勇輝

摘要：科學與工程、技術整合是基于學生發(fā)展核心素養(yǎng)的要求，也是義務教育新課標的要求，需與現(xiàn)行的科學教學進行整合，有四條整合途徑——以科學知識為切入點進行整合、以問題解決為出發(fā)點進行整合、以項目研究為立足點進行整合、以工程素養(yǎng)為歸宿點進行整合。

關鍵詞：整合教學;科學;工程;技術;小學科學教學

中圖分類號：G623 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2019）05B-0044-03

一、科學與工程、技術整合的緣起

（一）學生發(fā)展核心素養(yǎng)的要求

2016年9月13日，《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》發(fā)布，以科學性、時代性和民族性為基本原則，以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，分為文化基礎、自主發(fā)展、社會參與三個方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創(chuàng)新六大素養(yǎng)，具體細化為國家認同等18個基本要點。各素養(yǎng)之間相互聯(lián)系、互相補充、相互促進，在不同情境中整體發(fā)揮作用。具體就是指學生應具備的，能夠適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力。小學科學是實現(xiàn)科學精神和實踐創(chuàng)新的主要學科，把科學與工程、技術等整合起來進行教學是學生發(fā)展核心素養(yǎng)的必要條件。

（二）義務教育新課標的要求

2017年2月，教育部頒發(fā)了《義務教育小學科學課程標準》，首次增加了技術與工程領域的內(nèi)容，并且在課程性質(zhì)中明確“小學科學課程是一門綜合性課程”[1]，在實施建議中也提出“倡導跨學科學習方式?？茖W（science）、技術（technology）、工程（engineering）與數(shù)學（mathematics），即STEM，是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，它將科學、技術、工程、數(shù)學有機地融為一體，有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?？茖W教師可以嘗試運用于自己的教學實踐”[2]。因此，從學科性質(zhì)定位和實施建議來講，如何把科學、工程、技術等進行整合教學也是新課標對我們小學科學教師提出的要求。

二、科學與工程、技術整合的途徑

（一）以科學知識為切入點進行整合

課程標準中關于“工程與技術”的內(nèi)容描述為“人類觀察自然、研究各種現(xiàn)象產(chǎn)生和變化的原因而產(chǎn)生科學，科學的核心是發(fā)現(xiàn);對科學加以巧妙運用以適應環(huán)境、改善生活而產(chǎn)生技術，技術的核心是發(fā)明;人類為實現(xiàn)自己的需要，對已有的物質(zhì)材料和生活環(huán)境加以系統(tǒng)性的開發(fā)、生產(chǎn)、加工、建造等，這便是工程，工程的核心是建造。運用科學、技術和工程，人類創(chuàng)造了豐富多彩的人工世界。”[3]由此可見，紛繁復雜的人工世界首先是建立在科學知識和規(guī)律上的，人們利用這些知識與規(guī)律進行巧妙運用，開發(fā)制造出自己需要的產(chǎn)品。因此，以科學知識為切入點與技術、工程進行整合，是我們科學教師在日常教學中可以利用的途徑之一。

筆者在教學“鐵釘生銹了”這一課時，學生通過對比實驗得出鐵釘生銹的原因是因為潮濕與有氧，這屬于科學知識，而利用這些科學知識進行如何防止生銹的設計，這屬于技術，真正去操作實施則是工程。為了讓這節(jié)課的科學知識內(nèi)化為學生的本領，筆者布置了一道家庭作業(yè)：每位學生領一根嶄新的鐵釘，回家后利用今天所學的科學知識，想辦法不讓這根鐵釘生銹，看一看誰的辦法最好。第二天，他們就帶來了各種應用結(jié)果，有的在鐵釘外面涂了油漆，有的把鐵釘浸泡在大豆油里，有的把鐵釘放在了抽成真空的收納袋里，還有一個學生把鐵釘插在了裝滿生石灰的瓶子里。所有這些辦法，都體現(xiàn)了學生應用科學知識進行設計和操作實踐，而這恰恰體現(xiàn)了科學與技術、工程整合的結(jié)果。

