创新技术与工程领域“工具内容”教学

◇徐文达（山东：临沂市教育科学研究院）

“工具内容”在学科内容划分上隶属技术工程领域，是现行小学科学课程的一项重要内容。“工具内容”的教学，通过对常见工具的操作与使用，让学生了解“工具是一种物化的技术”，认识“人们的生活离不开各种工具，工具是人的力量的一种延伸”，激发学生科学探究的兴趣，提升动手探究的能力，对学生科学素养的培养具有不可替代的作用。受传统教法的影响，人们对“工具内容”的教学还存在认识不足、重视不够、实践不深入等不良倾向。怎样落实科学课程标准有关“工具内容”教学的要求，努力提升教学效果呢？下面以青岛版小学科学教材三年级上册《天平》一课的教学为例，谈谈“工具内容”教学的实施策略。

一、以自主探究为手段，让学生在“工具学习”中不缺席

工具使用方法的学习是“工具内容”教学重点之一。工具的使用方法，有的比较简单，有的比较烦琐。由于认识上的不到位，一些教师教学时，常常采用将工具使用方法直接告诉学生的做法，要么让学生背诵使用方法条文，要么跟着教师亦步亦趋地操作，不给学生自主探究的空间与时间。这种灌输式的方法忽视了学生学习的主体地位，严重挫伤了他们学习科学的积极性。“探究式学习是学生学习科学的重要方式。”工具使用方法的教学也应立足探究，引导学生自主学习。

（一）给足空间时间，自主探究方法

小学生的年龄特征决定了他们具有强烈的探究欲望。他们对如何正确使用工具充满了好奇，都想动手操作。教师应在确保学生人身安全、工具安全的前提下，给足学生探究的空间与时间，让学生通过观察、触摸、尝试等方法，熟悉工具每一部分的结构、特点及使用方法等。在《天平》一课的教学中，有位教师在教学时，直接把教学用的天平发给各个小组，并鼓励学生在小组长的带领下，利用各种感官、采用各种方式，自主探究天平的使用方法。学生兴趣盎然，争先恐后地观察天平的结构及各个部分的形状、大小、位置；亲手触摸天平的各个部分，并试着转动平衡螺母，调节平衡，感知平衡的规律；热烈讨论感兴趣的话题。在学生充分探究的基础上，教师就学生遇到的具体问题、疑惑，进行指导、引导，帮助学生掌握天平的使用方法。

（二）搭建脚手架，助力自主探究

对小学生而言，有的工具相对熟悉，有的工具相对陌生。对一些比较陌生、操作要求比较高、自主探究有困难的工具，教师应该结合学生的特点，搭建有效的脚手架，助力学生自主探究。脚手架的搭建有很多方式，如，内容检索式，即把工具使用方法用不同方式呈现出来，如，纸质呈现、音像呈现、网址提供等，在学生需要的时候，供他们自主检索；再如，问题引导式，即根据工具具体使用方法，教师提前设计一系列相关问题，形成“问题探究链”，引导学生思考，逐步深入，层层逼近，最终达到目标。在《天平》一课的教学中，由于天平使用方法比较烦琐，有位教师采用内容检索的方式搭建脚手架：在学生探究前，为每个小组准备了纸质的“天平使用说明书”，将天平各部分的名称、功能、操作方法、注意事项一一列出，然后鼓励学生自主探究，并提醒学生在探究遇到问题时，随时可查询该说明书。另一位教师则采用问题引导的方式搭建脚手架。他设计的“天平使用方法问题探究链”是：A.用天平测量物体的质量，首先要调节天平的平衡。怎样调节平衡？调节时，游码应怎样调节？平衡螺母应怎样调节？平衡时，指针应指在哪？B.用镊子夹取砝码时，要注意什么？C.当放入最后一个砝码超重时，又该怎么做？D.怎样在天平上读出物体的质量？这个“问题探究链”层次清晰，环环相扣，益于学生学习思考。以上两节《天平》课，通过“天平使用说明书”“天平使用方法问题探究链”的助力，学生都高效地完成了学习任务。

二、以目的渗透为措施，让学生感悟工具与生活的联系

工具的产生、使用与人们的生活密不可分，“工具内容”教学要引导学生“知道使用工具可以更加精确、便利和快捷”。由于理解得不深入，一些教师教学时，常常重视工具的构成和使用方法的教学，而忽视“工具为何产生”“工具使用后的结果如何”等内容，造成了工具使用目的缺位，割裂了科学与生活的联系，让学生“只知其然，而不知其所以然”，大大降低了学生学习科学的兴趣。

