教学新视角：“是什么”和“做什么”

勇辉

【摘要】正确认识科学探究与工程实践活动的差异与联系，能帮助教师获知开展各类教学活动的意义与价值。而在小学科学教学中，把科学探究与工程实践进行有效整合，更有助于学生理解客观规律和自然现象，提高批判性思维和解决实际问题的能力。

【关键词】课堂教学 科学探究 工程实践

小学开展科学教学的目标是培养学生的科学素养，创新精神和实践能力。不仅要求学生初步具有对科学本质的正确认识，技能态度的习得与养成，还要求其对科学在生产生活中的应用与优化，甚至限制条件、安全伦理、成本意识等都有一定的思考与理解。科学探究与工程实践如同开展科学教学的左右双翼，各有侧重又相辅相成。下面，笔者从比较研究的角度阐述科学探究与工程实践两者之间的差异，并用案例的形式介绍自己在课堂教学中将科学与工程技术整合的一些心得体会。

一、科学探究与工程实践的差异解析

在我国近年的科学教育中，工程实践活动曾被一度冷落。但随着人类社会的智能化进程及世界政治经济的加速发展，越来越多的国人认识到工程活动对培养创新型人才的重要性。因此，《义务教育小学科学课程标准》在原课标物质科学、生命科学、地球与宇宙三大领域的科学内容基础上新增了技术与工程学，用纲要性文件形式确立了工程实践在科学教学中的作用和地位。

1.目的与任务的差异

科学探究的目的是认识自然世界和人类世界，解释真实现象，揭示客观规律，即解决“是什么”“为什么”的问题。小学生进行科学探究，主要是初步了解与他们认知水平相适应的一些基本科学知识，如研究空气的性质与风的形成原因。同时，通过对自然世界及人类社会中现象规律的观察学习，掌握一些认识事物的方法，树立严谨求实的科学精神。

工程实践的目的是改造世界，将头脑中的观念想法转化为客观事物，实现人类对自然物和自然力的利用，即解决“做什么”“怎么做”的问题，学生学习工程实践，是为了掌握运用已有知识，有针对性地、有创造性地解决人类问题的方法。如利用热空气往上升的原理制作一个走马灯，使用结构学知识搭建一个更坚固的高台。

2.过程与技能的差异

科学探究的过程一般为提出问题、做出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价。如研究风的形成原因时，学生先做出基于经验的猜想，并尝试把装有冷热空气的集气瓶上下位置进行交换，通过观察瓶内烟的流动方向，推测出冷热空气的流动路径。学生进行基于认识客观世界的科学探究，侧重于养成良好的观察实验能力、数据分析整理能力，以及严密的逻辑推理等技能。

尽管各种工程实践的特征各异，但在很多环节上都存在共性，大致为“目标一计划一实施一反馈一修正”的循环模式，具体表述是：确定问题；形成多种合理的解决方案，分析解决方案；测试评估，并改进解决方案；交流观点，优化方案。学生学习工程实践，更侧重于创新潜能的开发、批判性思维的发展、决策能力的锻炼，以及多元整合应用能力的提升。

3.成果与评价的差异

科学探究获得的最终成果主要以知识理论体系呈现。尽管随着新证据的增加，通过科学探究获得的科学知识会不断完善和深入，甚至会发展变化，但在一定时期内仍较稳定，且具有公共性和共享性的特点。因此，对科学探究的评价标准基本为是非正误，以当时大家认可的真理为准绳。如学生通过对比实验，获得一个确切的结论，例如“三角形支架是最稳固、结实，所用材料也最少的。对于不稳定的结构，可以通过架梁的方式增加其三角形结构，使它变得稳定。”

工程活动追求质的提高，工程达不到预期目标就意味着活动的失败，即遵循“成与不成”“好与不好”的评价标准。如学生利用教师提供的材料制作一座桥梁结构，评价标准为：“该结构的中间点上必须能承重50克砝码，且該结构的跨度越大越好。”而在后期的评比结果中，就是按作品跨度的长短进行了排名。

二、科学探究与工程实践的融合共生

尽管学生在进行科学探究与工程实践时存在目的和任务、过程和技能、成果和评价方面的诸多不同，但我们也清晰地看到两者之间的紧密联系，工程实践必须建立在科学认识的基础上，而科学认识又往往需要在工程实践中才能获得。只有将科学探究与工程活动进行有机结合，才能充分体现从实践到理论、又从理论回到实践中去的认识论观点，才能真正体现生活中的科学、科学中的生活理念。因此教师在开展科学课程的教学时，应有针对性地选择一些资源，把科学现象规律、科学方法技能应用到现实世界中，通过参与设计、制作优化等工程实践活动，让学生更加清晰地认识自然、改造自然、融合自然，进而创造出更加美好的人类世界。

