科学与工程、技术整合教学的途径探索

勇辉

摘要：科学与工程、技术整合是基于学生发展核心素养的要求，也是义务教育新课标的要求，需与现行的科学教学进行整合，有四条整合途径——以科学知识为切入点进行整合、以问题解决为出发点进行整合、以项目研究为立足点进行整合、以工程素养为归宿点进行整合。

关键词：整合教学;科学;工程;技术;小学科学教学

中图分类号：G623 文献标志码：A 文章编号：1673-9094（2019）05B-0044-03

一、科学与工程、技术整合的缘起

（一）学生发展核心素养的要求

2016年9月13日，《中国学生发展核心素养》发布，以科学性、时代性和民族性为基本原则，以培养“全面发展的人”为核心，分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养，具体细化为国家认同等18个基本要点。各素养之间相互联系、互相补充、相互促进，在不同情境中整体发挥作用。具体就是指学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。小学科学是实现科学精神和实践创新的主要学科，把科学与工程、技术等整合起来进行教学是学生发展核心素养的必要条件。

（二）义务教育新课标的要求

2017年2月，教育部颁发了《义务教育小学科学课程标准》，首次增加了技术与工程领域的内容，并且在课程性质中明确“小学科学课程是一门综合性课程”[1]，在实施建议中也提出“倡导跨学科学习方式。科学（science）、技术（technology）、工程（engineering）与数学（mathematics），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。科学教师可以尝试运用于自己的教学实践”[2]。因此，从学科性质定位和实施建议来讲，如何把科学、工程、技术等进行整合教学也是新课标对我们小学科学教师提出的要求。

二、科学与工程、技术整合的途径

（一）以科学知识为切入点进行整合

课程标准中关于“工程与技术”的内容描述为“人类观察自然、研究各种现象产生和变化的原因而产生科学，科学的核心是发现;对科学加以巧妙运用以适应环境、改善生活而产生技术，技术的核心是发明;人类为实现自己的需要，对已有的物质材料和生活环境加以系统性的开发、生产、加工、建造等，这便是工程，工程的核心是建造。运用科学、技术和工程，人类创造了丰富多彩的人工世界。”[3]由此可见，纷繁复杂的人工世界首先是建立在科学知识和规律上的，人们利用这些知识与规律进行巧妙运用，开发制造出自己需要的产品。因此，以科学知识为切入点与技术、工程进行整合，是我们科学教师在日常教学中可以利用的途径之一。

笔者在教学“铁钉生锈了”这一课时，学生通过对比实验得出铁钉生锈的原因是因为潮湿与有氧，这属于科学知识，而利用这些科学知识进行如何防止生锈的设计，这属于技术，真正去操作实施则是工程。为了让这节课的科学知识内化为学生的本领，笔者布置了一道家庭作业：每位学生领一根崭新的铁钉，回家后利用今天所学的科学知识，想办法不让这根铁钉生锈，看一看谁的办法最好。第二天，他们就带来了各种应用结果，有的在铁钉外面涂了油漆，有的把铁钉浸泡在大豆油里，有的把铁钉放在了抽成真空的收纳袋里，还有一个学生把铁钉插在了装满生石灰的瓶子里。所有这些办法，都体现了学生应用科学知识进行设计和操作实践，而这恰恰体现了科学与技术、工程整合的结果。

（二）以问题解决为出发点进行整合

“问题”是科学探究的起点，一个好的问题能带给学生思维的方向和动力，更能给学生带来无穷的力量。在小学科学教学中，教师要结合学习与生活中遇到的困难，讓学生自己提出有用的问题。爱因斯坦认为，提出一个问题比解决一个问题更重要。而一旦一个好问题提出来后，在解决问题的过程中我们要注重学生的自主探究，引导学生紧紧围绕问题开展设计、制作、改进等一系列的活动。

在教学苏教版科学六年级下册“共同的家园”单元后，关于保护动物这个话题，有学生提出他爷爷喜欢养鸟，但每天收拾鸟粪却是个麻烦事，有什么办法能既方便又干净地收拾鸟粪呢？笔者一听，马上就认为这是一个学生自己能研究的非常好的问题，建议他们可以从材料、机械等几个方面去考虑如何解决这个问题，并且给他们一个星期的时间去完成。于是在这一个星期里，学生首先从收集鸟粪的材料做起。他们比较了报纸、硬纸板、塑料纸以及保鲜膜等，最终选择了保鲜膜，因为保鲜膜便宜易得，又不渗漏，而且他们还在家长的带领下，比较了PE、PVC、PVDC三种材质的保鲜膜，最终选取了轻薄、结实，吸附能力强的PVC。在安装上他们也颇动了一番脑筋：先是在原来鸟笼的底板一边焊接了一根钢管，把整卷保鲜膜安装上去，在另一边也焊接了一根钢管，并且附带焊上了一根钢锯条，这样便于抽位和割断，但这也出现了一个换装不方便的情况。学生们居然想到了磁铁的性质，于是他们用钢筋焊接了一个架子作为底板承载保鲜膜，并且用磁条直接吸附在鸟笼底，这样就解决了换装的烦恼。