（一）情境创设，感知工具产生的必要性

当人们在生活中遇到问题力所不及时，就需要借助工具来解决，工具也就由此产生。工具是在怎样的情境下产生的呢？教学“工具内容”时，教师要精心创设问题情境，让学生感知工具产生的必要性，体会工具与人们生活的关系。创设的情境要具体真实，贴近生活，让学生容易接受、便于感知；情境中的认知冲突要典型、突出，对冲突中的问题，学生依据已有的生活经验、现有的外部条件没有办法解决。在《天平》一课的教学中，有位教师创设了比较体积相近的两枚鸡蛋质量大小的问题情境。课堂教学中，学生围绕“区分两枚鸡蛋质量大小”这一问题，或用肉眼观察体积大小的方法，或用手掂质量轻重的方法进行比较，结果这些估测得出的结论因人而异，很难一致。经过多次实践后，学生一致认为，这种只靠人的感觉器官进行比较的方法无法解决这一问题，由此产生“要解决问题，得到更精确的比较结果，必须借助工具”的结论。

（二）数据对比，体验工具给人们的帮助

工具是人力量的延伸，它的使用可以让结果更加精确、生活更加便利。教学时，必须让学生体验使用工具给人们生活带来的帮助。数据对比是实现这一目的的重要方法。在《天平》一课的教学中，一位教师就是利用数据对比的方法验证用天平测量物体质量的精确性。上课伊始，他拿出一枚鸡蛋，问学生：“这枚鸡蛋的质量是多少？”让学生先用手掂掂这枚鸡蛋，估测一下它的质量，并记下数据。学生情绪高涨，积极行动，但不同学生的估测结果不一。在学习完天平的使用方法后，让学生再用天平测量一下这枚鸡蛋的质量，并记下数据。最后，他让学生把估测得来的数据与天平测得的数据进行比较。通过数据对比，学生真切地体验到用天平测量物体质量比人估测更加精确。

三、以学科融合为导向，让学生核心素养得到长足发展

“科学课程是一门体现科学本质的综合性基础课程”，课程性质就表明本课程是由多门学科统整而成，它的教学势必涉及学科融合。同时科学也倡导跨学科学习方式，让学生在真实的问题情境中，运用多学科知识分析问题、解决问题，促进学生创新精神、实践能力的发展。“工具内容”是组织学生跨学科学习的绝佳载体。日常教学中，由于大多数教师课程意识不强，或认识不到位，或不敢尝试，从而造成“工具内容”跨学科学习的缺席，致使该内容应有的促进学生核心素养长足发展的效能没有得到有效落实。在“工具内容”教学中，教师应转变观念，勇于实践，强化学科间的资源融合，深入推进跨学科学习。

（一）尝试原理探究，深度融合科学与技术

小学科学教材中，“工具内容”部分的课程大多设计为工具使用方法的学习。教学实践中，教师也多围绕工具使用方法进行教学，不敢越雷池一步。要敢于打破教材的结构，突破教材的束缚，善于“用教材教”，促进学生核心素养的发展。任何一件工具都蕴含一定的科学原理。在“工具内容”教学时，可以尝试将方法学习与原理探究相结合，把科学与技术有机融合在一起。在《天平》一课的教学中，学习天平使用方法后，一位教师组织学生思考：“天平是测量物体质量的工具，它为什么能够测量物体的质量呢？”以此引导学生进行天平原理的探究。探究中，这位教师先引导学生思考：“天平在什么状态下，我们才可以读出重物的质量？平衡时，重物的质量与砝码的质量有着怎样的关系？左、右托盘到天平中心的距离有着怎样的关系？”然后组织学生观察天平的结构特点；再由天平的特点引出杠杆尺，引导学生围绕“怎样让杠杆尺平衡”这一问题，寻找杠杆尺平衡的规律；最后，引导学生结合已探究到的科学知识解释天平的原理。通过上述探究活动，学生自然而然地明白了天平是一种等臂杠杆，是依据杠杆原理制成的。

（二）尝试工具制作，组织STEM 课程学习

“科学、技术、工程与数学，即STEM，是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，它将科学、技术、工程、数学有机地融为一体，有利于学生创新能力的培养。”“工具内容”教学的目的不仅仅是让学生学会工具的使用方法、正确使用工具，还要充分挖掘“工具内容”多方面的教育价值，发挥其多方面的育人功能。教学中，要结合具体内容与学生生活实际，以工具制作为突破口，积极融合多学科资源，创造性地组织学生开展STEM 课程学习。在《天平》一课的教学中，学生学会正确使用天平后，一位教师利用多个课时，鼓励学生自制一架简易天平。怎样制作简易天平呢？他引导学生从以下几个方面进行探究与实践：“天平的原理是什么”（天平制作的前提、依据）；“想制作一架怎样的天平”（天平制作开端，重在引导学生设计并画出自己想要的天平的样子）；“用什么来制作天平”（天平制作的具体实施，重在引导学生选择什么样的材料更符合自己的要求，用这些材料怎样制作出天平）；“制造的天平样品是否合适”（天平样品的实践检验，重在引导学生通过测量物体的质量来检验天平的科学性）。以上几个方面的实践，涉及科学、技术、工程、数学等诸多领域，有利于学生核心素养的发展。

总之，“工具内容”的教学既要体现课程标准的要求，遵循小学科学教学规律，也要创造性地“用教材教”，充分发挥其育人功能。