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科研论文

小学科学“技术与工程”领域的教学探索

作者:王燕锋 来源:慈溪匡堰镇上林小学点击数: 发布时间:2020-08-07 08:57
——以《用水测量时间》一课为例
【摘要】新的小学科学课标中新增了“技术与工程”领域,如何用新的课标理念指导现在的科学教学,使三至六年级学生尽早接触技术与工程领域的内容,产生对该领域的浓厚兴趣,初步培养相应的工程素养,笔者做了一番教学尝试。充分挖掘教材中的技术工程内容,并进行一系列针对性的教学,如对技术产品进行充分感知、分解、评价、改进等,以切实提高学生的实践能力和创新能力。
【关键词】技术与工程 技术教育 设计 技术 教学探索
    为切实发展儿童的实践能力和创新能力,新的小学科学课标增加了“技术与工程”领域。作为四大领域之一,该领域拟通过丰富多彩的活动,使学生综合运用所学的各方面知识,解决生活中遇到的实际问题,其重要性不言而喻。因此,虽然现在的三至六年级学生仍沿用老教材,但并不妨碍老师们想用新的课标理念指导实际的科学教学、让学生提早接触技术与工程领域的内容、使学
生产生对该领域的浓厚兴趣、进而培养他们的工程素养的种种努力与尝试,笔者也是其中之一。
    充分挖掘教材中的技术工程内容,并进行一系列针对性的教学,如操作和使用简单工具、研究分析产品结构和功能、对产品进行设计制作和创新、体验和感悟技术和工程等,不失为一种效的尝试。以下是笔者以五年级下册的《用水测量时间》一课为例,从技术与工程角度进行的具体教学探索。
    经过分析,笔者对该课教学目标进行了调整,以下是调整前后对比图:
    根据上述教学目标,安排了一系列有别于教材的教学活动,以下是主要活
动图对比图:
 
    一、充分感知,提出研究问题
    工程技术的关键是设计,设计的基本步骤是:提出问题——确定方案——设计制作——改进完善。充分感知是提出问题的基础,如果学生对事物不了解,所得信息有限,所提的问题也只会流于表面;只有充分感知之后,学生才会提出有价值的问题。因此教师可以用各种方式给学生提供充足的信息,如实物、模型、图片、文字等,可以当堂展示实物或模型,也可以借助视频展示。一般来说,这些方式所提供的信息量大小如下:实物>模型>图片>文字,尽量避免纯文字的信息。用实物尤其是可以操作演示的实物和静止的图片相比,给学生所提供的信息是呈几何级数增加的。
    《用水测量时间》一课,教材中出示的是中国古代水钟的模型图和两种水钟的示意简图。古代水钟模型图图片较小,且是静止的,学生从未见过古代水钟,不知其大小质地性能和运转式;同样,虽然五年级学生已经具备一定的抽象思维能力,但因水钟实在陌生,对示意图在脑海中转化成正确的实物存在一定的障碍。学生对水钟不能充分感知,又怎会去深入思考,怎么提出有价值的问题?如果提供给学生古代水钟的更多信息,学生的兴趣就会大大激发。
    为此,我按照受水型水钟的示意图(图一)特意做了个水钟模型(图二),课堂上一亮相,就引发全班学生的惊叹,当着学生的面,我给水钟加水,让水钟运转起来。学生们兴趣盎然,围
着看个不休,因而也提出了 (图一教材示意图) (图二自制水钟模型)许多问题。我又不失时机地用课件出示了水钟的小资料(图三),并让学生看着模型说说水钟是如何计时的。学生通过看资料和互相交流,了解了水钟各部分的名称、结构和运转过程。最后大家的视线集中到锥形筒上:中间的这个锥形筒部分有什么用呢?
   
