〔摘 要〕 在工程教育中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們的探索精神和思維能力得到發(fā)展。本文以《升旗的方法》為例，提出將工程思維融入日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略：根據(jù)學(xué)情確定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)；利用工程思維進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新；聯(lián)系新舊知識(shí)掌握實(shí)驗(yàn)原理；參照主要內(nèi)容實(shí)施實(shí)驗(yàn)步驟。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；工程思維；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)策略

〔中圖分類號(hào)〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 A 〔文章編號(hào)〕 1674-6317 （2024） 24 082-084

《無錫市關(guān)于推進(jìn)中小學(xué)工程教育的指導(dǎo)意見》明確提出，中小學(xué)工程教育屬于基礎(chǔ)教育，是響應(yīng)國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的一項(xiàng)重大措施，在小學(xué)階段，要將工程教育融到中小學(xué)的數(shù)學(xué)、信息技術(shù)、科學(xué)等學(xué)科中，并將其作為工程教育的一項(xiàng)重要內(nèi)容?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）也將其納入了基礎(chǔ)教育的主要內(nèi)容。提高學(xué)生的動(dòng)手能力，既能同時(shí)提高學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，又能推動(dòng)他們的全面發(fā)展，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，為學(xué)生未來的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生探究意識(shí)和思維能力。在日常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中踐行工程思維，是科學(xué)教師需要關(guān)注的議題之一。本文以《升旗的方法》為例，探討具體的實(shí)施策略。

一、根據(jù)學(xué)情確定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

《升旗的方法》是蘇教版科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)“簡單機(jī)械”的第三課，內(nèi)容涉及《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的“能的轉(zhuǎn)換和能量守恒”?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》提出了小學(xué)科學(xué)教育要從“以知識(shí)為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴耙匀藶橹行摹钡慕虒W(xué)方式，探索把知識(shí)轉(zhuǎn)換成學(xué)生能力的途徑。根據(jù)課標(biāo)規(guī)定的課程內(nèi)容“4.1”，學(xué)生已知基本機(jī)器（桿，滑輪，軸，斜面）和它們?cè)谏a(chǎn)和生活中的運(yùn)用，本課對(duì)學(xué)生的要求是通過組裝定滑輪和動(dòng)滑輪裝置，認(rèn)識(shí)另一種簡單機(jī)械——滑輪的結(jié)構(gòu)及作用。簡單機(jī)械是指人在改造自然中運(yùn)用機(jī)械工具的智慧結(jié)晶。工具一般都是利用機(jī)械原理制造出來的，凡是能夠改變力的方向和大小的裝置就是簡單機(jī)械。

從學(xué)生的年齡結(jié)構(gòu)和心理特征來看，五年級(jí)學(xué)生的求知欲很強(qiáng)，他們對(duì)任何事物都充滿了好奇心。對(duì)于這節(jié)課教學(xué)的滑輪，學(xué)生之前并沒有深入地觀察，但是對(duì)于滑輪帶給人們的便利，他們是真實(shí)地感受到了。本課通過活動(dòng)的方式，從科學(xué)概念的角度告訴學(xué)生按滑輪中心軸的位置是否移動(dòng)，可將滑輪分為“定滑輪”和“動(dòng)滑輪”，重點(diǎn)指導(dǎo)學(xué)生組裝兩種不同的滑輪裝置，并在深入對(duì)比觀察中發(fā)現(xiàn)它們之間的不同特征，從而引導(dǎo)學(xué)生觀察和思考生活中簡單機(jī)械的應(yīng)用及蘊(yùn)含的科學(xué)原理，并據(jù)此確定了學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