一个星期的时间，学生把科学的基础知识运用到实际生活中，遵循设计、比较、选择、改进等一系列的工程建造规则，真正把科学、技术和工程融入实际生活的解决问题中来。这样的以解决“问题”为出发点的整合行为，真正培养了学生的创新精神与实践能力。

（三）以项目研究为立足点进行整合

项目化学习不是一个新名词，小学科学教学中的项目化学习则是在大力推广STEM教育的背景下应运而生的，特别是新课程标准中增加“工程与技术”内容后更是把它喻作是整合教育的最佳渠道。“项目化”研究“主要是给学生创建一个科学的学习情境，让学生自己计划、运用已有的知识经验，通过自己的操作，自主构建知识体系，创造性地解决实际问题，在项目的设计和实施过程中，教师运用多种教学策略，帮助学生开发多元智力，同时运用到了家庭、学校和社会各界的力量，也体现了合力之美，真正把‘四位一体的科学落到了实处。”[4]

“观察月相”这课要求学生用一个月的时间来观察月相的变化并记录下来，但很多教师发现学生并不能坚持多久。于是，笔者在教学过程中就为学生制订了一个观察月相的项目化研究方案。在整个方案中一是要观察月相变化并用图画（照片）形式记录下来;二是要求学生通过查找文献、搜索网络、询问他人等形式深层次了解月相变化的原因与规律;三是要求通过观察，设计并制作简易的月相变化观察仪，一个月后班内进行交流与展示。通过这三个环环相扣的要求，学生自然而然对观察月相产生了强烈的兴趣，并且为了在展示与交流中得到好评而各显神通，尤其是设计制作简易月相变化观测仪，更是成了学生们在这一个月中的“主力游戏”。

（四）以工程素养为归宿点进行整合

“工程素养”就是一个工程师应具备的基本知识、基本理论和基本技能，一定的工程实践训练和严格有素的工程习惯[5]。小学科学课程中增加“技术与工程”内容，就是要通过整合的教学使学生具备一定的“工程素养”。它包括以下几方面的内容：广博的工程知识素质、良好的思维素质、工程实践操作能力、灵活运用人文知识的素质、扎实的方法论素质、工程创新素质，应用到小学生身上，可以简化为设计、管理、控制、动手操作、改进循环等。

“建桥梁”一课，在探究与分享了桥梁的作用、桥梁的种类等内容后，教师真实呈现了一个场景：芜申运河上要建一座橋梁，运河宽60米，桥梁坡度为0，请你按1：200的比例设计并制作一座桥梁。考虑到小学生形象思维能力不足，教师为学生准备了牙签和胡萝卜丁，让学生把讨论出的设计方案用建模的形式呈现出来，然后用吸管和热熔胶枪把桥梁建造出来。要求：根据运河的实际情况设计出最符合的桥梁，同时考虑建造的难度以及桥梁的成本，建成的桥梁要能承受住一瓶矿泉水的重量。在学生完成设计与制作后，各小组进行交流与质疑，并评比出了最佳桥梁。

一座小小桥梁的设计与建造，既涉及桥梁的科学知识，又涉及材料学、设计学、控制学、工程建造学等多种知识。学生通过设计与建造，把这些知识融合运用，达到了工程素养提升的作用。

三、科学与工程、技术整合的反思

让学生养成以科学知识为切入点，以问题解决为出发点，以项目研究为立足点，以工程素养为归宿点进行科学、工程、技术整合学习的习惯，这有助于学生创新能力和实践能力的提升，使他们在“工程与技术”领域的学习中动手、动脑，系统化地思维，并且在不断改进中进阶。但这对于小学科学“技术与工程”体系来说仍然是杯水车薪：一是整合还缺少一整套可以操作的体系和课例，还需要摸索出更多的整合途径来进行教学和实践，从而为一线教师带来具体的可操作样板;二是还没有形成系统的评测体系，教师的教和学生的学如何评价，课堂观测和过程性评价如何量化等还有待进一步研究与细化;三是通过整合的教学，学生学科素养的提升如何体现，是否可以从创新小论文与创新小案例来入手，通过小创造与小发明来衡量。总之，我们今后研究的重点和方向是完善可供借鉴的操作模式，制定对科学与工程、技术整合的评测体系，以学生的实际案例作为支撑。只有这样，才能使我们的课题研究更上一个台阶。

参考文献：

[1][2][3]中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社， 2017：2.63.52.

[4]郭银霞.小学科学课程中项目化教学的探索与实践[J].课程教育研究， 2017（19）：147.

[5]仝美娟，同志学，郭瑞峰.如何提高学生工程素养及综合能力——《机械设计》教学方法探讨[J].现代制造技术与装备， 2010（5）：62.

责任编辑：石萍

Abstract： Integrating science， engineering and technology into teaching is based on the demands for students development of core accomplishments， and it is also the demand of the new curriculum criterion in compulsory education. There are four approaches to integration： taking scientific knowledge as the breaking point， starting with solving problems， basing it on project research， and taking the engineering quality as the destination.

Key words： integrated teaching; science; engineering; technology; primary school science teaching