    二、 分解产品,突出研究重点
    当学生问到这个问题时,说明他们已经不满足于教师提供的这些初浅的信息,真正产生了研究的兴趣,对水钟想要了解更多,想知道各部分的功能,这时不妨让学生一起分析讨论:
    师:拿掉这部分,水钟还能准确计时吗?
    生:可以的,出水筒的水滴下来的速度一直是一样的,所以我认为是可以的。
    师:你这个一样的意思,是说它的速度是固定不变的意思吗?(生:是的)你们都同意他的看法吗?
    生:同意。
    师:老师这里有个简易版的小水钟,这个针筒代表出水筒,杯子代表受水筒,(出示示意图)(图四)这个针筒里的水流下来的速度也是不变的吗?
    生 1:我不同意,水多的时候速度应该快,水少了速度会变慢。
    生 2:我也不同意,我用矿泉水瓶浇过花,水的速度确实是由快到慢的。
    师:我们可以把针筒里水的多少,叫做水位高低,也就是说,你们两位认为水位高低会影响水流速度,是吗? (图四)
    学生关于水流规律的认识,我做过课前调查,有相当一部分的学生受生活经验的影响,因为看到自来水、饮水机的出水速度、雨滴和瀑水速度一直不变,想当然认为所有的水流速度是固定不变的。有些学生看过科学类的课外书籍,知道水流速度是会变化的,但因为没动手实践过,所以不敢确定。而出示的这个水钟模型,因为水滴入受水筒的速度固定不变,而指针又匀速转动,进一步加固了这些孩子对水流速度的原有认识。
    因此,对产品进行分解,重点突出要研究的部分,使之一目了然,与学生的头脑中原有的认知产生矛盾。即便有些学生还是持原有的观点,分解后的产
品更方便学生进行思考和研究。
    三、 指导设计,尝试器材改进
    教师讲解示范,学生照本宣科,这样的技术教育抹杀的是学生的创新思维和创造能力。科学课中技术教育的一大特点,就在于学生有科学思维的参与,他们可以自行设计研究方案,可以自行改进器材,充分发挥他们的自主性、创造性。
    师:水位高低到底会不会影响水流速度,对此我们有不一样的看法,需要得到证实。你们能不能用对比实验来证明自己的观点?怎样改进这个装置来证明你们的观点?
    (小组交流讨论后,汇报方案)