科學(xué)觀念：了解皮帶輪的構(gòu)造及功能，并能區(qū)別靜止皮帶輪與動(dòng)態(tài)皮帶輪。

科學(xué)思維：通過對(duì)比活動(dòng)滑輪和固定式滑輪的不同構(gòu)造，舉例說明在日常生活中使用滑輪的情況。

探究實(shí)踐：通過裝配皮帶輪的試驗(yàn)，研究兩種皮帶輪的工作特性。

態(tài)度責(zé)任：產(chǎn)生對(duì)機(jī)械的興趣，并喜歡生活中的一些小機(jī)械。

二、利用工程思維進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能有今天這樣的發(fā)展并不是一蹴而就。在科學(xué)教學(xué)的漫長過程中，離不開一代代科學(xué)人的不懈堅(jiān)持，一開始連基本的實(shí)驗(yàn)材料都難以滿足，慢慢地能夠進(jìn)行系統(tǒng)化的實(shí)驗(yàn)操作，到現(xiàn)在更是能夠與時(shí)俱進(jìn)，利用最新的科技輔助日常教學(xué)。那么，這是不是意味著我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)沒有進(jìn)步空間，只能畫上句號(hào)了呢，顯而易見，并非如此。學(xué)無止境，我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)只有不斷進(jìn)取，才能取得新的成就。而在當(dāng)下小學(xué)階段的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，存在教學(xué)模式僵化、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、學(xué)生參與率低等一系列問題，我們很多的實(shí)驗(yàn)都是按部就班，照本宣科，這樣雖然方便了教師完成教學(xué)任務(wù)，卻忽視了科學(xué)實(shí)驗(yàn)最重要的一環(huán)：創(chuàng)新。要想扭轉(zhuǎn)這一狀況，教師可以對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出更多、更有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高他們的實(shí)驗(yàn)探索能力。同時(shí)，教師也要結(jié)合學(xué)校的實(shí)際狀況和學(xué)生的年齡特征，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使之符合學(xué)生的興趣，設(shè)計(jì)出多元化、個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)?；诖耍P者進(jìn)行了多方面的嘗試。

對(duì)支架的改進(jìn)。將原有的支架換成展示板，并增加對(duì)比性的實(shí)驗(yàn)展示，使實(shí)驗(yàn)可視性增強(qiáng)。

對(duì)棉繩的改進(jìn)。原有實(shí)驗(yàn)在連接重物時(shí)是通過系環(huán)形扣的方式，在操作中容易脫落，我在設(shè)計(jì)時(shí)在原有棉線基礎(chǔ)上增加了掛鉤，避免了對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。

對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的補(bǔ)充。原有實(shí)驗(yàn)僅僅是分別研究使用定滑輪和動(dòng)滑輪拉重物的情況，卻缺少了直接拉重物的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，我在設(shè)計(jì)時(shí)補(bǔ)充了這一部分，從而能夠更直觀地研究定滑輪和動(dòng)滑輪的作用。

三、聯(lián)系新舊知識(shí)掌握實(shí)驗(yàn)原理

前有“溫故而知新”，后有大單元備課，“簡單機(jī)械”作為一個(gè)大單元，里面的知識(shí)相互之間是有聯(lián)系的。就本課而言，前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了杠桿，學(xué)生已知用力臂大于阻力臂為省力杠桿，用力臂等于阻力臂的為無功的杠桿，用力臂比阻力臂小的為費(fèi)力杠桿。是否也可以用杠桿原理來說明，滑輪可以看作是一根旋轉(zhuǎn)的杠桿，固定滑輪圍繞著軸心旋轉(zhuǎn)，以軸為支點(diǎn)，而動(dòng)力臂和阻力臂則為車輪的半徑，因此，定滑輪本質(zhì)上是等臂杠桿，它不會(huì)省力，也不會(huì)費(fèi)力。而當(dāng)我們用動(dòng)滑輪提起重物的時(shí)候，滑輪是圍繞著掛繩旋轉(zhuǎn)的，這樣，支點(diǎn)就在掛繩和車輪的邊上，并且支點(diǎn)也是不動(dòng)地往上運(yùn)動(dòng)，重物掛在了滑輪的掛鉤上，阻力臂就是從輪軸到車輪的邊沿，也就是它的半徑，而用力臂就是車輪的另一邊到支點(diǎn)的這一邊，所以用力臂是阻力臂的兩倍，這樣就可以節(jié)省一半的力量。通過回顧舊知，從杠桿的角度向?qū)W生解釋為什么定滑輪只改變方向而不省力，動(dòng)滑輪省力而不改變方向，也為后面輪軸斜面等一系列新的知識(shí)做好了鋪墊。