（二）以問題解決為出發(fā)點進行整合

“問題”是科學探究的起點，一個好的問題能帶給學生思維的方向和動力，更能給學生帶來無窮的力量。在小學科學教學中，教師要結(jié)合學習與生活中遇到的困難，讓學生自己提出有用的問題。愛因斯坦認為，提出一個問題比解決一個問題更重要。而一旦一個好問題提出來后，在解決問題的過程中我們要注重學生的自主探究，引導學生緊緊圍繞問題開展設計、制作、改進等一系列的活動。

在教學蘇教版科學六年級下冊“共同的家園”單元后，關于保護動物這個話題，有學生提出他爺爺喜歡養(yǎng)鳥，但每天收拾鳥糞卻是個麻煩事，有什么辦法能既方便又干凈地收拾鳥糞呢？筆者一聽，馬上就認為這是一個學生自己能研究的非常好的問題，建議他們可以從材料、機械等幾個方面去考慮如何解決這個問題，并且給他們一個星期的時間去完成。于是在這一個星期里，學生首先從收集鳥糞的材料做起。他們比較了報紙、硬紙板、塑料紙以及保鮮膜等，最終選擇了保鮮膜，因為保鮮膜便宜易得，又不滲漏，而且他們還在家長的帶領下，比較了PE、PVC、PVDC三種材質(zhì)的保鮮膜，最終選取了輕薄、結(jié)實，吸附能力強的PVC。在安裝上他們也頗動了一番腦筋：先是在原來鳥籠的底板一邊焊接了一根鋼管，把整卷保鮮膜安裝上去，在另一邊也焊接了一根鋼管，并且附帶焊上了一根鋼鋸條，這樣便于抽位和割斷，但這也出現(xiàn)了一個換裝不方便的情況。學生們居然想到了磁鐵的性質(zhì)，于是他們用鋼筋焊接了一個架子作為底板承載保鮮膜，并且用磁條直接吸附在鳥籠底，這樣就解決了換裝的煩惱。

一個星期的時間，學生把科學的基礎知識運用到實際生活中，遵循設計、比較、選擇、改進等一系列的工程建造規(guī)則，真正把科學、技術和工程融入實際生活的解決問題中來。這樣的以解決“問題”為出發(fā)點的整合行為，真正培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神與實踐能力。

（三）以項目研究為立足點進行整合

項目化學習不是一個新名詞，小學科學教學中的項目化學習則是在大力推廣STEM教育的背景下應運而生的，特別是新課程標準中增加“工程與技術”內(nèi)容后更是把它喻作是整合教育的最佳渠道?！绊椖炕毖芯俊爸饕墙o學生創(chuàng)建一個科學的學習情境，讓學生自己計劃、運用已有的知識經(jīng)驗，通過自己的操作，自主構建知識體系，創(chuàng)造性地解決實際問題，在項目的設計和實施過程中，教師運用多種教學策略，幫助學生開發(fā)多元智力，同時運用到了家庭、學校和社會各界的力量，也體現(xiàn)了合力之美，真正把‘四位一體的科學落到了實處?！盵4]

“觀察月相”這課要求學生用一個月的時間來觀察月相的變化并記錄下來，但很多教師發(fā)現(xiàn)學生并不能堅持多久。于是，筆者在教學過程中就為學生制訂了一個觀察月相的項目化研究方案。在整個方案中一是要觀察月相變化并用圖畫（照片）形式記錄下來;二是要求學生通過查找文獻、搜索網(wǎng)絡、詢問他人等形式深層次了解月相變化的原因與規(guī)律;三是要求通過觀察，設計并制作簡易的月相變化觀察儀，一個月后班內(nèi)進行交流與展示。通過這三個環(huán)環(huán)相扣的要求，學生自然而然對觀察月相產(chǎn)生了強烈的興趣，并且為了在展示與交流中得到好評而各顯神通，尤其是設計制作簡易月相變化觀測儀，更是成了學生們在這一個月中的“主力游戲”。

