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视频课题：小学科学教科版六年级上二 6.建高塔_广东省 - 广州
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小学科学教科版六年级上二 6.建高塔_广东省 - 广州（赤沙小学 陈莹）最新
小学科学探究活动整合技术与工程活动的研究
【问题分析】
“技术与工程”越受到各国的关注和重视，但在我们的小学科学教育中，技术素养方面没有得到足够力度的培养。王少可通过研究中、美科学课程标准中的技术教育因素后认为：我国科学课程标准对技术素养的整体关注程度很低，只在情感态度与价值观中涉及到技术对社会的影响，但对于技术知识、技术的过程与方法，特别是技术设计几乎没有提及。美国科学教育标准中将技术、技术设计作为对可续、科学探究的补充，重点培养技术设计能力，关注学生对技术设计、技术过程和方法的理解和运用。[1]
小学科学教育以探究活动为基础，在于认识世界，解释自然界的客观规律，简单来说就是获得科学原理；而技术和工程则是在尊重自然规律的基础上，改造世界，实现对自然界的控制和利用，解决社会发展过程中遇到的难题，简单来说是运用科学原理解决问题。[2]
在小学科学课程不断的深化改革中，新增了“技术与工程”领域的呼声越来越高，这项领域的教学目的是为了在小学阶段开展技术与工程的启蒙教育。在小学科学课堂教学的工程技术活动中，让学生综合运用所学的科学知识、原理、规律等，结合数学、空间思维能力、动手实践能力等多方面的综合能力，在了解材料性质的基础上，学习使用一定的工具，通过不断地设计、测试而制作东西，体会“制作”的乐趣，养成通过“操作实践”来解决问题的科学习惯，并关注身边技术水平的发展。
然而教师如何能通过现有的科学探究活动培养学生的技术素养，如何整合科学探究活动和工程技术活动则是需要解决的问题，而问题的难点就在于如何有效地吸收技术与工程的精髓。鉴于此，本文以小学科学教科版六年级上册第二单元《形状与结构》第六课《建高塔》为例，从“设计制作”的主题开展研究，解决如何整合小学科学探究活动和技术与工程活动的问题。
【解决思路】
解决如何整合科学探究活动和工程技术活动的问题，首先要对教材和学情进行分析，了解教学内容在教材中的所处的位置和活动安排。接着拟定需要达成的教学目标和重难点，目标分解出科学、技术、工程三方面，根据三方的目标再设计需要达到的任务（制作产品）。采取5E教学模式（参与、探究、解释、迁移、评价）进行教学活动的设计，设计整合性活动，教学过程中进行第一次实施。实施结束后利用5W2H分析法进行诊断，分析出七个维度的所达层次，根据需要改进的纬度进行修改，修改内容可包括：目标、重难点、活动任务、教学活动。接着再进行第二次实施，实施结束后进行反思，提炼成功和不足的经验，总结出整合小学科学探究活动和技术与工程活动的方法。
图1 整合小学科学探究活动和技术与工程活动解决思路图
【实施与改进过程】
教材分析：本课是小学科学教科版六年级上册第二单元 《形状与结构》 第六课 《建高塔》（如图2），是在研究物体框架结构牢固性的基础上进行研究的，通过研究铁塔为什么稳定不倒，研究物体的整体稳定性。教材内容包括四部分：提出问题，进行猜想；研究物体不容易倒的秘密；制作不容易倒的高塔；铁塔形状和结构的再思考。
学情分析：学生具有一定的操作能力，对塔的认识较深，如广州塔，很容易理解塔具有稳定性的原因。
材料的调整：教材中用矿泉水瓶和沙子做探究材料，这些材料较难操作，也较难粘合，而且能建起来的“高塔”虽然具有一定的高度，但仅有两至三层。因此将材料改用为红萝卜块和牙签建高塔，容易准备，搭起来的塔能重现框架结构，并具有一定的高度，层数能达到四、五层以上，塔的外部形状可以呈现多种形式，能充分体现学生的动手操作能力、想象能力和创造能力。
图2 《建高塔》教材内容
二、分解科学、技术、工程的具体概念
根据学习主题确定本课的科学概念，科学方面是知道塔具有稳定性的原因是塔身上小下大、上轻下重，铁塔具有框架结构；技术方面是能使用工具（简单的胡萝卜、牙签等材料），知道工具的使用方法和技巧；工程方面是通过设计解决任务（制成一个符合要求的高塔）。
三、设计整合后的内容和任务
本课是属于“产品制作”的主题，要求制作出来的产品具有一定的要求，因此改为用红萝卜和牙签建造塔，设计并最终能制作具有一定要求的塔，具体要求是有3-5层，塔高达到30厘米以上，放在纸碟中，当指压纸碟后还能稳定。
四、基于5E教学模式设计整合性活动
设计的理念基于整合性的5E教学模式，强调以学生为中心，是从科学本质和工程本质出发渗透科学探究活动和工程设计的能力，学生能经历从个体事物到规律性总结的过程，5E教学模式分为5个过程：参与、探究、解释、迁移、评价，其中评价环节是贯穿整个过程
[3]。本课采用5E教学模式进行教学，设计整合性的活动，学生通过具有实践性的探究活动，并以小组合作的形式来理解和建构概念。（具体活动见实施过程）
五、第一次实施操作
