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整與修改設(shè)計圖。

三、教學(xué)過程設(shè)計及評析

（一）聚焦問題

近幾年有一項運動特別火爆——戶外徒步，在享受運動快樂的同時也難免遇上這樣的尷尬（出示PPT：你的旅行箱里唯一的鞋被弄濕了），通常你們是怎么處理的？

在解決戶外快速干鞋的問題時，你們覺得哪種方法更實用更可行呢？（頭腦風(fēng)暴產(chǎn)生可行的解決方案）

如何利用風(fēng)吹法設(shè)計制作一款便攜式干鞋器？這節(jié)課，我們一起設(shè)計制作一款便攜式干鞋器。（板書：設(shè)計制作便攜干鞋器）

【設(shè)計意圖】從認識論看，技術(shù)是滿足某種需求符合技術(shù)目的的操作流程形式。表現(xiàn)在設(shè)計制造過程是由需求出發(fā)，從而產(chǎn)生技術(shù)目標（觀念中的技術(shù)物）。教師以戶外徒步這樣一個學(xué)生們熟悉的生活場景引入，以弄濕鞋子后解決快速干鞋的問題聚焦，更容易喚醒學(xué)生已有生活經(jīng)驗解決問題。

（二）引導(dǎo)設(shè)計

1.確認約束條件

（1）利用風(fēng)吹法干鞋，它的效果可能受哪些因素的影響？

（2）哪些材料的設(shè)計可以增大風(fēng)速？哪些材料的設(shè)計更利于增大蒸發(fā)面積？（PPT出示材料及工具，學(xué)生根據(jù)實際需要進行選擇）

（3）提出作品要求：速干、便攜。

2.設(shè)計草圖

（1）教師展示自己設(shè)計的干鞋器。在同學(xué)們設(shè)計之前，楊老師也想全方位展示一下自己的作品，同學(xué)們看看我的設(shè)計能否達成速干、便攜的目標。（生1：干鞋器設(shè)計得太大，不便攜。生2：風(fēng)扇的角度設(shè)計的不合理，只能吹到鞋子的側(cè)面，吹不到鞋里）

如何在你們的設(shè)計中突破這些設(shè)計缺陷呢？

（2）小組討論，確定最佳方案;完成設(shè)計草圖的繪制，嘗試描述設(shè)計思路。（學(xué)生認識上的第二次倒轉(zhuǎn)）

從第一組學(xué)生的設(shè)計圖中可以看出，學(xué)生的設(shè)計具有干鞋器的基本結(jié)構(gòu)（風(fēng)扇安裝面板、支架、供電裝置），但受鞋盒子的影響學(xué)生把干鞋器設(shè)計成全封閉的，使?jié)竦男犹幱谝粋€不通風(fēng)的環(huán)境中，這樣的設(shè)計實際上不利于速干目標的達成，因此在評價時教師需要引導(dǎo)學(xué)生對全封閉干鞋器的設(shè)計展開討論并提出改進建議。

第二組學(xué)生的設(shè)計就更加趨于合理，有意識的對風(fēng)扇吹鞋子的角度（通過增大蒸發(fā)面積加速水份蒸發(fā)）進行了設(shè)計，還兼顧了吹干襪子的功能。但是學(xué)生的初步設(shè)計都沒有考慮到便攜性，需要在匯報交流環(huán)節(jié)通過評價的方式改進設(shè)計。

通過本環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)學(xué)生之間的設(shè)計還是有差異的，因此自然過渡到下面環(huán)節(jié)：評價改進本組設(shè)計。

（3）評價改進設(shè)計圖（學(xué)生經(jīng)歷對干鞋器結(jié)構(gòu)設(shè)計）

以組為單位向其他同學(xué)介紹本組的設(shè)計，在觀察和交流的基礎(chǔ)上，對他人的想法、草圖等提出自己的意見和建議，并能取長補短，有針對性的對自己的設(shè)計進行改進。

從改進后的設(shè)計圖中可以看出，學(xué)生不僅關(guān)注到影響速干效果的各個因素（風(fēng)速、蒸發(fā)面積、通），還能通過可折疊和支架拼插的結(jié)構(gòu)設(shè)計來解決便攜的問題

【設(shè)計意圖】本課所體現(xiàn)的技術(shù)類型屬于科學(xué)原理應(yīng)用的技術(shù)，體現(xiàn)科學(xué)原理對技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)的指導(dǎo)作用。此環(huán)節(jié)屬于原理設(shè)計部分，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧水的蒸發(fā)和簡單電路串、并聯(lián)方法及原理，讓學(xué)生綜合運用已有的科學(xué)知識解決真實生活問題（如何設(shè)計便攜式干鞋器的結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)速干、便攜功能）。

（三）組織制作

1.引導(dǎo)學(xué)生進行制作前的思考（學(xué)生經(jīng)歷對干鞋器制作流程設(shè)計）

①制作干鞋器的面板（考慮鞋的尺碼、干鞋的數(shù)量、風(fēng)扇大小進行裁剪）②制作干鞋器的支架（考慮鞋面的高度、吹鞋的角度、通風(fēng)、可否折疊）③粘合面板與支架④并聯(lián)風(fēng)扇⑤安轉(zhuǎn)風(fēng)扇⑥測試

