新课标视域下初中科学技术与工程实践的研究

包青锋 俞丽玮

作者简介：包青锋（1984～），男，汉族，浙江杭州人，浙江省杭州高新实验学校，研究方向：课堂教学实践；

俞丽玮（1985～），女，汉族，浙江余姚人，浙江省杭州滨和中学，研究方向：实践教学。

摘  要：新时代的变革对人才培养提出了新的要求，技术与工程教育受到了越来越多科学教师、科学教育研究者的关注。《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称新课标）更是直接将“技术、工程与社会”“工程设计与物化”列入科学学科13大核心概念之中，凸显了技术与工程在初中科学教学中的重要地位。以新课标下初中科学技术与工程教学要求为依托，笔者以“西湖面积的测量与简易模型的制作”课时教学为例，详细论述了技术与工程教育在初中科学教学中的实践路径，为科学老师落实新课标“技术与工程”教育要求，更好地发展学生的探究实践素养和创新创造能力，提供了方法与经验支持。

关键词：新课标；初中科学；技术与工程；实践路径

中图分类号：G633.98    文献标识码：A    文章编号：1673-8918（2024）14-0113-05

技术与工程是人类社会最基本的实践活动之一，也是科学知识转化为物质力量的重要体现。技术是解决特定问题、完成特定任务的方法与技巧，工程是运用科学原理、技术手段和实践经验来改造自然、生产有益社会产品的综合实践活动。技术与工程实践对发展学生科学素养的重要性日益凸显。技术与工程实践在运用科学知识与理论解决真实问题时，有助于学生更好地理解科学知识，有利于培养学生的批判性思维和创造性思维等高阶思维能力，同时能培养学生的精益求精、一丝不苟、严谨务实的工匠精神，让学生从“题匠”走向“工匠”。

所以技术与工程实践在科学课程中的实施是新课标赋予的也是每一位初中科学教师必须完成的任务。

一、 新课标下初中科学技术与工程实践的路径

技术与工程实践通常包括一系列经过科学规划的步骤，从工程设计、工程实施到工程评价，形成了一个科学的教育体系。工程实践的本质与核心是设计，是让学生像工程师一样解决问题，进行工程构想、设计、实现和运行工作的过程，该过程即解决真实问题的过程，需要经历多个环节。具体实践路径设计如表1所示。

表1  技术与工程实践导向的初中科学教学设计路径

工程实践需要经历“面对问题—提出解决方案—进行验证—结果反思”的环节。新课标中也对技术与工程实践能力进行了解释：了解技术与工程实践的一般过程和方法，针对实际需要明确问题，提出有创意的方案，并根据科学原理或限制条件进行筛选；实施计划，利用工具和材料进行加工制作；根据实际效果进行修改迭代；用自制的简单装置及实物模型验证或展示某些原理、现象和设想。可见工程活动的开展是以掌握一定的科学、数学原理以及技术手段为基础，工程活动的目标是生产出符合实际需求的产品，从目标向结果的转化需要经过开发、改造和生产的实践环节。基于微项目教学灵活、用时短、学科跨度小的特点以及技术与工程能力培养的要求，结合上述思路，提出如表1所示的教学设计模式，具体的内涵和应用将在下文中进一步阐述。

二、 新课标下初中科学技术与工程实践的案例

基于新课标的初中科学技术与工程教学要求和实践路径，笔者对初中科学技术与工程课堂的推进问题进行了深入探究，并将研究成果应用于浙教版七年级上册的“科学测量”课时教学中，生成了“西湖面积测量与简易模型的制作”教学案例。结合教学案例，笔者将基于新课标的初中科学技术与工程教学路径分析如下。

（一）融入生活，设置真实情境——明确问题

技术与工程素养的培养有赖于真实的实践活动。在设计推进初中科学技术与工程教学活动时，教师需分析科学知识与现实生活之间的内在联系，选择合适的生活素材，创设真实的任务情境，在激发学生科技探索积极性的同时，发展学生的探究实践能力，体现技术工程教育“满足人类生活需求”的初衷。

【案例】科学测量是科学探究中常用的技术性手段。在七年级上册教材“科学测量”课时教学中，教师将长度、面积、体积的基本测量、不规则形状面积的估算等知识技能教学与生活现实相结合，提出“杭州西湖面積有多大”这一实践应用课题（图1）。

