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視頻標簽：建高塔
所屬欄目：小學科學優質課視頻
視頻課題：小學科學教科版六年級上二 6.建高塔_廣東省 - 廣州
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小學科學教科版六年級上二 6.建高塔_廣東省 - 廣州（赤沙小學 陳瑩）最新
小學科學探究活動整合技術與工程活動的研究
【問題分析】
“技術與工程”越受到各國的關注和重視，但在我們的小學科學教育中，技術素養方面沒有得到足夠力度的培養。王少可通過研究中、美科學課程標準中的技術教育因素后認為：我國科學課程標準對技術素養的整體關注程度很低，只在情感態度與價值觀中涉及到技術對社會的影響，但對于技術知識、技術的過程與方法，特別是技術設計幾乎沒有提及。美國科學教育標準中將技術、技術設計作為對可續、科學探究的補充，重點培養技術設計能力，關注學生對技術設計、技術過程和方法的理解和運用。[1]
小學科學教育以探究活動為基礎，在于認識世界，解釋自然界的客觀規律，簡單來說就是獲得科學原理；而技術和工程則是在尊重自然規律的基礎上，改造世界，實現對自然界的控制和利用，解決社會發展過程中遇到的難題，簡單來說是運用科學原理解決問題。[2]
在小學科學課程不斷的深化改革中，新增了“技術與工程”領域的呼聲越來越高，這項領域的教學目的是為了在小學階段開展技術與工程的啟蒙教育。在小學科學課堂教學的工程技術活動中，讓學生綜合運用所學的科學知識、原理、規律等，結合數學、空間思維能力、動手實踐能力等多方面的綜合能力，在了解材料性質的基礎上，學習使用一定的工具，通過不斷地設計、測試而制作東西，體會“制作”的樂趣，養成通過“操作實踐”來解決問題的科學習慣，并關注身邊技術水平的發展。
然而教師如何能通過現有的科學探究活動培養學生的技術素養，如何整合科學探究活動和工程技術活動則是需要解決的問題，而問題的難點就在于如何有效地吸收技術與工程的精髓。鑒于此，本文以小學科學教科版六年級上冊第二單元《形狀與結構》第六課《建高塔》為例，從“設計制作”的主題開展研究，解決如何整合小學科學探究活動和技術與工程活動的問題。
【解決思路】
解決如何整合科學探究活動和工程技術活動的問題，首先要對教材和學情進行分析，了解教學內容在教材中的所處的位置和活動安排。接著擬定需要達成的教學目標和重難點，目標分解出科學、技術、工程三方面，根據三方的目標再設計需要達到的任務（制作產品）。采取5E教學模式（參與、探究、解釋、遷移、評價）進行教學活動的設計，設計整合性活動，教學過程中進行第一次實施。實施結束后利用5W2H分析法進行診斷，分析出七個維度的所達層次，根據需要改進的緯度進行修改，修改內容可包括：目標、重難點、活動任務、教學活動。接著再進行第二次實施，實施結束后進行反思，提煉成功和不足的經驗，總結出整合小學科學探究活動和技術與工程活動的方法。
圖1 整合小學科學探究活動和技術與工程活動解決思路圖
【實施與改進過程】
教材分析：本課是小學科學教科版六年級上冊第二單元 《形狀與結構》 第六課 《建高塔》（如圖2），是在研究物體框架結構牢固性的基礎上進行研究的，通過研究鐵塔為什么穩定不倒，研究物體的整體穩定性。教材內容包括四部分：提出問題，進行猜想；研究物體不容易倒的秘密；制作不容易倒的高塔；鐵塔形狀和結構的再思考。
學情分析：學生具有一定的操作能力，對塔的認識較深，如廣州塔，很容易理解塔具有穩定性的原因。
材料的調整：教材中用礦泉水瓶和沙子做探究材料，這些材料較難操作，也較難粘合，而且能建起來的“高塔”雖然具有一定的高度，但僅有兩至三層。因此將材料改用為紅蘿卜塊和牙簽建高塔，容易準備，搭起來的塔能重現框架結構，并具有一定的高度，層數能達到四、五層以上，塔的外部形狀可以呈現多種形式，能充分體現學生的動手操作能力、想象能力和創造能力。
圖2 《建高塔》教材內容
二、分解科學、技術、工程的具體概念
