江衛(wèi)園

本文以《設(shè)計(jì)布置房間照明電路》一課為例，討論科學(xué)、技術(shù)、工程的概念及三者之間的關(guān)系，并提出確定工程要素的方法，即在一節(jié)工程課中，學(xué)生應(yīng)該進(jìn)行基于科學(xué)的技術(shù)設(shè)計(jì)，并全面考慮施工過程的各種影響要素。最終，總結(jié)出工程課教學(xué)的設(shè)計(jì)方法。

問題的提出

2017年2月頒布的我國(guó)全日制義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)（1～6年級(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)首次把技術(shù)與工程領(lǐng)域作為一個(gè)獨(dú)立的領(lǐng)域提出來。以往由于技術(shù)與工程領(lǐng)域的內(nèi)容沒有明確在課標(biāo)中提出來，所以教師們關(guān)注得比較少，進(jìn)行深入研究的教師更是少之又少。也正因如此，很多教師并不清楚工程課的特點(diǎn)，也不會(huì)上工程課。

例如，在《簡(jiǎn)單電路》一課中，學(xué)生通過學(xué)習(xí)掌握了簡(jiǎn)單電路由電池、小電珠、導(dǎo)線、開關(guān)組成，當(dāng)閉合開關(guān)時(shí)，電能夠從正極出發(fā)經(jīng)過用電器流回到負(fù)極，形成回路，小電珠就亮了；通過連接串聯(lián)或并聯(lián)電路讓小電珠亮起來，并知道連接電路時(shí)導(dǎo)線需要按照電源正極—開關(guān)—用電器—負(fù)極的順序連接，為連接實(shí)際電路做好準(zhǔn)備；能夠根據(jù)需要畫出電路圖，如一個(gè)開關(guān)控制一個(gè)燈的亮滅、一個(gè)開關(guān)控制兩個(gè)或者兩個(gè)以上燈的亮滅等。

在以往的課堂教學(xué)中，課堂延伸環(huán)節(jié)時(shí)，教師通常會(huì)請(qǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)布置一個(gè)房間照明電路：1.出示一個(gè)紙盒子模擬需要布置照明電路的房間，并提出任務(wù)—請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)學(xué)到的電路知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)房間的照明電路；2.學(xué)生確定在房間中布置燈泡的個(gè)數(shù)和開關(guān)個(gè)數(shù)；3.指導(dǎo)學(xué)生按照簡(jiǎn)單電路圖連接電路，讓小電珠亮起來，然后將電路粘貼在紙盒子中。

教師普遍認(rèn)為這就是工程在科學(xué)課中的表達(dá)方式了。但這樣的理解正確嗎？工程課應(yīng)具備怎樣的特點(diǎn)？實(shí)施的策略又是什么？這些都是值得研究的問題。

工程課的特點(diǎn)辨析

出現(xiàn)上述課堂教學(xué)方式的主要原因在于教師們沒有弄清楚工程的概念及科學(xué)、技術(shù)、工程三者之間的關(guān)系，尤其是技術(shù)與工程之間的關(guān)系，直接將工程當(dāng)成了技術(shù)與模擬房間的簡(jiǎn)單拼湊，沒有考慮本課工程要素所涉及的內(nèi)容。

科學(xué)、技術(shù)、工程是既具有密切聯(lián)系又具有本質(zhì)區(qū)別的社會(huì)活動(dòng)。工程是科學(xué)要素、技術(shù)要素、經(jīng)濟(jì)要素、管理要素、社會(huì)要素、文化要素、制度要素、環(huán)境要素等多要素的集成、選擇和優(yōu)化。即工程包括科學(xué)要素、技術(shù)要素和其他要素。

如何確定一節(jié)課中的工程要素 對(duì)于小學(xué)階段的學(xué)生來說，像工程師那樣設(shè)計(jì)并完成一個(gè)復(fù)雜的工程是不現(xiàn)實(shí)的，但是教師可以在教學(xué)設(shè)計(jì)中，通過對(duì)工程要素的分解，確定小學(xué)生能夠理解、實(shí)踐的工程要素，并在課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生嘗試進(jìn)行工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐，使活動(dòng)體現(xiàn)出工程的味道。以“設(shè)計(jì)布置房間照明電路”一課的工程要素確定為例進(jìn)行說明。工程中涉及的各種要素，如上文提到的科學(xué)要素、技術(shù)要素、經(jīng)濟(jì)要素等屬于專有名詞，學(xué)生很難理解和掌握。對(duì)此，我們需要具體課例具體分析，根據(jù)活動(dòng)內(nèi)容去掉一些離學(xué)生比較遠(yuǎn)的內(nèi)容，并把一些適合學(xué)生理解的要素轉(zhuǎn)化為學(xué)生易懂的內(nèi)容或者詞匯?；诖耍覀儗ⅰ霸O(shè)計(jì)布置房間照明電路”一課的工程要素確定如下：

