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        科學(xué)探究與工程實(shí)踐在課堂中的整合

        2021-09-10 22:55:15曾美良王微娜
        科學(xué)與生活 2021年14期
        關(guān)鍵詞:新課標(biāo)科學(xué)工程

        曾美良 王微娜

        【摘要】基于新版《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中多次提及的“工程”理念,在科學(xué)課堂中,正確理解科學(xué)和工程的關(guān)系,通過創(chuàng)設(shè)基于工程的科學(xué)情境,以及項(xiàng)目化學(xué)習(xí)與跨學(xué)科教學(xué)模式,從而整合科學(xué)探究與工程實(shí)踐,真正落實(shí)科學(xué)新課標(biāo)理念,更好地培養(yǎng)學(xué)生工程思維和創(chuàng)新思維,促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。

        【關(guān)鍵詞】新課標(biāo);科學(xué);工程;項(xiàng)目學(xué)習(xí)

        一、基本概述

        “工程”(engineering)這個概念最早出現(xiàn)在美國。2011年美國的《K-12年級科學(xué)教育框架》提出科學(xué)和工程實(shí)踐,跨學(xué)科概念、學(xué)科核心概念,以及2013年制定的《新一代科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》,進(jìn)一步細(xì)化了工程教育這一概念以及相關(guān)的實(shí)踐指引。2017年初,我國教育部頒布了《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(簡稱“新課標(biāo)”),也多次出現(xiàn)“工程”一詞。

        在新課標(biāo)中,科學(xué)與工程的關(guān)系多以“科學(xué)探究”與“工程設(shè)計(jì)”出現(xiàn)??茖W(xué)探究在課標(biāo)中分為8個環(huán)節(jié):提出問題-作出假設(shè)-制定計(jì)劃-搜集證據(jù)-處理信息-得出結(jié)論-表達(dá)交流-反思評價(jià)。工程設(shè)計(jì),在課標(biāo)中出現(xiàn)在課程內(nèi)容也指出了基本步驟:明確問題-確定方案-設(shè)計(jì)制作-改進(jìn)完善。仔細(xì)分析,這二者并非矛盾也并非毫無關(guān)系。

        如今科學(xué)課堂不斷在改革與創(chuàng)新,如何在課堂上更好地整合科學(xué)與工程,在科學(xué)探究中,滲入工程理念,探究工程問題,是非常值得探討的一個問題。培養(yǎng)學(xué)生工程思維與能力,注重實(shí)踐與應(yīng)用,是真正實(shí)現(xiàn)有效科學(xué)課堂的一個重要手段。

        二、基于工程的科學(xué)情境,培養(yǎng)學(xué)生工程思維及能力

        科學(xué)課上,實(shí)驗(yàn)各式各樣,但往往許多實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上,都與工程缺乏聯(lián)系,甚至部分實(shí)驗(yàn)的“探究味”都不濃,2017年新版《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中“技術(shù)與工程”領(lǐng)域明確指出:科學(xué)的核心是發(fā)現(xiàn),工程技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì),工程是運(yùn)用科學(xué)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),解決實(shí)際問題和制造產(chǎn)品的活動。所以,科學(xué)課堂應(yīng)該把科學(xué)探究和工程設(shè)計(jì)聯(lián)系起來,只需教師在設(shè)計(jì)課堂時巧妙地創(chuàng)設(shè)一些情境將二者聯(lián)系上,讓學(xué)生一邊發(fā)現(xiàn)一邊創(chuàng)造,在設(shè)計(jì)與創(chuàng)造中,慢慢地發(fā)現(xiàn)更多科學(xué)原理和知識,解決實(shí)際問題,進(jìn)行工程思維及能力的培養(yǎng)。