（四）以工程素養(yǎng)為歸宿點進行整合

“工程素養(yǎng)”就是一個工程師應具備的基本知識、基本理論和基本技能，一定的工程實踐訓練和嚴格有素的工程習慣[5]。小學科學課程中增加“技術與工程”內(nèi)容，就是要通過整合的教學使學生具備一定的“工程素養(yǎng)”。它包括以下幾方面的內(nèi)容：廣博的工程知識素質(zhì)、良好的思維素質(zhì)、工程實踐操作能力、靈活運用人文知識的素質(zhì)、扎實的方法論素質(zhì)、工程創(chuàng)新素質(zhì)，應用到小學生身上，可以簡化為設計、管理、控制、動手操作、改進循環(huán)等。

“建橋梁”一課，在探究與分享了橋梁的作用、橋梁的種類等內(nèi)容后，教師真實呈現(xiàn)了一個場景：蕪申運河上要建一座橋梁，運河寬60米，橋梁坡度為0，請你按1：200的比例設計并制作一座橋梁。考慮到小學生形象思維能力不足，教師為學生準備了牙簽和胡蘿卜丁，讓學生把討論出的設計方案用建模的形式呈現(xiàn)出來，然后用吸管和熱熔膠槍把橋梁建造出來。要求：根據(jù)運河的實際情況設計出最符合的橋梁，同時考慮建造的難度以及橋梁的成本，建成的橋梁要能承受住一瓶礦泉水的重量。在學生完成設計與制作后，各小組進行交流與質(zhì)疑，并評比出了最佳橋梁。

一座小小橋梁的設計與建造，既涉及橋梁的科學知識，又涉及材料學、設計學、控制學、工程建造學等多種知識。學生通過設計與建造，把這些知識融合運用，達到了工程素養(yǎng)提升的作用。

三、科學與工程、技術整合的反思

讓學生養(yǎng)成以科學知識為切入點，以問題解決為出發(fā)點，以項目研究為立足點，以工程素養(yǎng)為歸宿點進行科學、工程、技術整合學習的習慣，這有助于學生創(chuàng)新能力和實踐能力的提升，使他們在“工程與技術”領域的學習中動手、動腦，系統(tǒng)化地思維，并且在不斷改進中進階。但這對于小學科學“技術與工程”體系來說仍然是杯水車薪：一是整合還缺少一整套可以操作的體系和課例，還需要摸索出更多的整合途徑來進行教學和實踐，從而為一線教師帶來具體的可操作樣板;二是還沒有形成系統(tǒng)的評測體系，教師的教和學生的學如何評價，課堂觀測和過程性評價如何量化等還有待進一步研究與細化;三是通過整合的教學，學生學科素養(yǎng)的提升如何體現(xiàn)，是否可以從創(chuàng)新小論文與創(chuàng)新小案例來入手，通過小創(chuàng)造與小發(fā)明來衡量?？傊?，我們今后研究的重點和方向是完善可供借鑒的操作模式，制定對科學與工程、技術整合的評測體系，以學生的實際案例作為支撐。只有這樣，才能使我們的課題研究更上一個臺階。

參考文獻：

[1][2][3]中華人民共和國教育部.義務教育小學科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社， 2017：2.63.52.

[4]郭銀霞.小學科學課程中項目化教學的探索與實踐[J].課程教育研究， 2017（19）：147.

[5]仝美娟，同志學，郭瑞峰.如何提高學生工程素養(yǎng)及綜合能力——《機械設計》教學方法探討[J].現(xiàn)代制造技術與裝備， 2010（5）：62.

責任編輯：石萍

Abstract： Integrating science， engineering and technology into teaching is based on the demands for students development of core accomplishments， and it is also the demand of the new curriculum criterion in compulsory education. There are four approaches to integration： taking scientific knowledge as the breaking point， starting with solving problems， basing it on project research， and taking the engineering quality as the destination.

Key words： integrated teaching; science; engineering; technology; primary school science teaching