科學(xué)要素：在設(shè)計(jì)房間照明電路之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了正電和負(fù)電、電有正極和負(fù)極等相關(guān)知識(shí)；知道簡(jiǎn)單電路由電池、小電珠、導(dǎo)線、開關(guān)組成，當(dāng)閉合開關(guān)時(shí)，電能從正極出發(fā)經(jīng)過用電器流回到負(fù)極，形成回路，并能夠通過連接串聯(lián)或并聯(lián)電路讓小電珠亮起來；能夠根據(jù)需要畫出適合的電路圖，如一個(gè)開關(guān)控制一個(gè)燈的亮滅，一個(gè)開關(guān)控制兩個(gè)或者兩個(gè)以上燈的亮滅。

技術(shù)要素：將平面的線路圖在模擬房間內(nèi)轉(zhuǎn)化為立體的布線圖，開關(guān)和燈的位置要符合人的需要；按照布線圖的設(shè)計(jì)，將導(dǎo)線、開關(guān)、小燈泡和電池布置在模擬房間里，讓燈亮起來。

工程要素：在“設(shè)計(jì)布置房屋照明電路”的工程中，要把社會(huì)要素轉(zhuǎn)化為需要考慮人的需求、房間的功能等，再將經(jīng)濟(jì)要素轉(zhuǎn)化為線路的位置、選擇的材料、成本、安全等。同時(shí)，要讓學(xué)生理解，工程籌劃過程中考慮到的影響設(shè)計(jì)的要素越全面，設(shè)計(jì)得成功率就越高。由于不能給學(xué)生提供一個(gè)真實(shí)的房間進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此，我們提取了兩個(gè)最典型的、在課堂教學(xué)中能夠?qū)崿F(xiàn)的要素：施工問題和安全問題，這是房間照明電路工程中不可回避的兩個(gè)問題。因?yàn)榉块g照明電路的安全性直接影響居住者的安全，是工程的底線，施工問題決定著工程的快慢和成本。這兩個(gè)問題表現(xiàn)在照明電路的設(shè)計(jì)規(guī)范中，是這樣描述的：線路要走直線，拐直角彎，出回線路并排布置。

例談工程課的實(shí)施策略

怎樣在課堂教學(xué)中恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)施工問題和安全問題兩個(gè)工程要素呢？通過課堂實(shí)踐，最有效的方法就是利用“重演律”，帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷人類布設(shè)房屋照明電路的發(fā)展歷程，從而掌握正確規(guī)范的電路布設(shè)方法。

現(xiàn)實(shí)生活中規(guī)范的照明電路布置，不論是簡(jiǎn)單一些的電路，還是復(fù)雜的電路，都不是從來就有的。從愛迪生發(fā)明了電燈，人類就開始了布置照明電路的探索歷程。教師在教學(xué)中只是截取人們探索過程中的典型節(jié)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、歸納出照明電路的布設(shè)規(guī)范。

初步認(rèn)識(shí)技術(shù)的發(fā)展是為了滿足人的需要 通過讓學(xué)生找一找教室中開關(guān)和燈的位置，引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)燈裝在屋頂能夠使教室到處都亮起來，開關(guān)裝在門口邊上，是為了進(jìn)出門方便，從而意識(shí)到人們會(huì)根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)開關(guān)和燈安裝的位置。通過這種方式讓學(xué)生初步感受到設(shè)計(jì)的需求反映的是人的需求，人的需求沒有止境，技術(shù)的發(fā)展也就沒有止境，技術(shù)的發(fā)展是在不斷滿足人的需要。

建立科學(xué)與技術(shù)間的聯(lián)系 教師提出問題：看到開關(guān)能夠控制燈的亮滅現(xiàn)象，你認(rèn)為用到了我們學(xué)過的哪些科學(xué)知識(shí)？學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)這和學(xué)習(xí)過的簡(jiǎn)單電路一樣，閉合開關(guān)燈亮，打開開關(guān)燈滅。通過這個(gè)小問題，幫助學(xué)生建立科學(xué)知識(shí)和日常技術(shù)應(yīng)用之間的聯(lián)系，揭開照明電路神秘的面紗，同時(shí)認(rèn)識(shí)到復(fù)雜的照明電路的基本原理也是他們所熟悉的簡(jiǎn)單電路。

