技术与工程领域课程及教学策略

江卫园

本文以《设计布置房间照明电路》一课为例，讨论科学、技术、工程的概念及三者之间的关系，并提出确定工程要素的方法，即在一节工程课中，学生应该进行基于科学的技术设计，并全面考虑施工过程的各种影响要素。最终，总结出工程课教学的设计方法。

问题的提出

2017年2月颁布的我国全日制义务教育小学科学（1～6年级）课程标准首次把技术与工程领域作为一个独立的领域提出来。以往由于技术与工程领域的内容没有明确在课标中提出来，所以教师们关注得比较少，进行深入研究的教师更是少之又少。也正因如此，很多教师并不清楚工程课的特点，也不会上工程课。

例如，在《简单电路》一课中，学生通过学习掌握了简单电路由电池、小电珠、导线、开关组成，当闭合开关时，电能够从正极出发经过用电器流回到负极，形成回路，小电珠就亮了；通过连接串联或并联电路让小电珠亮起来，并知道连接电路时导线需要按照电源正极—开关—用电器—负极的顺序连接，为连接实际电路做好准备；能够根据需要画出电路图，如一个开关控制一个灯的亮灭、一个开关控制两个或者两个以上灯的亮灭等。

在以往的课堂教学中，课堂延伸环节时，教师通常会请学生设计布置一个房间照明电路：1.出示一个纸盒子模拟需要布置照明电路的房间，并提出任务—请同学们根据学到的电路知识，设计一个房间的照明电路；2.学生确定在房间中布置灯泡的个数和开关个数；3.指导学生按照简单电路图连接电路，让小电珠亮起来，然后将电路粘贴在纸盒子中。

教师普遍认为这就是工程在科学课中的表达方式了。但这样的理解正确吗？工程课应具备怎样的特点？实施的策略又是什么？这些都是值得研究的问题。

工程课的特点辨析

出现上述课堂教学方式的主要原因在于教师们没有弄清楚工程的概念及科学、技术、工程三者之间的关系，尤其是技术与工程之间的关系，直接将工程当成了技术与模拟房间的简单拼凑，没有考虑本课工程要素所涉及的内容。

科学、技术、工程是既具有密切联系又具有本质区别的社会活动。工程是科学要素、技术要素、经济要素、管理要素、社会要素、文化要素、制度要素、环境要素等多要素的集成、选择和优化。即工程包括科学要素、技术要素和其他要素。

如何确定一节课中的工程要素 对于小学阶段的学生来说，像工程师那样设计并完成一个复杂的工程是不现实的，但是教师可以在教学设计中，通过对工程要素的分解，确定小学生能够理解、实践的工程要素，并在课堂教学中引导学生尝试进行工程设计与实践，使活动体现出工程的味道。以“设计布置房间照明电路”一课的工程要素确定为例进行说明。工程中涉及的各种要素，如上文提到的科学要素、技术要素、经济要素等属于专有名词，学生很难理解和掌握。对此，我们需要具体课例具体分析，根据活动内容去掉一些离学生比较远的内容，并把一些适合学生理解的要素转化为学生易懂的内容或者词汇。基于此，我们将“设计布置房间照明电路”一课的工程要素确定如下：

科学要素：在设计房间照明电路之前，学生已经掌握了正电和负电、电有正极和负极等相关知识；知道简单电路由电池、小电珠、导线、开关组成，当闭合开关时，电能从正极出发经过用电器流回到负极，形成回路，并能够通过连接串联或并联电路让小电珠亮起来；能够根据需要画出适合的电路图，如一个开关控制一个灯的亮灭，一个开关控制两个或者两个以上灯的亮灭。

技术要素：将平面的线路图在模拟房间内转化为立体的布线图，开关和灯的位置要符合人的需要；按照布线图的设计，将导线、开关、小灯泡和电池布置在模拟房间里，让灯亮起来。

工程要素：在“设计布置房屋照明电路”的工程中，要把社会要素转化为需要考虑人的需求、房间的功能等，再将经济要素转化为线路的位置、选择的材料、成本、安全等。同时，要让学生理解，工程筹划过程中考虑到的影响设计的要素越全面，设计得成功率就越高。由于不能给学生提供一个真实的房间进行设计，因此，我们提取了两个最典型的、在课堂教学中能够实现的要素：施工问题和安全问题，这是房间照明电路工程中不可回避的两个问题。因为房间照明电路的安全性直接影响居住者的安全，是工程的底线，施工问题决定着工程的快慢和成本。这两个问题表现在照明电路的设计规范中，是这样描述的：线路要走直线，拐直角弯，出回线路并排布置。

例谈工程课的实施策略

怎样在课堂教学中恰当地引导学生认识施工问题和安全问题两个工程要素呢？通过课堂实践，最有效的方法就是利用“重演律”，带领学生经历人类布设房屋照明电路的发展历程，从而掌握正确规范的电路布设方法。