1.基于教材的整合活动

小学科学课程是一门实践性很强的课程，强调学生从熟悉的日常生活出发，经历丰富多彩的实践活动。目前教材处于新旧交替的过程中，老教材以科学探究方面的教学内容居多，且因这一年龄段学生具备的知识经验较为浅显，操作技能和思维能力也相对薄弱。因此，教师在课堂教学中组织开展的工程实践活动应简单易行，增强学生对知识理解与实践应用的信心，获得制作产品的经历和体验，以此培养他们创造性地分析现实问题、解决实际问题的能力。

《怎样移动重物》是苏教版科学五年级下册第一单元《神奇的机械》中的一课，本课的主要内容是引导学生通过对平衡尺的实验研究，认识杠杆的特点与作用。作为一种利用动力学的工具装置，学生对生活中的杠杆并不陌生，但如果在科学探究的基础上加入实践环节，制作一个应用杠杆原理的器物，会促使学生更好地体会杠杆的用途与价值。“做一把杆秤”便是基于此思考的一项工程实践活动，要求制作一把小杆秤，并能较精准地称量一下身边小物品的质量。活动环节：（1）了解杆秤的各组成部分及使用方式：（2）制定活动方案，以小组为单位设计杆秤各部分的所需材料及制作步骤：（3）交流讨论，分析方案的可行性，尤其是对刻度标示方法进行头脑风暴式的探讨；（4）制作一把杆秤，学生在材料超市中自主选择所需的制作材料，利用杠杆原理进行制作，同时标记整个秤杆上的刻度：（5）作品评价，学生通过在秤盘内增加一定数量的螺母，测试杆秤的实用性及精准度；（6）改进优化，制作更为精准美观的杆秤。

在“做一把杆秤”的工程活动中，学生始终能热情高涨地进行方案设计，制作成品，测试效能，他们非常乐于参与这种形式的实践活动。利用简单的工具和材料，设计、制造属于他们的杆秤，从某种意义上来说，他们是最优秀的“工程师”。而如何标识零刻度，如何在支点改变后确定称量刻度的起点，如何寻找杆秤的刻度规律等关键问题的解决更是对学生智慧的终极挑战，拓展了他们的思维空间，提升了思维层次。同时，本次实践活动也凸显出学生与同伴之间的交流、交往与合作意识。

2.拓展性教学课程活动

拓展性课程是基础性课程的拓展与延伸，因其有相同兴趣爱好的学生，有相对宽松的教学氛围，也有更为宽泛的活动选题，学生很容易在这样的实践活动中发挥自身优势，获得能力提升。而在拓展性课程活动中加入工程实践的元素，更能满足学生多样化和个性化发展的需求，

“小车向前冲”是我校开展的一项拓展性工程活动。活动伊始，教师先鼓励学生参与一个关于橡筋动力小车的科技竞赛。然后从制作与测试两方面作规范要求：（1）在规定时间内完成橡筋动力小车的制作和调试，保持零部件的完整无缺；（2）测试场地为一块长10米、宽1.5米的长方形赛道，以车头驶出为起点，停止而结束，小车行驶过程两点间的直线距离为测试成绩。接下来是学生两人小组进行团队合作探索。

第一步，使用提供的模型材料包进行拼装，这个环节更多的是体现技术层面的提升，学生需要解决用沙皮纸打磨零部件的厚薄宽窄，用黏结剂对一些重要部位进行黏结加固，用橡胶管固定轮轴的相对位置等诸多制作问题。

第二步，对小车进行调试，即“如何让小车行驶的距离更长”。学生根据已有经验，认为只要把橡筋打转的圈数绕得越多，给予小车前进的动力就越足，小车行驶的距离就越远。但当他们真的这么做时，却发现了不一样的现象，橡筋转数多动力自然更足，但在行进过程中却容易走偏，甚至出现打拐调头现象，影响测试成绩：如果减少橡筋圈数，小车能跑直线了，但因动力不足又行进得不夠远。由此可见，小车行进距离的远近与行进路线的曲直程度跟橡筋动力的大小都有关系。如何使小车行驶的距离够远、路线够直，从而获得期望的结果，工程设计的价值就在这里得以体现。学生需要像工程师一样，学习用系统论的方法来比较可选性，根据实验数据制订方案，并反复进行分析、质疑，不断修正自己的设计，直至获得最佳方案。

本次活动中，学生通过查阅资料并实验分析，发现左右轮子之间的距离会影响小车行进的路线，即“当左轮的轮轴短时，车子就会向左拐，而右轮的轮轴短了车子就会向右偏”。在顺利解决行驶路线的曲直问题后，学生又把研究方向定位在橡筋打转的圈数上，希望寻求适宜的圈数以达到小车直线前进的足够动力。在此期间，学生综合所学各方面的知识信息，认真观察诸因素之间的关系，通过反复多次的改进调试，再改进再调试，最终获得了小车向前冲的完满结果。

加强科学探究与工程实践之间的相互整合，有助于学生更好地认识客观规律和自然现象，获得工程技术、创新实践的深刻体验，并逐步养成严密的逻辑推断能力。我们进行教学的目标是引导学生参与到能更好地反映科学本质和过程的重要活动中，而不是进行简单的实践去寻找已确认结果的支持性证据，抱元守一，一切为了提升学生的科学素养。