图1  杭州西湖俯瞰图

西湖是学生比较熟悉的本地风景名胜，但西湖有多大，确是大部分学生都未思考过的问题。教师通过引导学生测量西湖这一典型不规则图形的面积，能有效增进学生对西湖这一家乡特色美景的认识与理解，有助于培养学生热爱家乡，利用科学知识建设家乡、宣传家乡文化的责任意识。教师通过引导学生设计制作西湖简易模型，整合地理、数学、科学、工程等各领域知识与内容，以真实的、开放性的情境任务，帮助学生真实地感受了科学知识转化成实用技术的过程，发展了学生的科技创新意识，提高了学生的技术与工程素养。

（二）熟悉知识，了解测量工具——方案准备

科学、技术与工程相辅相成、密切相关。科学知识和科学技术方法与工具是学生在解决工程问题时的有力辅助。在初中科学技术与工程教育活动开始之前，教师首先要利用现代教育技术，推送与工程问题解决相关的知识素材，组织学生在课外自主探索及课堂讨论学习中，了解解决问题的技术工具、掌握解决问题的基本方法。

【案例】在对“西湖面积的测量与简易模型的制作”项目任务推动之前，教师提前一周推送了包含科学测量、比例尺、估算、测量工具的使用等多种学习内容的学习资料包，要求学生利用课余时间了解预习。之后，教师以生活化设问，如“课桌的高度是多少？”“一片树叶的面积是多少？”等，创设小的探究情境，引入长度、面积、体积测量工具以及估算法、转换法、等效替代法等科学测量方法。接着，学生又在老师的带领下以身边实物为依托，利用天平、电子秤、量筒等常见的科学测量工具，完成了简单的测量实践，在实践中应用所学，更好地掌握了相关知识与技能。在课时教学结束后，教师还布置了课后探究任务，要求学生利用互联网平台优势，自主查找资料，了解更多与科学测量与估算相关的案例，并从中汲取经验、方法和知识营养。

系列化的学习引导活动，帮助学生利用课内和课外学习时间，系统地掌握了“西湖面积的测量与简易模型的制作”任务中所需要的知识与技术。这为后续学生设计研究方法、完成测量及模型制作任务奠定了基础。

（三）头脑风暴，合作论证改进——方案设计

工程的关键是设计。方案设计及解析、改进环节是初中科学教学中的关键环节。在这一过程中，教师需引导学生以工程小组为单位，以建模为依托，开展头脑风暴，形成各种方案设想。在此基础上，搜集各种材料，明确工程问题的限制条件和验收标准，进而以此为依托，进行方案的筛选、合并与优化，选择合适的方式，设计出相对具体的问题解决方案，并从不同的角度入手对限定方案进行模拟分析和预测性讨论，从需求层面入手优化设计方案。

【案例】在对“西湖面积的测量与简易模型的制作”项目任务推进期间，教师展示“西湖的面积有多大？”科学导引问题，通过介绍西湖面积不断变化，测量数据需不断更新的社会现实，让西湖面积的测量及模型制作问题变得更有价值和吸引力。之后，教师随机提问引导学生对科学测量及估算的方法、典型案例进行了回忆，并鼓励学生以小组为单位，开展头脑风暴，给出测量“西湖面积”的具体方案及建议，并在面积测量基础上延伸，形成简易模型制作方案。接着，各组学生代表上台展示本组的设计方案，对设计的原理、外观等进行详细介绍，教师和学生共同聆听方案，在头脑中进行方案模拟，指出方案运行中可能出现的问题，提出反馈，帮助学生完成对方案的修改及完善工作。表2是A、B两个小组的设计方案及其改进情况。

在基于实际问题的开放式思考中，学生们生成了不同的问题解决方案，创意思维和技术思维得到了有效的锻炼。而在小组展示与交流论证中，学生以问题解决和产品生成为目的进行可行性预测与判断，针对具体方案，提出完善修改建议，在追求最大性价比或最大效益的工程思维的驱动下，形成了更完善的知识探究方案。