四、參照主要內(nèi)容實(shí)施實(shí)驗(yàn)步驟

《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求我們?cè)诮虒W(xué)過程中要以學(xué)生活動(dòng)為科學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)，讓學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中經(jīng)歷實(shí)踐的過程，從而掌握科學(xué)知識(shí)。本課的教學(xué)方法利用課件、視頻等創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)活動(dòng)讓學(xué)生親身參與，由此來引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題產(chǎn)生思考，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)滑輪的作用及應(yīng)用，引領(lǐng)他們到生活中去學(xué)科學(xué)用科學(xué)。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

課堂導(dǎo)入是一節(jié)課最吸引人的環(huán)節(jié)。導(dǎo)入方式多種多樣，而對(duì)于科學(xué)實(shí)驗(yàn)課而言，選擇合適的導(dǎo)入方式有助于吸引學(xué)生的注意力，從而呈現(xiàn)一個(gè)生機(jī)勃勃的課堂。因此，我們要?jiǎng)?chuàng)設(shè)生動(dòng)的情境，將需要引入的內(nèi)容集中于仿真的情境氛圍，為提高學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐能力提供多種途徑。仿真情境能讓學(xué)生更好地了解知識(shí)，為學(xué)生提供貼近生活的、生動(dòng)的場景和故事，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)熱情，進(jìn)而提升他們的科學(xué)素養(yǎng)。在教學(xué)過程中，將仿真情境與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生能夠在仿真的環(huán)境中開展實(shí)踐活動(dòng)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)所學(xué)知識(shí)與技能進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用并不斷提高，還能掌握恰當(dāng)?shù)牟僮鞣绞胶图记?，從而增?qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力和實(shí)際操作能力。

本課由生活情境出發(fā)，由升國旗聯(lián)想到旗桿上有這么一個(gè)帶槽的輪子，能繞著中心旋轉(zhuǎn)，從而引出本課的課題——滑輪。筆者用實(shí)物引導(dǎo)學(xué)生在小組內(nèi)部進(jìn)行觀察，并對(duì)滑輪的構(gòu)造進(jìn)行描述，使其形象直觀、易于記憶。接著，根據(jù)教師創(chuàng)設(shè)的生活情境，讓學(xué)生自己思考如何通過滑輪提重物。學(xué)生樂于動(dòng)腦，很容易想到可以利用升旗的方法來提起重物，而使用動(dòng)滑輪的方法則需要教師來引導(dǎo)。通過改變滑輪的位置，可以讓滑輪和重物一起向上移動(dòng)?？偨Y(jié)兩種方法區(qū)別時(shí)提醒學(xué)生注意用力方向，從而加深了對(duì)兩組滑輪概念的理解，對(duì)兩種不同滑輪拉重物有初步感受，也為下面實(shí)驗(yàn)探究做好準(zhǔn)備?？偠灾?，情境仿真與實(shí)際操作，能夠使學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)與實(shí)際操作能力得到提升，而恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助他們更好地發(fā)揮自己的思維與創(chuàng)意，并在實(shí)踐中獲得更多的知識(shí)與技巧。

（二）實(shí)驗(yàn)探究，生成新知

科學(xué)課，尤其是實(shí)驗(yàn)課，最核心的部分無疑是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作。從布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)、介紹實(shí)驗(yàn)要求、提醒學(xué)生注意事項(xiàng)到輔導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)并分析討論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這一系列的過程考驗(yàn)的是教師的綜合能力。因此，在小學(xué)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，提升學(xué)生的參與程度，組織學(xué)生親自參與實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行研究，能有效提高他們的動(dòng)手能力和探索精神。實(shí)驗(yàn)教學(xué)能使學(xué)生在實(shí)踐中對(duì)科學(xué)知識(shí)有一定的了解，使抽象的知識(shí)得到具體的、形象的表達(dá)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就必須在《課程標(biāo)準(zhǔn)》的指導(dǎo)下，并非完全按照教材一成不變地進(jìn)行教學(xué)，而是可以設(shè)計(jì)與學(xué)生生活實(shí)際相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。一方面，可以就地取材，降低實(shí)驗(yàn)難度；另一方面，從身邊的具體事物入手，更容易讓學(xué)生接受，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

