围绕技术与工程领域开展科学拓展课的教学实践

作者简介：焦静静（1987～），女，汉族，河南洛阳人，杭州市余杭区安良实验学校，研究方向：小学科学。

摘 要：科学教育的目的是提高学生的科学素养。基础性课程是重要的科学教学途径，但不是全部。拓展性课程也是科学教学的重要途径，能通过提高学生的学习积极性、自主探究学习的能力以及学以致用的能力，有效地发展学生的科学素养。另外，“技术与工程”领域的学习可以培养学生通过动手操作来解决问题的科学习惯，从而提升科学素养。然而，在小学科学教学过程中，拓展课设计存在质量不高等问题，不能很好地发展学生的科学素养。文章以《水力小车》为例，围绕“技术与工程”领域，按照制作—调试—分析改进—探究的模式，对教学内容进行了设计，将《运动和力》这一单元的知识与实际结合，学以致用，让学生体会“做”的成功和乐趣，从而提升学生的科学素养，并为小学科学拓展课教学设计提供参考。

关键词：科学拓展课；技术与工程；教学设计

中图分类号：G623.6 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2023）08-0011-04

一、 引言

科学拓展课开发的核心是科学实践活动，使学生经历科学知识与科学过程和方法的相互作用这一过程，提倡学生亲自“做科学”，亲自进行“科学探究”。小学科学课程标准强调“技术与工程”领域，凸显了技术与工程领域不可取代的地位。技术与工程领域的学习要让学生自主设计与实施，指导学生把认识转化为具体的实践行为，通过可操作的活动，体验技术与工程的过程，深刻地理解技术与工程对社会的影响，逐步把知识转化为解决实际问题的能力，以更好地适应未来社会发展的需求。

科学拓展课已在部分学校开发和实施，但已有的经验表明，由于教学内容选取不当、教学时间不充裕、实验材料准备不充分、教师备课粗糙等原因，部分拓展课存在质量不高、散乱无效等问题，导致拓展课并未完全达到预期效果。

文章针对拓展课质量不高、散乱无效的问题，以《水力小车》为例，围绕“技术与工程”领域，结合学生特点，对拓展课进行了设计，利用《运动和力》这一单元的反冲力等知识，引导学生制作水力小车并探究小车的运动，激发学生的学习研究兴趣，做到学以致用，进一步提升学生的科学素养。为广大小学科学一线教师设计科学拓展课提供参考。

二、 课程设计

技术与工程领域的教学内容要以一定的科学概念为基点，能够根据科学原理进行设计制作，形成一定的“产品”。在此过程中，培养学生不断改进和提升技术的科学思维能力，以及发现问题、解决问题的科学探究能力。文章以《水力小车》一课为例，按照制作—调试—分析改进—探究的模式，设计了以下教学内容：设计制作水力小车、调试水力小车和探究水力小车行驶远近与水量多少的关系。三项内容有机地结合在一起，串联成一个完整的设计制作、实践探究的科学学习过程。

（一）设计目标

科学拓展课的目的是进一步激发学生探究的兴趣，通过实践探索，培养学生动手动脑的习惯，开发学生的创造潜能，从而提升科学素养。技术与工程领域的学习，重在启发学生综合所学知识，实现各学科之间的知识融会贯通，对发现的问题，寻求解决途径，进行实践操作，通过亲自动手操作来解决问题。在动手操作的过程中体验科学技术的魅力以及对生活和社会发展带来的影响；在培养学生动手能力的同时，培养其综合应用知识的科学思维和创新思维，体会所学知识应用于生活实践的乐趣，激发其内在的学习动机以及对科学技术的浓厚兴趣，逐步提升学生的科学素养。通过设计科学拓展性课，让学生掌握动手—观察—分析—探究这一科学思维方法，结合科学知识，提升科学素养。

（二）设计方案

根据笔者多年教学经验，科学拓展课存在的问题有：学生对课程内容不感兴趣、探究不充分、学生实验参与度低下、学生实验探究盲目低效等。

究其原因，主要是所选课程内容脱离学生实际生活和学习，使学生感到陌生而无兴趣；课堂时间不充足，导致探究不充分，课堂不完整；实验材料的准备不够充分，与学生的实际动手能力不匹配，学生觉得太容易而失去挑战的兴趣或太难而失去信心，从而降低参与度；教学过程设计不合理，引导不到位，导致探究盲目低效。为了解决以上问题，笔者以《水力小车》为例，设计科学拓展课时采取了如下策略。