（四）测量实践，制作简易模型——实施方案

实践制作环节是技术与工程教学中的主要环节之一。在这期间，教师根据学生的设计方案和实际需要为其准备必要的制作工具和材料，并从更专业的视角入手，给予学生一定的操作实践指导。

【案例】在对“西湖面积的测量与简易模型的制作”项目推进期间，教师根据各组的设计方案，为学生提供了网格纸、刻度尺、天平、等比例缩小的西湖地图、细沙、泡沫板、轻黏土、画笔、彩纸、涂料等实践材料，要求学生按照本组的计划方案进行面积测量与制作。

在学生依据不同方案，选择不同的工具测出西湖的面积数据后，教师投屏展示了各组的测量结果以及官方统计结果，并组织学生对比数据，就如何提高测量结果的精确度进行深入思考，提出了不同的建议与想法。如“使用多种方法，取平均值”“质量转换和体积转化法要比数格法更精确”“使用更精确、更专业的测量工具降低失误”等。

之后，教师进行归纳：“与图片相比，模型更适合进行科学研究。”并组织学生按照既定规划选材，完成了西湖简易模型制作任务。

（五）模型展示，推进反思优化——迭代循环

反思应用环节是新课标下初中科学技术与工程教学中的必要环节。在学生完成模型制作任务之后，教师需提供给学生展示模型的机会，并组织学生对模型的精美度、实用性、精确度等进行评估，以展促评，以评促创，力促模型工具的更新迭代。

【案例】在对“西湖面积的测量与简易模型的制作”项目探究完成后，教师以多媒体投屏展示学生模型制作结果，并由小组代表上台进行讲解与介绍，其他小组选派评估员，利用看、测等方式就其精美度和精确性进行评估。部分学生作品展示如图2所示。

图2  部分学生作品

之后，教师以问题“绕西湖一圈有多远？”辅助学生进行模型应用检验。以实践应用辅助学生判断模型的实用性，助力学生对模型作品的更新迭代。

（六）作品交流，以量表促评价——成果发布

项目评价是构成项目课堂的重要部分。在基于核心素养的初中科学技术与工程教学活动设计推进期间，教师可根据课时教学任务与目标，拟定全面科学的量化评价表格。

【案例】在对“西湖面积的测量与简易模型的制作”项目学习探究中，表3为教师制定的项目学习评价量表。

以量表为依托，教师高效推进了项目学习过程审核工作，以指向过程的科學评价、全面评价、多主体评价，更好地审核了学生的项目学习成果，让学生在对科学项目的自主探究中提升了自身的学科素养。

三、 研究成效分析与反思

“西湖面积的测量与简易模型的制作”是一场较为成功的技术与工程教学活动。在教学中，学生不仅通过设计西湖面积的测量方案、西湖简易模型制作方案，依据个性方案完成制作任务，完整地体验了技术与工程问题解决过程，生成了物化的研究成果，而且在与同伴的沟通交流中，在教师的有益引导下，深入地探索了科学测量工具及其应用问题，将转换法、等效替代法等科学思想方法化为己用，提升了自身的科学思维素养和探索实践能力。

与其他课堂相比，基于技术与工程的初中科学课堂有更强的开放性，课程进行的时间跨度也比较长。因此，在组织学生进行此类项目学习引导时，教师需重视课堂中的生成性教学资料，灵活使用多种教学方法，对学生进行有针对性的探究引导。

四、 结论

综上所述，技术与工程教育是以生活问题解决为背景而开展的创意实践活动。在该活动实施期间，教师需采取合适的方法，帮助和引导学生灵活应用多学科知识生成现实问题解决方案，制作实物模型，并在交流互动中转换研究视角，指出设计问题、创新设计思路，完成物化产品的更新迭代。

参考文献：

［1］李明.基于STEM教育理念的初中科学实验教学探究——以“自制简易密度计”为例［J］.教学月刊·中学版（教学参考），2023（6）：73-76.

［2］沈爱倩.基于STEM理念下初中科学项目式学习策略［J］.知识文库，2023（7）：82-84.

［3］强伟华.浅谈科工整合在初中科学教学中的应用［J］.中国民族教育，2023（4）：59-61.

［4］尹红杰.信息技术与初中科学教学整合策略的研究［J］.科普童话，2019（37）：126.