        《白醋和小蘇打的反應(yīng)》這節(jié)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)課,但是多數(shù)課堂都是設(shè)計(jì)白醋和小蘇打在燒杯中反應(yīng),觀察現(xiàn)象,收集氣體,檢驗(yàn)氣體等環(huán)節(jié)。如果在課堂上,設(shè)置工程情境,完成白醋和小蘇打吹氣球的挑戰(zhàn)。那么學(xué)生需要思考如何吹起氣球?學(xué)生在了解白醋與小蘇打反應(yīng)后可以產(chǎn)生氣體這一原理后,教師提問借助礦泉水瓶,需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)小蘇打與白醋如何放入礦泉水瓶子?最終學(xué)生設(shè)計(jì)與制作,將白醋提前裝入水瓶中,小蘇打裝入氣球中,再把氣球套在瓶口,提起氣球時,氣球內(nèi)的小蘇打便能夠進(jìn)入瓶中與白醋發(fā)生反應(yīng),這是一個封閉的反應(yīng)環(huán)境,所以產(chǎn)生的氣體便能夠吹起氣球。另外,只需要把氣球小心拆下來,蓋好蓋子,便可以進(jìn)行檢測瓶內(nèi)的氣體的后續(xù)實(shí)驗(yàn)。這個設(shè)計(jì),很巧妙地把實(shí)驗(yàn)變成一個挑戰(zhàn),完成吹氣球的任務(wù),制作過程也培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和細(xì)心程度。這個實(shí)驗(yàn)變從原本簡單的實(shí)驗(yàn)室科學(xué)實(shí)驗(yàn),變成簡易任務(wù)、設(shè)計(jì)與制作的簡單工程問題。

        《污水與污水處理》一課變身污水處理競賽:各組制作一個污水凈化器。身邊常見材料:活性炭、石英砂、細(xì)沙、青草、紗布、餐巾紙、樹葉、明礬粉末、濾紙等材料供學(xué)生選擇,每組只能選擇其中6種材料,分層裝入空的過濾器中。學(xué)生首先要了解污水有哪些特點(diǎn)?污水處理的方法和流程,同時要清楚各種材料的作用與優(yōu)缺點(diǎn)。所以,學(xué)生在親自體驗(yàn)了污水凈化的困難之后,更能深切地感受環(huán)境污染帶來的弊端。于是這節(jié)便由以下環(huán)節(jié)構(gòu)成:討論自學(xué)→設(shè)計(jì)→制作→展示→改進(jìn)→工程創(chuàng)造。

        在小學(xué)科學(xué)課本中,還有許多相關(guān)實(shí)例,如在三年級磁鐵相關(guān)單元中,鼓勵學(xué)生運(yùn)用磁鐵性質(zhì)制作一個磁鐵玩具;五年級的制作太陽能熱水器課程;在六年級《抵抗彎曲》中,讓學(xué)生設(shè)計(jì)快遞物品的保護(hù)套等,此類課程在科學(xué)課堂中需要學(xué)生學(xué)會探究,如果加入相應(yīng)的工程情景,促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐和思考,有效地鍛煉學(xué)生工程思維及能力。

        三、項(xiàng)目化學(xué)習(xí)與跨學(xué)科教學(xué)模式,培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)

        項(xiàng)目式學(xué)習(xí)(PBL)是以項(xiàng)目作為驅(qū)動力,注重將離散的知識融合,使之形成結(jié)構(gòu)。而新課標(biāo)在實(shí)施建議中,也出現(xiàn)STEM這個詞,即科學(xué)(science)、技術(shù)(technology)、工程(engineering)、數(shù)學(xué)(mathematics),這是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式,有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。近年來,也由此延伸出STEAM(科學(xué)science、技術(shù)technology、工程engineering、藝術(shù)art、和數(shù)學(xué)mathematics),以及廣州提出的STEEN(科學(xué)science、技術(shù)technology、工程engineering、環(huán)境environment和自然nature)科學(xué)教育理念,都是倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式,其中科學(xué)與工程的聯(lián)系非常緊密,可見在科學(xué)課堂融合工程,可以更好地促進(jìn)科學(xué)課的結(jié)構(gòu)生成。

