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技术与工程领域课程及教学策略

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教育部《义务教育小学科学课程标准》里,小学科学教学内容除了原有的物质科学领域、生命科学领域、地球与宇宙科学领域的课程内容外,还增加了技术与工程领域。纵观国际科学教育,越来越注重科学、技术、工程和数学交叉融合(STEM教育),提倡以整合的教学方式使学生掌握知识和技能,灵活迁移应用,解决现实问题。新课程标准中增加技术与工程领域内容,是我国小学科学教育的重大变化之一。目前,技术与工程领域内容已成为小学科学教学中重要的组成部分,是理论与实践联系密切的课程,综合应用性较强,在培养小学生科学素养中起着重要作用。新课程标准中,对技术与工程领域的教学内容也作了重要阐述,研读课标是熟悉技术与工程领域课程并实施有效教学的重要步骤。

一、新课程标准中技术与工程领域的定义与要求

1.新课程标准中技术与工程领域的定义

《义务教育小学科学课程标准》中,关于技术与工程是这样定义的:人类观察自然、研究各种现象产生和变化的原因,而产生科学,科学的核心是发现;对科学加以巧妙运用以适应环境、改善生活而产生技术,技术的核心是发明;人类为实现自己的需要,对已有的物质材料和生活环境加以系统性的开发、生产、加工、建造等,这便是工程,工程的核心是建造。运用科学、技术和工程,人类创造了丰富的人工世界。技术与工程领域的学习可以使学生有机会综合所学的各方面知识,体验科学技术对个人生活和社会发展的影响。技术与工程实践活动可以使学生体会到“做”的成功和乐趣,并养成通过“动手做”解决问题的习惯。

2.新课程标准中技术与工程领域的要求

新课程标准中要求,科学教师在教学中,应帮助学生形成以下主要概念:16.人们为了使生产更加便利、快捷、舒适,创造了丰富多彩的人工世界。17.技术的核心是发明,是人们对自然的利用和改造。18.工程的关键是设计,工程是运用科学和技术进行设计、解决实际问题和制造产品的活动。学生在小学不同阶段构建这3个概念时,有不同的学习目标和要求,因而在教学内容和教学方式上有所不同。针对“概念16”,低年级学生需要学会观察自然,知道自然和人工世界不一样,体会生活中使用的科技产品对人类带来的益处。中高年级学生,则需要知道如何区分常见材料中的天然材料和人工材料,知道重大发明的科技产品给人类带来好处时,也会产生一定的负面影响,比如环境问题等。这个概念在建构时,培养的重心是观察、阅读和简单制作的能力,学会使用日常生活中的科技产品,如手机、小家电等。因此,在与“概念16”有关的教学中,教师需提供给学生更多的观察机会,让他们形成观察的好习惯。“概念17”侧重技术的核心是发明,而发明需要一些工具的支持,所以在低年级中,学生重点是认识身边的常见工具,了解工具的功能,学会简单操作,比如放大镜的使用。中高年级学生则要注重实验开展,能够熟练操作简单的工具,认识到精密测量仪器使用的重要性,比如温度计、天平等。构建“概念17”时,重在培养学生对工具的认识和使用,知道工具的构造和工具对人类创造、改善生活的重要性,也能对简单的科技产品进行科学原理分析。所以,开展与“概念17”有关的教学时,应该注重实验,重视实验仪器的教学以及使用。在构建“概念18”时,需要学生充分认识材料,综合应用知识。低年级学生要能够通过口头表达和简笔画的形式,将自己设计的产品画出来。中年级学生,要能够制定方案,解决问题,对制作的产品进行分析和改善。高年级则要求学生能够考虑到更多的因素,如环境、实用性等,要能对设计和制作的产品进行改进和完善,并加入自己的创意。在建构这个概念时,教师要鼓励学生进行设计,创造轻松的课堂氛围,让学生思考、创新,将创意物化,勇于发现问题,自己探究寻找解决方法。

二、粤教科技版小学《科学》教材中技术与工程领域课程特点

1.粤教科技版小学《科学》教材中技术与工程领域课程的整理归纳(三至六年级)