初步設(shè)計(jì)房間照明電路 學(xué)生依據(jù)在電學(xué)單元學(xué)到的科學(xué)知識(shí)和對(duì)房間照明電路的推測(cè)，初步在模擬房間中確定了燈和開關(guān)的位置，然后畫出了房間的照明電路。由于沒有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)了一些問題：在畫簡(jiǎn)單電路圖的影響下，學(xué)生連接開關(guān)和燈泡的電路導(dǎo)線也畫成了環(huán)形的閉合回路，這個(gè)回路從門邊的開關(guān)出發(fā)，沿著墻壁、房頂連接的燈泡上，然后途徑另一經(jīng)的墻壁、地面回到開關(guān)；有的學(xué)生設(shè)計(jì)了兩盞、三盞燈，線路不沿直線畫，出現(xiàn)了一面墻壁上有很多導(dǎo)線的現(xiàn)象等。教師此時(shí)并沒有否定學(xué)生的設(shè)計(jì)，而是請(qǐng)學(xué)生按照自己的設(shè)計(jì)完成一個(gè)照明電路。當(dāng)閉合開關(guān)的時(shí)候，燈亮了。孩子們看著自己的設(shè)計(jì)成果都高興極了。通過學(xué)生的設(shè)計(jì)可以看出：學(xué)生并沒有意識(shí)到自己設(shè)計(jì)的房間電路存在零亂現(xiàn)象，只是關(guān)注了燈能夠亮起來，而零亂的線路很有可能會(huì)帶來安全隱患。

引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到工程設(shè)計(jì)中的安全問題 教師將一個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)的走線零亂的電路展示給全體同學(xué)：現(xiàn)在我們開始裝修房子，這么大一面墻，我打算做一面照片墻，你愿意幫助老師進(jìn)行設(shè)計(jì)嗎？學(xué)生上來后遲遲不肯用釘子釘照片，原因是怕在釘照片的過程中碰到電線有危險(xiǎn)。教師追問：你認(rèn)為房間里的線路應(yīng)該怎樣布置呢？這時(shí)學(xué)生們開始意識(shí)到要靠墻的四周布置，走直線，拐直角彎……已經(jīng)考慮到設(shè)計(jì)房間照明時(shí)要注意用電的安全。工程的改進(jìn)是一個(gè)不斷完善的過程，而每一次的完善都是為了滿足人們的需要。在設(shè)計(jì)中教師通過創(chuàng)設(shè)情境，使學(xué)生明白了照明電路的走線要能滿足人們布置房間的需要，需沿著墻的四周鋪設(shè)，還要走直線、拐直角彎，這樣的設(shè)計(jì)還能使線路的布置更美觀、更安全。

創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到工程設(shè)計(jì)中的安工時(shí)問題教師請(qǐng)學(xué)生觀察教室的墻面，他們并沒有看到線路，這些線路哪里去了？通過教師講解，學(xué)生了解到原來在施工的過程中需要通過挖槽將電線埋在墻里。開始“施工”時(shí)，小工程師又發(fā)現(xiàn)了新的問題：照線路沿墻的四周布置，走直線拐直角彎施工，但挖槽長(zhǎng)、費(fèi)工又費(fèi)力，怎么辦呢？學(xué)生經(jīng)過討論提出，可以把線路一側(cè)的線與另一側(cè)的線重合，省工省時(shí)還便于查找線路。此時(shí)學(xué)生們又注意到了施工的需求，省工省時(shí)。此外，由于現(xiàn)實(shí)生活中的照明線路都埋在墻里面，學(xué)生是看不見的，為了幫助學(xué)生更直觀地觀察，授課教師用泡沫板制成了一面墻，在墻上開出走線的線槽。學(xué)生看著模擬墻和線槽，就像看到了真正的墻的內(nèi)部一樣。這個(gè)情境的創(chuàng)設(shè)，有效地幫助學(xué)生解決了施工工時(shí)的問題。

其實(shí)，這兩次的施工改進(jìn)，都是人類在設(shè)計(jì)房間照明電路的歷史上經(jīng)歷的重要事件節(jié)點(diǎn)，教師通過創(chuàng)設(shè)情境便成功帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷了這個(gè)過程，既總結(jié)歸納出了房間照明電路的布線施工規(guī)范，又意識(shí)到了為什么要制定這些規(guī)范，還培養(yǎng)了解決實(shí)際問題的能力。

總之，工程是以科學(xué)和技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)性工作，在這個(gè)系統(tǒng)中，科學(xué)是工程的理論基礎(chǔ)，技術(shù)是工程的基本要素，除此之外，工程中還包含其他要素，如安全、管理、環(huán)境、材料等等。即在一節(jié)工程課中，學(xué)生應(yīng)該進(jìn)行基于科學(xué)的技術(shù)設(shè)計(jì)，并全面考慮施工過程的各種影響要素，這樣的課就具有了工程的特點(diǎn)。

而工程課的設(shè)計(jì)方法還是要回到工程的要素上：首先，確定一節(jié)課的科學(xué)要素、技術(shù)要素和典型的、適合課堂教學(xué)的工程要素；其次，建立科學(xué)要素和技術(shù)要素之間的關(guān)系；再次，進(jìn)行工程課設(shè)計(jì)；最后，依據(jù)工程要素對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。

（作者單位： 北京市通州區(qū)永順鎮(zhèn)中心小學(xué)）