        2018年最新的教育科學(xué)出版社二年級上冊《科學(xué)》書中第二單元便可以整合成一個項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方案。以最后一課《做一頂帽子》為項(xiàng)目主體目標(biāo),在此課之前,學(xué)生通過學(xué)習(xí)《不同材料的餐具》《書的歷史》《神奇的紙》等課程,認(rèn)識了不同材料的特點(diǎn)及作用?!兑巫硬缓唵巍芬徽n認(rèn)識了許多物品需要多種材料制作完成。在本課中,教材提出“你能用不同材料做出不同功能的帽子嗎?”這個問題,明確“做帽子”的任務(wù),而且強(qiáng)調(diào)帽子的功能。接著以三個步驟引導(dǎo)學(xué)生:設(shè)計(jì)、選材料、畫草圖→量一量、做一做→帽子展示會。

        溫州市陳素平名師工作室研究項(xiàng)目成果《菜譜設(shè)計(jì)與制作》是一個非常典型的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)案例。該案例是科教版《科學(xué)》四年級下冊第三單元《食物》,通過整合《食物中的營養(yǎng)》《生的食物和熟的食物》《減慢食物變質(zhì)的速度》《營養(yǎng)要均衡》幾節(jié)課程,將學(xué)生的學(xué)習(xí)置于真實(shí)的生活情境,最終以“一周菜譜”的形式展示成果。

        此類項(xiàng)目學(xué)習(xí),便是很好地結(jié)合了科學(xué)、工程、數(shù)學(xué)甚至美術(shù)等學(xué)科知識,對于學(xué)生的綜合發(fā)展,培養(yǎng)發(fā)散思維能力非常有意義。

        四、結(jié)語

        2017版新課標(biāo)前言部分明確指出了科學(xué)素養(yǎng)的概念:“科學(xué)素養(yǎng)是指了解必要的科學(xué)技術(shù)知識及其對社會與個人的影響,知道基本的科學(xué)方法,認(rèn)識科學(xué)本質(zhì),樹立科學(xué)思想,崇尚科學(xué)精神,并具備一定的運(yùn)用它們處理實(shí)際問題、參與公共事務(wù)的能力?!?/p>

        新課標(biāo)第四部分“實(shí)施建議”中指出要“動手動腦做科學(xué)”,同時倡導(dǎo)“開展探究式學(xué)習(xí),但是不要把探究式學(xué)習(xí)作為唯一的科學(xué)學(xué)習(xí)方式?!边@些建議非常值得科學(xué)教師思考,將工程引入科學(xué)課堂,正是更好地促進(jìn)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)與跨學(xué)科學(xué)習(xí)非常好的方式。同時關(guān)注新課標(biāo)“技術(shù)與工程”領(lǐng)域理念,整合科學(xué)與工程,從原本在課堂中學(xué)習(xí)科學(xué)知識,改變?yōu)檫\(yùn)用科學(xué)知識,解決實(shí)際問題,進(jìn)而形成工程成果,真正實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的。

        五、參考文獻(xiàn):

        [1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育小學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[s].北京:北京師范大學(xué)出版社,2017.

        [2]郭貝妮.基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)-PBL-在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用[J].中國校外教育,2014(12):266

        [3]趙中建.在課堂中整合工程與科學(xué)[M].上海:上海科技教育出版社,2015

        [4]馬學(xué)軍.本土化詮釋科學(xué)教學(xué)理念[J].科學(xué)課,2016(5):卷首

        [5]邸澤民.當(dāng)科學(xué)課遇上項(xiàng)目學(xué)習(xí).中國教育新聞網(wǎng)-中國教師報(bào)

        【本文是廣州市增城區(qū)教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃(2017年度)課題《基于核心素養(yǎng)框架下學(xué)生工程思維及能力培養(yǎng)策略研究》(課題編號:ZC2017003)的階段性成果?!?/p>

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