现实生活中规范的照明电路布置，不论是简单一些的电路，还是复杂的电路，都不是从来就有的。从爱迪生发明了电灯，人类就开始了布置照明电路的探索历程。教师在教学中只是截取人们探索过程中的典型节点，引导学生发现、归纳出照明电路的布设规范。

初步认识技术的发展是为了满足人的需要 通过让学生找一找教室中开关和灯的位置，引导他们发现灯装在屋顶能够使教室到处都亮起来，开关装在门口边上，是为了进出门方便，从而意识到人们会根据自己的需要设计开关和灯安装的位置。通过这种方式让学生初步感受到设计的需求反映的是人的需求，人的需求没有止境，技术的发展也就没有止境，技术的发展是在不断满足人的需要。

建立科学与技术间的联系 教师提出问题：看到开关能够控制灯的亮灭现象，你认为用到了我们学过的哪些科学知识？学生会发现这和学习过的简单电路一样，闭合开关灯亮，打开开关灯灭。通过这个小问题，帮助学生建立科学知识和日常技术应用之间的联系，揭开照明电路神秘的面纱，同时认识到复杂的照明电路的基本原理也是他们所熟悉的简单电路。

初步设计房间照明电路 学生依据在电学单元学到的科学知识和对房间照明电路的推测，初步在模拟房间中确定了灯和开关的位置，然后画出了房间的照明电路。由于没有设计经验，学生在设计时出现了一些问题：在画简单电路图的影响下，学生连接开关和灯泡的電路导线也画成了环形的闭合回路，这个回路从门边的开关出发，沿着墙壁、房顶连接的灯泡上，然后途径另一经的墙壁、地面回到开关；有的学生设计了两盏、三盏灯，线路不沿直线画，出现了一面墙壁上有很多导线的现象等。教师此时并没有否定学生的设计，而是请学生按照自己的设计完成一个照明电路。当闭合开关的时候，灯亮了。孩子们看着自己的设计成果都高兴极了。通过学生的设计可以看出：学生并没有意识到自己设计的房间电路存在零乱现象，只是关注了灯能够亮起来，而零乱的线路很有可能会带来安全隐患。

引导学生意识到工程设计中的安全问题 教师将一个学生设计的走线零乱的电路展示给全体同学：现在我们开始装修房子，这么大一面墙，我打算做一面照片墙，你愿意帮助老师进行设计吗？学生上来后迟迟不肯用钉子钉照片，原因是怕在钉照片的过程中碰到电线有危险。教师追问：你认为房间里的线路应该怎样布置呢？这时学生们开始意识到要靠墙的四周布置，走直线，拐直角弯……已经考虑到设计房间照明时要注意用电的安全。工程的改进是一个不断完善的过程，而每一次的完善都是为了满足人们的需要。在设计中教师通过创设情境，使学生明白了照明电路的走线要能满足人们布置房间的需要，需沿着墙的四周铺设，还要走直线、拐直角弯，這样的设计还能使线路的布置更美观、更安全。

创设情境，引导学生意识到工程设计中的安工时问题教师请学生观察教室的墙面，他们并没有看到线路，这些线路哪里去了？通过教师讲解，学生了解到原来在施工的过程中需要通过挖槽将电线埋在墙里。开始“施工”时，小工程师又发现了新的问题：照线路沿墙的四周布置，走直线拐直角弯施工，但挖槽长、费工又费力，怎么办呢？学生经过讨论提出，可以把线路一侧的线与另一侧的线重合，省工省时还便于查找线路。此时学生们又注意到了施工的需求，省工省时。此外，由于现实生活中的照明线路都埋在墙里面，学生是看不见的，为了帮助学生更直观地观察，授课教师用泡沫板制成了一面墙，在墙上开出走线的线槽。学生看着模拟墙和线槽，就像看到了真正的墙的内部一样。这个情境的创设，有效地帮助学生解决了施工工时的问题。

其实，这两次的施工改进，都是人类在设计房间照明电路的历史上经历的重要事件节点，教师通过创设情境便成功带领学生经历了这个过程，既总结归纳出了房间照明电路的布线施工规范，又意识到了为什么要制定这些规范，还培养了解决实际问题的能力。

总之，工程是以科学和技术为基础的系统性工作，在这个系统中，科学是工程的理论基础，技术是工程的基本要素，除此之外，工程中还包含其他要素，如安全、管理、环境、材料等等。即在一节工程课中，学生应该进行基于科学的技术设计，并全面考虑施工过程的各种影响要素，这样的课就具有了工程的特点。

而工程课的设计方法还是要回到工程的要素上：首先，确定一节课的科学要素、技术要素和典型的、适合课堂教学的工程要素；其次，建立科学要素和技术要素之间的关系；再次，进行工程课设计；最后，依据工程要素对设计进行改进。

（作者单位： 北京市通州区永顺镇中心小学）