随着新课程标准的颁布,我市现在采用的粤教科技版《科学》新教材中,三至六年级相应安排了该领域的教学内容。各个年级的分布情况如下:三年级的技术与工程领域课程,集中在下册第二单元《材料的选择》,学生从认识身边的材料开始,训练观察能力,并且以简笔画方式画出自己的设计图,《包装小酥饼》的设置则体现了该单元的综合应用;四年级以“设计与制作”的课题体现,综合运用单元所学知识,如《设计与制作:我们的小乐器》是综合运用《声音》这一单元所学知识,《设计与制作:风帆小车》是在学习完《运动和力》后,结合运动和力的关系,制作跑得快的风帆小车,重在培养学生综合运用知识的思维;五年级技术与工程领域的课程,集中在下册的第二单元《桥梁》,在学习了梁桥、拱桥、悬索桥、桁架桥的结构与特点后,在《设计与制作:我的小桥》一课中开展创意设计,重在鼓励学生大胆创新,勤于动手制作;六年级上册第四单元《光》中设有《设计与制作:潜望镜》,到了下学期,则增加了要求,重在发现生活中需要改进的产品,产生问题、寻找解决方法、进行改造、检测,体现新课程标准对高年级学生的目标要求,如《雨伞的改进》《巧改废弃物》等,培养学生善于发现的能力,以及综合考虑的思维能力。

2.粤教科技版小学《科学》教材中技术与工程领域课程的特点

粤教科技版小学《科学》教材中,技术与工程领域课程内容的课题具有明显标志——课题大多冠有“设计与制作”字样,教材通常安排以下步骤开展教学:①导入:由生活情境导入,引发思考;②选材:介绍材料、选择材料;③设计:根据材料特点设计产品,画出设计图;④制作:利用所选材料和工具,参照设计图,进行制作;⑤测试:对所制作的产品提出有效的测试方案,根据方案进行性能测试;⑥改进:根据测试的结果,对材料、结构、外形等进行改进,综合环境环保等因素完善成品。这是技术与工程领域课程内容的特点,从生活情境出发,发现问题,认识和选择材料,构图设计并制作,最后对制作的产品进行检测和完善。整个过程需要严谨的思维,教学过程中,教师需要关注每个学生遇到的问题以及创意亮点。在聆听东南大学学习科学研究中心叶兆宁老师的讲座时,他提到技术与工程领域课程的核心特点是,与科学、技术、工程、数学四个学科紧密相连,以整合的教学方式培养学生掌握知识和技能,并能灵活迁移解决真实世界中的问题,所以这个领域的课程具备了跨学科性、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、实证性、技术增强性等特点。同时,叶老师也提到当下我国小学科学教育中技术与工程领域的教学内容,就是国际科学教育中提倡的STEM教育,提到该领域课程的流程(如图3),可以看出,这与粤教科技版小学《科学》教材的编写思路非常吻合。