根據學習主題確定本課的科學概念，科學方面是知道塔具有穩定性的原因是塔身上小下大、上輕下重，鐵塔具有框架結構；技術方面是能使用工具（簡單的胡蘿卜、牙簽等材料），知道工具的使用方法和技巧；工程方面是通過設計解決任務（制成一個符合要求的高塔）。
三、設計整合后的內容和任務
本課是屬于“產品制作”的主題，要求制作出來的產品具有一定的要求，因此改為用紅蘿卜和牙簽建造塔，設計并最終能制作具有一定要求的塔，具體要求是有3-5層，塔高達到30厘米以上，放在紙碟中，當指壓紙碟后還能穩定。
四、基于5E教學模式設計整合性活動
設計的理念基于整合性的5E教學模式，強調以學生為中心，是從科學本質和工程本質出發滲透科學探究活動和工程設計的能力，學生能經歷從個體事物到規律性總結的過程，5E教學模式分為5個過程：參與、探究、解釋、遷移、評價，其中評價環節是貫穿整個過程
[3]。本課采用5E教學模式進行教學，設計整合性的活動，學生通過具有實踐性的探究活動，并以小組合作的形式來理解和建構概念。（具體活動見實施過程）
五、第一次實施操作
第一次實施具體內容和過程見圖3。
圖3 第一次實施過程的具體內容
六、5W2H分析
一項教學研究至少設計以下7個問題：為什么研究 （WHY）？ 誰來研
究（WHO）？研究什么（WHAT）？怎樣研究（HOW）？何時研究（WHEN）？何地研究（WHERE）？研究得怎樣或耗費成本（HOW MUCH）？如果能清晰、高層次地表述這7個問題，就能從方法角度來說是一項好研究，這種研究方法為“5W2H分析法”。
[3]本課運用“5W2H分析法”在第一次實施過程后對整體的解決思路、實施過程和結果等方面進行分析見圖4。
圖4 第一次實施后運用“5W2H分析法”進行分析
通過分析，發現在七個維度的層次深度中，WHEN、WHAT、HOW、HOW MUCH這4個維度并沒有達到最高層次——層次4,于是將從這4方面進行改進。
七、改進并第二次實施
通過第一次實施的結果分析，又重新從“分析教材與學情——分解科學、技術、工程的具體概念——設計整合后的內容和任務——四、基于5E教學模式設計整合性活動”的流程進行反思。經過反思又進一步做以下的調整。
教學目標及內容方面有調整。教材的教學是以獲得科學原理為目標，但這對于六年級學生來說是極容易明白和掌握的，探究沒有很大的價值，教材中的活動內容也是簡單的沒有思維深度的探究內容。工程與技術領域強調運用科學原理設計、制造，能讓學生充分體會“做中學”。因此本課將教學目標和內容調整為：在上一節課《框架》中具有建框架的知識和操作能力的基礎上，教師讓學生在課前幾分鐘先自由建一個有一定高度的塔，接著引導學生結合觀察高塔的特點，對比自己建造的塔，思考如何改進，再提出建高塔的要求，讓學生針對課前建的高塔進行改進的設計，能建一個符合測試要求的高塔，學生在不斷測試、調整中最終完成成品。通過調整后的教學設計能更加符合學生的認知特點和體現了工程與技術領域的理念。并且在《框架》也做一些調整：所用材料同樣是紅蘿卜和牙簽（或竹簽），學生在這節課中就已經有使用紅蘿卜制作框架的經驗。本課是第六課，在上課前利用一些時間提前讓學生“玩一玩”，建造一個高塔，由于不是課內的教學任務，不需要提出具體要求，只需要讓學生能建造有一定高度的塔即可，同時也能節省時間。（第五課教材內容見圖5）
圖5 第五課《框架》教材內容
教學模式有局部的調整。在參與環節中，先讓學生測試課前自行建的塔，從而發現塔不穩定后再引導學生結合現實中塔的特點和自己的塔，思考怎樣才能使塔具有穩定性，想到改進的方法。探究環節分解成兩個環節——任務環節和設計環節，先讓學生清晰具體的任務，再讓學生根據第一次完成的作品進行改進，同時提供充足的時間讓學生建造一個新的高塔，體現了工程與技術領域的實踐性特點。在解釋環節，通過觀察新舊兩個塔，啟發學生思考，交流成功或失敗的經驗，梳理實踐活動，培養歸納總結能力。在遷移環節，進一步引導學生明確判斷高塔還有其他標準，結合廣州塔的建造標準，引起學生進一步改進高塔的研究興趣。
經過改進后，第二次實施過程如圖6。