    生 1:我们需要两套同样的“小水钟”,其中一个针筒里放的水多,另一个水少,然后流同样的时间,看看谁流出的水量多。
    生 2:也可以都流出同样多的水,比一比用的时间多少。
    师:怎样才能做好这个实验,大家有什么好的建议?
    生 1:为了保证流的时间相同,我们可以让一个同学喊口令。
    生 2:水的多少要相差多一点。(师追问:为什么要这么做?)这样就容易看出区别来了。
    生 3 : 手 拿 着 针 筒 最 好 不 要 晃 动 , 免 得 影 响 实 验 效 果 。
    生 4:把它挂起来试试。
    生 5:有个架子就好了。师:(出示架子)这样的架子符合你们的要求吗?
    学生根据交流讨论完成实验装置改进。(见图五)
    设计源于需要,这里的需要产生于“如何证明自己的观点”和“怎样保证实验效果”,学生根据需要,两次对 “简易水钟”装置进行改进,使之能更好地进行研究。设计不是无本之木,没有前面“简易水钟”装置的出示,没有老师恰当的指导,让学生凭空进行设计,是比较困难的。
    四、借助图表,发现内在规律
    学生通过研究,得出数据之后,教师将全班各小组的数据进行汇总(图六),并制成统计图(图七)。
    师:从实验中你们有什么发现?说明了什么?
    生:我们小组发现水位高低确实会影响水流速度,水位高的流动速度快,水位低的速度慢。
    师:你们的发现从统计图中可以看出来吗?
    生:柱子高代表流出的水量多,说明速度快;柱子低的说明速度慢。
(图六) (图七)
    师:从图上看,其他小组也是这样的吗?看来,针筒里的水流速度确实是由快到慢的。
    师:我们从图中还有其他发现吗?
    生 1:我发现第 3、7、8 小组前面三次柱子都是平的,说明它们每次流出一样多。
    师:(圈出其中一组数据),每次流出一样多,说明了什么?
    生 2:说明它们的速度也是一样的。
    生 3:说明它们原来的水位一样,时间一样,速度也一样。
    师:你的意思是不是说,水位高度相同,水流速度相同?
    生 3:是的。
    技术为科学服务,学生能够发现流水的规律,图表和实验器材起了很大的作用。提供的器材能直接指向关键因素(水位),因而学生的研究能针对这个因素。图表则是把所有数据汇总并直观显示出来,因而方便学生进行分析。会观察图表、能利用图表进行分析,并从中有所发现,也是小学生技术能力的一部分。
    五、运用规律,再次改进产品
    师:你能运用刚才的研究成果,来对简易版水钟进行改进,让水流下来的速度保持不变吗?
    (小组讨论)
    生:我们可以往针筒里一直加水,让它一直在同样的高度。
    师:你为什么这么想?
    生:因为水位高度一样的话,水流下来的速度也一样了。
    科学反过来又引领着技术的进步。小学科学设计和技术教学的目标之一,就是让学生初步学会运用知识进行简单的设计和制作(包括改进)。能发现科学规律和原理是一回事,能正确运用又是另一回事。所以这是很关键的一步,是检验学生是否真正理解了所研究的科学规律的试金石,在发展学生科学素养的同时,也发展他们的技术素养。
    六、自行体验,指导方案评价
    师:我们来试一试,给大家再提供一个杯子用来加水。
    (学生体验自己的方案)
    师:我们的方案可行吗?大家有什么发现?
    生 1:我们小组做的时候,尽量让水位在相同的高度,所以认为是可行的。
    生 2:我们小组发现加水的时候,我们做不到让水位一直保持一样的高度,
总会有点偏差。
    生 3:我们小组也是这样,有时候手会抖,一不小心加多了。
    师:看来这个方案基本可行,但还是有小缺陷。
    实践是检验真理的唯一标准,学生的方案是否可行,需要他们自行去发现,教师可以提供必要的器材,让学生体验并评价自己的方案,体会设计是需要不断地修正和改进的。
    七、研究细节,感悟古人智慧
    课堂上短短的时间内,学生的设计不可能尽善尽美。在了解了自己方案的缺陷,而短时间内又无法自行解决之后,学生迫切想知道解决之法,这时候出示前人的设计产品,犹如及时雨。
    师:古人是如何解决这个问题的呢?(出示锥形筒放大图片)(图八)现在你能说出古人这样设计的原因吗?
    生 1:古人用了一个分水孔,把多余的水分出去,让水位一直在一样的高度,这样水加多了也没关系。
    生 2:古人还把分出去的水放到另一个筒里,免得和受水筒里的水混合,影响计时的准确。
    生 3:我还发现古人用滴的方法,这样可 (图八)以让水慢慢下来,计时更长的时间。
    学生接触的很多产品,已经由前人经过多次设计和改进,变得越来越复杂。如果没有经过深入浅出地重点研究,一时之间是无法体会前人设计的巧妙之处的。对于水钟的锥形筒部分的作用,学生只有在经历了一系列的研究和分析之后,才会对古人的巧妙设计深有体会,才会真正领悟古人的聪明才智,才会对设计和技术产生浓厚的兴趣。
    八、激发兴趣,产生自制想法
    师:其实古人还有不同的解决方法呢。(出示图九)你能看明白图片中这几个水钟这样设计的原因吗?
    (学生说不出说不全,教师做简单介绍,体会古人方法的巧妙。)
    师:看来解决问题的方法多种多样。现在如果让你来制作自己的小水钟,你会怎样设计呢?课后请参照自己的设计,收集相关材料,下节课咱们来制作小水钟。
    这个环节的作用,一是让学生明白同样解决一个问题,可以有不同的方法,体会设计的魅力;二是进一步激发学生运用所学知识进行制作或改进的兴趣,为下节课水钟的制作做了铺垫。
    综上所述,提高学生的实践和创新能力不是一朝一夕的事情,需要教师有意识地去引导、去培养。充分挖掘教材中的技术学习内容,对产品进行充分感知、分解、改进、评价等一系列针对性的教学,让学生体验技术产品的巧妙性,激发对技术和工程的兴趣,不失为一种有效的教学尝试。
    【参考文献】
    (1) 《义务教育小学科学课程标准》
    (2) 《小学科学教师教学用书 五年级下册》
    (3) 万嵩海,《基于设计技术的小学科学教学》[J],科学课,2013.7-8
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