三、技术与工程课程教学策略初探

技术与工程领域的课程对于绝大部分一线的科学教师来说,是比较新的领域,如何有效开展教学还需要深入探讨。现通过研讨活动中观摩的该领域的两个教学案例来谈谈自己的体会,这两个案例的教学内容来自粤教科技版小学《科学》三年级下册。案例一:《包装小酥饼》《包装小酥饼》在教材第二单元《材料的选择》中,这一内容是综合前面所学材料的特性后所设置的实践活动。教学导入,请学生模拟快递运输小酥饼的过程,拆快递,观察两个快递中小酥饼是否完好,紧接着抛出问题:为什么同样的快递方式,小酥饼的完好程度却不一样?(导入环节从生活中的快递运输过程入手,极大地激发了学生的探究兴趣,同时引发学生将关注点转移到快递的包装上,进而转移到材料的选择上,学生也明白了小酥饼易碎的特点,从而聚焦问题的所在——酥饼易碎。)环节一:出示材料图片(如图4),小组讨论材料的选择。准备选择哪些材料来包装小酥饼,如何来包装?(引导学生思考,认识材料的特性,针对小酥饼易碎的特点进行快递包装。)环节二:学生根据选择的材料设计包装小酥饼。(让学生充分实践操作,指导有需要的小组,充分关注学生。)环节三:检测,模拟快递运输的方式“抛接—扔—震动”,拆开快递,检验小酥饼是否完好。请小组分享包装小酥饼的方法,介绍怎么包装才能让小酥饼不碎,反思有哪些需要改进的地方,其他小组可以提供建议。(充分锻炼学生的表达能力并体验小组合作学习的乐趣,这就是技术与工程领域课程所能培养学生的合作与沟通交流的能力和解决问题的能力。)环节四:延伸问题——小酥饼包装中除了考虑包装的材料和方式,还有哪些方面需要考虑?(延伸问题,激发学生进一步思考,虽然课堂结束了,但是问题源源不断,需要学生保持对问题的思考意识。)案例二:《设计与制作:简易保温箱》《设计与制作:简易保温箱》分为两个课时,第一课时是《材料的保温性》,是对材料的保温性进行探讨,第二课时是《简易保温箱的设计与制作》,这是基于前一课对材料保温性的探究,利用所选材料进行设计和制作保温箱,并进行保温效果检测。第一课时中,先出示老冰棒,设疑“怎样让老冰棒融化得慢点呢?”激发学生的思考。根据学生的回答,教师出示材料(如图5),并引导学生设计实验,探究各种材料的保温性能,同时使用温度计测量材料的温度,结合数学知识分析实验数据,获得保温性能好的材料(如图6)。(该课时内容,为下一课时作铺垫,综合应用所学知识,同时也实现了学科之间的融合。)第二课时,引导学生利用探究出的保温性能较好的材料进行保温箱的设计与制作(如图7),并用冰块检测保温效果。此外,教师还可以准备产品评价量表(如图8),让学生进行自我评价并及时改进产品。两个案例的教学基本遵循了“导入→选材→设计→制作→测试→改进”的教学进程。教师从生活情境出发,激发学生的探究兴趣,根据小酥饼的“易碎”特点和保温箱的关键——“保温”,介绍材料并选择材料,经过设计,制作出产品,最后检测,交流改善产品。两个案例均体现了技术与工程领域的课程特点,着眼培养学生解决问题的能力、合作与沟通能力、创新思维能力和终身发展的能力。

四、技术与工程领域课程的教学策略

1.明确需要解决的问题

技术与工程领域课程教学中,首先要明确需要解决的问题。例如,《简易保温箱的设计与制作》一课要解决的问题关键词——保温,《包装小酥饼》要解决的问题是“小酥饼易碎”。技术与工程领域课程内容主要源自生活,所以在生活实践中遇到问题时,要通过设计来改善并制作出更理想的产品。我们在设计六年级下册《雨伞的改进》一课时,遇到的问题就是不能够明确问题,问题方向找不准,因为实际生活中的雨伞有许多不便的地方,而课堂的限制,只能朝一个方向解决问题,所以就需要一个过渡,将发散的问题集中到一个问题上开展研究,再在课后运用知识迁移,去探究其他的问题。

2.分析问题,认识材料工程与技术

课程设计的课前准备,是学生对生活中的该物体的认识。例如,“保温瓶”这一内容,便是对生活中保温例子的认识。第一课时,单一材料的测试,通过生活中的例子,简单地了解符合该产品要求的材料,通过对每一种符合要求的材料进行测试,选择效果最佳的材料运用到第二课时,进行产品的设计和制作。最后对设计的产品进行延伸,课后延伸对于技术与工程领域课程是重要的,也是潜移默化地培养学生思维创造以及解决问题的能力。工程与技术领域课程,很多重点问题指向对材料的认识,学生只有对材料的结构、性能了解透彻,才能设计出具有创造性和实用性的产品。因此,开展技术与工程领域课程教学,教师还应注重对材料的讲解和介绍。学生认识材料或许也是工程与技术领域的重头戏。

3.紧密联系生活实际技术与工程领域课程

因为和生活实际联系密切,所以在课程导入时,应注重直观和新颖,材料的呈现形式因“文字—图片—视频—演示—实物”的不同而直观性逐渐增强,也就是说能用图片不用文字,能用视频不用图片,最佳呈现形式是实物。新课程标准要求培养学生改进现有产品,从而达到改善生活质量的目的,教师教学时,应多直接呈现产品实物,有效引起学生的注意力,激发他们的探究兴趣,提高其学习效率。

作者:张杰志;魏婷

技术与工程领域课程及教学策略责任编辑:张雨    阅读:人次