圖6 改進后第二次實施過程的具體內容
最后重新審視之前利用5W2H分析法時還沒有達到高層次的4個維度——WHEN、WHAT、HOW、HOW MUCH，再重新分析一次，結果如下圖7，學生作品見圖8、9。
圖7 第二次實施后運用“5W2H分析法”進行分析（紅色字為新分析結果）
圖8 全班的作品
圖9 其中兩組的新舊作品對比（左為課前舊作品，右為課上改進作品）
【反思與收獲】
如何整合科學探究活動和工程技術活動則是需要解決的問題時，通過《建高塔》為課例研究，經過一系列的文本梳理、信息整理、設計、教學實施、研究分析、調整改進再實施的過程。回顧整個問題解決過程，研究得出小學科學探究活動整合技術與工程的策略有以下幾方面內容。
技術與工程其實指向了服務實際問題的工程設計，需要前認知與有依據的想象進行建構，通過反復實證檢驗，根據檢驗結果修正和條理論或問題方案，關注問題的解決方案的開發與優化，對于同一個有限定條件的問題可以有多種可行性的設計方案，看重人類基于理性認識和改造世界的過程與方法。
[5]個人認為技術與工程活動可以根據其內容和層次分為不同主題，第一種主題是認識技術，分為了解技術、理解技術的原理、能在情境中運用技術這三個從淺至深的層次；第二種主題是使用技術，分為簡單操作技術、根據情境選擇使用不同得技術、能遷移到其他不同情境中應用技術的從淺至深的層次；第三種主題是設計制作，分為根據任務對原產品進行改進、根據限定條件設計出一種或多種的方案、具有創造性地解決問題的創新性。本課例是屬于“設計制作”主題的“改進”層次。
圖10 技術與工程活動的不同主題及其層次
第二，吸收技術與工程類項目的流程。
一般技術與工程類的項目有一定的基本流程，有8個環節，從1確定設計的需求→2研究、調查→3討論→4設計（含設計要求、可行性方案、選用何種材料、設計圖）→5建構原型或模型→6測試→7改進（重新設計后多次測試）→8展示交流。小學科學探究活動整合技術與工程活動需要吸收技術與工程的流程，特別是要強調“設計”、“測試”、“改進”等核心環節，這樣才能使它們融合在一起。
第三，改進5E 教學模式為“4E1TD”模式。
在“設計制作”的主題中，任務驅動尤為顯得重要，學生明確要完成的是什么具體的產品，產品需要符合什么條件，只有在這個前提下，學生才能有目的性在制作過程不斷調試，再改進，再制作，直到符合條件為止。設計是工程技術的核心，也是高層次的目標，因為設計是完成一項具體的方案，同時在設計過程中還要考慮各種因素。
根據“產品制作”主題的特征，將5E教學模式中的探究環節（Exploration）調整為任務環節和設計環節，也就是：參與（Engagement）→任務（Task）→設計（Design）→解釋（Explanation）→遷移（Elaboration）、評價（Elaboration），簡稱為“4E1TD”教學模式。這樣在“4E1TD”教學模式的教學下，學生就能體驗設計過程，教學的重點就會放在基于測試結果、在限定條件下的動態發展性的優化設計的過程，而不是在僅僅在單純制作上。
但要說明的是，改進后的“4E1TD”模式暫時在“設計制作”的主題適用，其他主題還沒有進行研究。
參考文獻：
[1]王少可.中、美科學課程標準中的技術教育因素[J] .現代教育科學，普教研究，2011（4）．
[2]葉兆寧.融合：實現STEM教育的有效策略[J]，中國科技教育，2013（2）．
[3]
李揚.STEM教育視野下的科學課程構建[D]，杭州：浙江師范大學，2014:68．
[4]楊騫.李善良.“5W2H”研究法及其應用[J]，遼寧教育，2002:75
[5]唐小為.王唯真.整合STEM發展我國基礎科學教育的有效路徑分析[J]，教育研究，2014（9）：63
附件：
《建高塔》第二次實施的現場圖片及教學課件內容
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
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