1. 灵活结合课内课外

为使学生对课程内容充满兴趣，笔者结合教材中所学《运动和力》这一单元的知识，作为补充和延伸，选取了《水力小车》一课内容，让学生对内容既有信心又充满热情。基于在教材內容《运动和力》这一单元中，学生已经学会了驱动小车的方法，比如，用气球驱动小车，用橡皮筋驱动小车，对力和运动，特别是对反冲力的作用有一定的了解，也对影响小车运动远近的因素有了一些探究，这些经验已为拓展课打下了坚实的基础。与教材中驱动小车的方法不同，本课选取了水力作为驱动小车的动力，是驱动小车的横向拓展，大大提高了学生的学习兴趣，让学生能信心百倍地投入新的课程中，也让学生真正做到学以致用，很好地发展了科学素养。

2. 合理调整教学时长

科学拓展课要想取得良好的效果，教师必须要大胆放手，给学生充足的时间与空间，让学生充分地进行自主思考与实践。而常规科学课一课时的时长是远远不够学生去进行深层次探究的。基于本课所选教学内容的课堂容量，为了提高科学拓展课的有效性，笔者打破了常规科学课一课时的时长所限，将本节课时长合理定为一小时。在这一小时的时间内，尽量展示出一节完整的制作—调试和分析改进—探究的凸显技术与工程的完整课堂。

3. 精心准备实验材料

科学课的教学，尤其是技术与工程领域的教学，材料准备是至关重要的一个过程，需要教师精心准备有结构的材料。为提高学生参与度，提高学生课外动手的积极性，引发学生利用身边常见材料进行实验的思考，实验应选取易获取、无危险性、操作难度较低的原材料。本节课结合教学内容以及学生的实际情况，笔者经过多次预实验和几轮试教后，选用了以下材料：塑料瓶、插有弯导管的瓶盖、车板、车轴、车轴插件、车轮、橡皮筋、打气筒、软管、两块质量分别为120g的铁片、三种不同颜色的磁力方片等。

经课前预实验，发现制作水力小车过程中存在的一些难点包括：导管和瓶盖的连接、固定以及密封性、导管的弯折、打气筒打气的一些细节问题等。为了让学生在课堂上节约时间，降低实验操作的难度，保证实验的高效性，一些材料教师应在课前进行加工。

根据预实验发现，确保水力小车运动的一个关键因素是导管喷水的持续能力，即需保证喷水过程中，随着水量的减少，导管底部始终能接触到瓶内的水，本实验需对硬质导管进行一定加工。为保证导管角度、尺寸的一致性，并减少实验过程中的危险因素，教师事先通过火烤后弯折导管的方式和用热熔枪密封，提前准備好有弯导管的瓶盖，并将统一尺寸和结构的喷口连接在白色硬质导管上，如图3a所示。

另外，为加强实验效果，让学生在往塑料瓶内充完气体后，清楚地知道是从白色软导管与瓶盖上直径稍小的喷口连接处拔掉，避免拔错位置造成喷水口直径不统一，本实验选用了白色软导管连接打气筒，专门与图3a中的黑色软导管加以区别，如图3b所示。

实验探究环节重视实验的严谨性，为了精确地进行探究，应该严格控制变量。为了让学生在课堂上节约时间，同时保持科学严谨的态度，本课中教师课前对一些材料进行了改进，并在课堂上引导学生理解材料改进的目的。

本课中，在探究水力小车行驶远近与水量多少的关系时，综合考虑探究时间以及教学侧重点等因素，选取了统一样式且容量合适的矿泉水瓶、规定了打入塑料瓶的空气量、合理选取了三种水量进行探究。另外，为了节约量取水量的时间，在塑料水瓶外用记号笔标注出对应水量的刻度，并用透明胶带粘在刻度上防止不小心被水破坏，如图3c所示。