2.以小組為單位展開制作，制作過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計中不完善的地方，及時修改設(shè)計方案。教師深入各組巡視，進行基本技法的講解，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正與探討，做必要的指導(dǎo)。

【設(shè)計意圖】按照設(shè)計進行加工的過程，從人類技術(shù)化歷程看，至少經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段：一是以技巧為核心的動作技能階段;二是以設(shè)計為核心的智能技術(shù)階段。技術(shù)教育的過程體現(xiàn)在心智技能與動作技能結(jié)合的技術(shù)物設(shè)計制作過程。從方法論看，技術(shù)制作是頭腦中的表象運作指導(dǎo)下手眼協(xié)調(diào)的操作過程。

（四）展示評價

師：一項偉大的發(fā)明即將在我們課堂上誕生了，你們的作品如何打動在座的各位同學(xué)和老師，下面就請第一個設(shè)計師團隊登場。

1.以小組為單位進行作品展示，向其他同學(xué)介紹本組作品的功能、特色及創(chuàng)造性，也可介紹制作中遇到什么困難，是怎樣克服的，整個制作過程中有什么收獲、體會和感受等。

2.教師和學(xué)生共同對操作過程和作品質(zhì)量進行評價，最后學(xué)生根據(jù)評價指標對自己的作品進行打分。

【設(shè)計意圖】通過結(jié)構(gòu)設(shè)計與流程設(shè)計思路的的分享，初步建立設(shè)計思維模式;通過作品的展示與評價滲透工程設(shè)計批判性解決實際問題的思維方式。本環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生通過合理的流程設(shè)計和工具使用解決實際問題（如何在有限的時間依圖完成便攜式干鞋器的制作）。經(jīng)歷平面思維向立體思維的轉(zhuǎn)變，體驗簡單創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為技術(shù)實物的過程。

（五）拓展延伸

今天，我們經(jīng)歷了設(shè)計制作便攜式干鞋器過程，下節(jié)課我們將繼續(xù)對作品的實際干鞋效果進行測試，關(guān)于測試方法你們有什么想法？（生1：稱重比較干鞋器使用前后的效果;生2：在鞋表面畫上格子，計算格數(shù)比較）

【設(shè)計意圖】引導(dǎo)學(xué)生理解執(zhí)行制作過程中及完成后有必要對產(chǎn)品進行機能測試與調(diào)整。

四、教學(xué)反思

1.通過科學(xué)與技術(shù)工程問題的有效結(jié)合，幫助學(xué)生將零碎的知識轉(zhuǎn)變成有效解決實際問題的知識體系。

科學(xué)問題源于自然，源于對某一現(xiàn)象的疑問，如水在什么條件下會變成水蒸氣？技術(shù)工程學(xué)則源于需要解決的某個問題，例如怎樣讓鞋子速干？這兩個貌似不相同的問題，其本質(zhì)卻都是水的三態(tài)變化問題。本課的教學(xué)不是簡單地將科學(xué)與技術(shù)工程組合起來，而是以設(shè)計制作便攜式干鞋器這個活動為載體，把學(xué)生的零碎知識與機械學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的過程。

2.關(guān)注對學(xué)生設(shè)計思維能力的培養(yǎng)。

在設(shè)計制作便攜式干鞋器的實踐活動中，學(xué)生經(jīng)歷了兩次設(shè)計：結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作流程設(shè)計。通過學(xué)生認識上的兩次倒轉(zhuǎn)達成了對便攜式干鞋器結(jié)構(gòu)的設(shè)計（結(jié)構(gòu)的設(shè)計：首先，不同性質(zhì)的技術(shù)物需要不同的材料。其次，材料的形狀和各種形狀的材料構(gòu)建起結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)技術(shù)物的功能。最后，技術(shù)物的工作或驅(qū)動需要動力，本課主要是電力）。在團隊的協(xié)作中體驗制作流程的設(shè)計（①制作干鞋器的面板②制作干鞋器的支架③粘合面板與支架④并聯(lián)風(fēng)扇⑤安轉(zhuǎn)風(fēng)扇⑥測試）。綜上，學(xué)生在設(shè)計干鞋器的過程中始終在權(quán)衡與對比中達成對問題的最佳解決路徑，進而豐富和完善自身的設(shè)計思維層次;通過對對設(shè)計自身的不斷顛覆與重構(gòu)以促進思維的發(fā)展。

3.學(xué)生的技術(shù)體驗遵從技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。

技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)生的全過程是依目的進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計與生產(chǎn)流程設(shè)計，根據(jù)設(shè)計生產(chǎn)出產(chǎn)品，通過試驗進行評估與改進，再通過產(chǎn)品的應(yīng)用或使用，對產(chǎn)品的功能、效果進行評價 。 不同于以往對成熟技術(shù)產(chǎn)品的模仿，便攜式干鞋器的選題因?qū)W生實際生活的需要而產(chǎn)生，是一個能夠解決真實生活問題的技術(shù)產(chǎn)品。從最初的創(chuàng)意到結(jié)構(gòu)的設(shè)計，從結(jié)構(gòu)的設(shè)計到加工流程的設(shè)計，從設(shè)計轉(zhuǎn)化為技術(shù)產(chǎn)品，最后進行測試評價。學(xué)生的技術(shù)體驗完全沉浸在真實技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)的氛圍中。