“技术与工程”领域教材设计

李伟臣

2017 年颁布的《义务教育小学科学课程标准》（以下简称《课标》）新增了“技术与工程”领域的学习内容，旨在让学生综合所学的各方面知识，体验科学技术对个人生活和社会发展的影响，体会“做”的成功和乐趣，养成通过“动手做”解决问题的习惯。技术与工程教育始于美国，其主要目标是为了培养理工科人才，提升国家的科技实力。当前美国、日本及一些欧洲发达国家把技术与工程教育作为一种综合的教育模式——STEM（科学、技术、工程和数学），在不同的教育阶段与科学课程相互融合加以实施，取得了很好的效果。人教鄂教版小学《科学》教材借鉴和吸收了国内外STEM教育的经验和研究成果，通过STEM 单元将传统的科学教育和技术与工程教育融合在一起，培养学生的创新能力和工程思维。

技术与工程单元内容及分布《课标》关于“技术与工程”领域有三个主要概念：

16.人们为了使生产和生活更加便利、快捷、舒适，创造了丰富多彩的人工世界。

17. 技术的核心是发明，是人们对自然的利用和改造。

18.工程的关键是设计，工程是运用科学和技术进行设计、解决实际问题和制造产品的活动。

这三个主要概念又分解为若干个子概念，分别在小学低、中、高不同阶段进行学习。这三个主要概念涉及技术、工程与生产、生活的关系，体现了对技术的理解，以及技术与工程的核心能力“设计”“制造”和“解决问题”。为了落实《课标》中“技术与工程”领域的学习目标，人教鄂教版小学《科学》教材结合自身特色，在每一册的最后一个单元安排了一个“技术与工程”领域单元，共计12个STEM 单元（见表1）。

这些STEM 单元严格遵照《课标》要求，按照学习进阶的方式，分成低、中、高三个阶段实施。在同一年级段，各单元对应的学习目标有一定的侧重，具体表现在“设计能力”“制作能力”“科学探究”和“对技术和工程的理解”的逻辑上升上。例如，在低年级有《制作小物品》《制作指南针》《制作小船》《从自然世界到人工世界》四个单元，《制作小物品》作为技术和工程的起始单元，主要让学生认识一些工具和学习使用工具，为以后各个单元的制作产品打下基础。小物品的结构比较单一，设计比较简单，随意度较大，学生可以用简单的草图表达自己的设计意图。《制作指南针》中的指南针相对于制作的小物品来说，结构更加复杂，需要选择一定的材料进行设计，涉及的科学知识也更多，难度有所提升。在《制作小船》单元，制作的小船结构更为复杂，每个结构和功能都有一定的对应关系，对设计和选择材料有更高的要求。最后的《从自然世界到人工世界》单元，让学生在前三个单元學习的基础上，对技术和工程有进一步的理解，了解技术与我们生活、社会的关系，了解发明创造的意义。在不同的年级，STEM 单元具有一定的进阶性：根据《课标》要求，按照“ 科学探究”“ 设计能力”“ 制作能力”和“ 对技术和工程的理解”四个梯度层层递进、循环上升，最终达成学习目标。

STEM 单元的编写思路

技术与工程教育注重和生活的联系，注重问题的解决，重视设计和测试在工程中的作用，多采取项目学习的方式进行，学习评价更加开放、多元。基于技术与工程教育的特点，人教鄂教版《科学》教材的STEM 单元在编写上注重创设真实的情境，通过生活情境引出问题，围绕问题或任务开展探索，在科学探索的基础上进行工程设计、制作或解决问题。这个过程可以反复进行，通过测试和评议反馈信息，不断改进，直到完成项目并进行项目评价（如图1）。

与其他单元不同，STEM 单元用同一个情境贯穿始终，创设的情境来自学生的生活，这也和本套教材注重学生生活经验圈这个线索相吻合。12 个STEM 单元的情境都基于学生的生活经验圈，从家庭和身边的问题，到学校、社区的问题，再到对田野和浩瀚宇宙的探索，由近及远，按照学生的生活经验圈逐渐扩展。引出问题后，利用研讨、观察、调查、实验等手段寻找解决方案，在此基础上产生设计方案。

不同年级对设计能力有一定的进阶性：低年级在给定材料的基础上，利用草图、简笔画或口述的方式进行设计;中年级结合设计草图，搜集材料和工具，进行研讨并修正自己的设计;高年级结合经济成本、环境、社会效益等多种因素进行设计，对一个系统工程进行考虑。工程设计、产品制作、测试和改进可以反复进行，根据测试反馈问题解决的情况，不断修正自己的设计和制作，直到最终的评价。

例如，《制作小船》单元，单元起始结合学生的实际生活，提出问题：我们都见过哪些船？想不想制作一个小船模型？然后明确任务：小船模型具有船的基本结构;能够平稳行驶;可以承载一定的重物。学生围绕这些要求开展探索：观察船，了解船的基本结构。

在给定的材料范围内选择材料，画出船的草图并说明是用什么材料制作的。进行制作，制作完成后进行测试。如果测试发现有问题，再修改自己的设计。

对制作的小船模型，从完成任务、创新、美观、小组合作等多个角度进行评价，评价不分等级，突出多元化，让学生获得成功的体验。教学活动和课时安排见表2。

与《制作小船》单元类似，其他11 个STEM 单元也是按照项目学习和问题解决的模式进行设计，一般安排5～6课时进行教学。STEM 单元在教材体系中的作用人教鄂教版《科学》教材将“ 技术与工程”领域的学习内容以单独的STEM 单元进行设计，主要基于以下目的：

1. 凸显技术与工程教育的重要性，更好地实现课程标准的学习目标

学生动手能力、解决问题的能力偏弱，创造性不足，是我国基础教育普遍存在的问题。多年的研究和实践表明，STEM 教育在培养学生这些能力方面具有无可替代的作用。人教鄂教版《科学》教材将技术与工程作为一个个STEM 教育单元进行设计，强化并凸显其价值。通过动手与动脑相结合的STEM 活动，培养学生的实践能力和创新能力，在问题解决的科学实践中体会科技与生活、科技与社会之间的关系，最终实现课程标准的学习目标。