探究水力小车行驶远近与水量多少的关系实验中，只有水量一个变量。为了保证车重不变，要通过加合适重量的物体的方法来实现。为了解决这个难题，笔者选择了质量为120g的铁片，通过120mL水+两块铁片、240mL水+一块铁片、360mL水不加铁片的方法来尽量保证车重不变，实现实验的公平性和严谨性。铁片装在水力小车上的位置也有讲究，装的位置不合适也会影响实验效果。通过研究，笔者在车板中央的两条空隙中用热熔胶固定两个小磁铁（如图3d），这样车板的上下两面分别可以吸引一块铁片，最终有效地解决了水力小车加载配重的难题。

实验过程中，在确保一定精确度的前提下，可选择一些具有直观性、趣味性的材料和方法，不仅能够大大提高学生的积极性，还能帮助学生更好地理解实验过程中的重难点，进而提高实验教学的有效性。

探究水力小车行驶远近与水量多少的关系实验时，学生要通过测量距离定量的分析远近，提前在地上画刻度或用尺子测量距离均较费时间，也没必要。笔者结合实验场地特点，让学生直接统计出水力小车行驶过的地砖数。实验后的数据交流研讨环节，让学生到白板上以贴磁力片的形式进行展示，一块磁力片就代表一块地砖。这样的方法既直观又增加了课堂的趣味性，效果很好。

4. 高效组织教学过程

为了能够高效达成教学目标，让学生能够真正地提升科学素养，笔者不断对教学过程进行优化，最终确定如下教学过程：

（1）聚焦

为激发学生的探究兴趣，同时将学生的关注点聚焦水的反冲力上，本课通过播放水上飞人表演视频的方式，利用水的反冲力引出课题。让学生明确当天的主要任务是用水的反冲力作为动力制作一辆小车——水力小车。

（2）探索与研讨

①设计制作水力小车

为有效引起学生的注意力，使学生能更好地认识材料的特性，本课通过材料的直观呈现，教师边出示材料实物，边说出名称的方式，引发学生的思考和设计。为了培养学生用科学知识和技术解决实际问题的能力，本环节设计了学生分组实验，让学生自主设计制作水力小车，在动手操作的过程中让学生自己发现问题，并积极思考解决问题的方法。通过完成产品后互相交流问题，让学生再次明确水力小车的科学知识和科学原理，以帮助学生进一步调试改进水力小车。

②调试水力小车

为了培养学生自我检查、解决问题的能力，又要为下一教学环节做好充分的铺垫，本环节根据调试水力小车时学生可能遇到的一些困难设计了水力小车制作工程自检单，如表1所示，并在学生已经尝试过制作水力小车的情况下，选择合适的时机，分发给学生，让学生对照实验指导单逐项对照自检，精准分析得失，总结经验与方法。此环节让学生经历了问题——原因——改进的流程，实际就是帮助学生经历一个不断改进的过程，最终让学生获得自信，体会成功的乐趣。

③探究水力小车行驶远近与水量多少的关系。

为了让学生体验使用自己制作的产品进行科学探究的乐趣，同时培养学生的观察、实验、推理、分析、概括等科学思维能力，本课在学生对水力小车进行改进后，设计了水力小车行驶远近与水量多少的关系的探究活动。为了让学生在课堂上节约时间并进行高效探究，教师经过课前的精心准备后，在课堂上规定了探究的水量。此环节让学生经历和体验一个完整的探究过程，感悟科学研究方法，培养科学态度和科学精神，使学生思维向深层次发展。探究的过程中综合应用所学知识，也实现了学科之间的融合，真正让学生的科学素养得以提升。

（3）拓展

为点燃学生继续学习的热情和引发他们进一步思考，再次让学生体会科学知识应用于生活实践的乐趣，本课最后一个环节设计了现场发射水火箭。利用现场发射水火箭带给学生的震撼，促进其深刻地理解技术与工程对社会的影响。

三、 结语

《水力小车》一课是笔者围绕技术与工程领域开展科学拓展课教学的初探，如何有效地开展科学拓展课仍需要不断深入探讨。科学拓展课的设计可以围绕“技术与工程”领域，将课内知识与课外探究结合，教师根据教学内容合理调整教学时长，精心做好课前准备工作，并不断优化教学过程，让学生充分自主探究，切实体会“做”的成功和乐趣，真正地参与其中，乐在其中，学在其中，从而提高学生的科学素养。

参考文献：

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