學(xué)生在上一環(huán)節(jié)對(duì)定滑輪、動(dòng)滑輪已經(jīng)有了初步感知，能大概猜測(cè)出定滑輪和動(dòng)滑輪工作原理的不同。在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)比性實(shí)驗(yàn)來研究滑輪是否省力，很快學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)：用定滑輪，用力的方向和重物運(yùn)動(dòng)的方向相反，方便提升重物，但不省力；用動(dòng)滑輪則用力方向和重物提升的方向相反，能省一半的力。這個(gè)實(shí)驗(yàn)僅憑單個(gè)學(xué)生完成難度較大，此時(shí)可以借助小組合作的方式來完成。在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，既要重視對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，又要重視開展小組合作、協(xié)同學(xué)習(xí)。在課堂教學(xué)中，教師可以通過小組活動(dòng)來提高學(xué)生之間的協(xié)作與互動(dòng)。

（三）學(xué)以致用，遷移拓展

沒有一門學(xué)科是與生活相分離的，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與我們的生活密切相關(guān)，它服務(wù)于我們的現(xiàn)實(shí)生活。因此，教師要將注意力集中在現(xiàn)實(shí)生活上，進(jìn)行應(yīng)用教育，幫助學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中提高自己的實(shí)踐能力。教師可以用真實(shí)的生活例子和案例進(jìn)行分析，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到，在現(xiàn)實(shí)世界中，所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用及其重要性，以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)科意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，讓他們主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)中來，對(duì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)保持濃厚的興趣和激情，只有這樣，才能更好地促進(jìn)他們?cè)趯?shí)驗(yàn)活動(dòng)中，提高觀察能力與分析能力。教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中觀察、分析身邊的事物，提高他們對(duì)問題的認(rèn)識(shí)與解決能力。

本課的最后部分，先提出問題，讓學(xué)生思考，再通過視頻初步認(rèn)識(shí)滑輪組，知道把定滑輪和動(dòng)滑輪結(jié)合起來，就組成了滑輪組，既改變了力的方向又可以省力，從而了解生活中滑輪的運(yùn)用。這樣，一方面拓寬了學(xué)生的知識(shí)視野，增加了生活常識(shí)；另一方面，也在學(xué)生心中播下工程思維的種子，知道科學(xué)知識(shí)在生活中的妙用。

綜上所述，目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)基于工程學(xué)的思想，與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，采取相應(yīng)的教學(xué)策略，確立實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解?shí)驗(yàn)原理、實(shí)施實(shí)驗(yàn)步驟、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新。作為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中應(yīng)該創(chuàng)造適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)場景，為學(xué)生提供大量的實(shí)驗(yàn)操作和參與的機(jī)會(huì)，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐運(yùn)用能力進(jìn)行培養(yǎng)，只有這樣，才能使學(xué)生的實(shí)踐能力持續(xù)得到提升，也才能讓學(xué)生適應(yīng)新的教學(xué)模式。此外，不應(yīng)忽視先進(jìn)科技的力量，課堂的時(shí)間總是有限的，教師要善于利用多媒體技術(shù)來提高課堂效率，只有多種方式齊頭并進(jìn)，緊密配合，才能更好地上好每一節(jié)科學(xué)課，推動(dòng)科學(xué)教育事業(yè)的發(fā)展。

【本文系2024年度宜興市教育科學(xué)規(guī)劃專項(xiàng)課題：“基于工程思維的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究”研究成果（YX-jsgr/2024/116）】

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