第一次实施具体内容和过程见图3。
图3 第一次实施过程的具体内容
六、5W2H分析
一项教学研究至少设计以下7个问题：为什么研究 （WHY）？ 谁来研
究（WHO）？研究什么（WHAT）？怎样研究（HOW）？何时研究（WHEN）？何地研究（WHERE）？研究得怎样或耗费成本（HOW MUCH）？如果能清晰、高层次地表述这7个问题，就能从方法角度来说是一项好研究，这种研究方法为“5W2H分析法”。
[3]本课运用“5W2H分析法”在第一次实施过程后对整体的解决思路、实施过程和结果等方面进行分析见图4。
图4 第一次实施后运用“5W2H分析法”进行分析
通过分析，发现在七个维度的层次深度中，WHEN、WHAT、HOW、HOW MUCH这4个维度并没有达到最高层次——层次4,于是将从这4方面进行改进。
七、改进并第二次实施
通过第一次实施的结果分析，又重新从“分析教材与学情——分解科学、技术、工程的具体概念——设计整合后的内容和任务——四、基于5E教学模式设计整合性活动”的流程进行反思。经过反思又进一步做以下的调整。
教学目标及内容方面有调整。教材的教学是以获得科学原理为目标，但这对于六年级学生来说是极容易明白和掌握的，探究没有很大的价值，教材中的活动内容也是简单的没有思维深度的探究内容。工程与技术领域强调运用科学原理设计、制造，能让学生充分体会“做中学”。因此本课将教学目标和内容调整为：在上一节课《框架》中具有建框架的知识和操作能力的基础上，教师让学生在课前几分钟先自由建一个有一定高度的塔，接着引导学生结合观察高塔的特点，对比自己建造的塔，思考如何改进，再提出建高塔的要求，让学生针对课前建的高塔进行改进的设计，能建一个符合测试要求的高塔，学生在不断测试、调整中最终完成成品。通过调整后的教学设计能更加符合学生的认知特点和体现了工程与技术领域的理念。并且在《框架》也做一些调整：所用材料同样是红萝卜和牙签（或竹签），学生在这节课中就已经有使用红萝卜制作框架的经验。本课是第六课，在上课前利用一些时间提前让学生“玩一玩”，建造一个高塔，由于不是课内的教学任务，不需要提出具体要求，只需要让学生能建造有一定高度的塔即可，同时也能节省时间。（第五课教材内容见图5）
图5 第五课《框架》教材内容
教学模式有局部的调整。在参与环节中，先让学生测试课前自行建的塔，从而发现塔不稳定后再引导学生结合现实中塔的特点和自己的塔，思考怎样才能使塔具有稳定性，想到改进的方法。探究环节分解成两个环节——任务环节和设计环节，先让学生清晰具体的任务，再让学生根据第一次完成的作品进行改进，同时提供充足的时间让学生建造一个新的高塔，体现了工程与技术领域的实践性特点。在解释环节，通过观察新旧两个塔，启发学生思考，交流成功或失败的经验，梳理实践活动，培养归纳总结能力。在迁移环节，进一步引导学生明确判断高塔还有其他标准，结合广州塔的建造标准，引起学生进一步改进高塔的研究兴趣。
经过改进后，第二次实施过程如图6。
图6 改进后第二次实施过程的具体内容
最后重新审视之前利用5W2H分析法时还没有达到高层次的4个维度——WHEN、WHAT、HOW、HOW MUCH，再重新分析一次，结果如下图7，学生作品见图8、9。
图7 第二次实施后运用“5W2H分析法”进行分析（红色字为新分析结果）
图8 全班的作品
图9 其中两组的新旧作品对比（左为课前旧作品，右为课上改进作品）
【反思与收获】
如何整合科学探究活动和工程技术活动则是需要解决的问题时，通过《建高塔》为课例研究，经过一系列的文本梳理、信息整理、设计、教学实施、研究分析、调整改进再实施的过程。回顾整个问题解决过程，研究得出小学科学探究活动整合技术与工程的策略有以下几方面内容。
技术与工程其实指向了服务实际问题的工程设计，需要前认知与有依据的想象进行建构，通过反复实证检验，根据检验结果修正和条理论或问题方案，关注问题的解决方案的开发与优化，对于同一个有限定条件的问题可以有多种可行性的设计方案，看重人类基于理性认识和改造世界的过程与方法。
[5]个人认为技术与工程活动可以根据其内容和层次分为不同主题，第一种主题是认识技术，分为了解技术、理解技术的原理、能在情境中运用技术这三个从浅至深的层次；第二种主题是使用技术，分为简单操作技术、根据情境选择使用不同得技术、能迁移到其他不同情境中应用技术的从浅至深的层次；第三种主题是设计制作，分为根据任务对原产品进行改进、根据限定条件设计出一种或多种的方案、具有创造性地解决问题的创新性。本课例是属于“设计制作”主题的“改进”层次。
图10 技术与工程活动的不同主题及其层次
第二，吸收技术与工程类项目的流程。
一般技术与工程类的项目有一定的基本流程，有8个环节，从1确定设计的需求→2研究、调查→3讨论→4设计（含设计要求、可行性方案、选用何种材料、设计图）→5建构原型或模型→6测试→7改进（重新设计后多次测试）→8展示交流。小学科学探究活动整合技术与工程活动需要吸收技术与工程的流程，特别是要强调“设计”、“测试”、“改进”等核心环节，这样才能使它们融合在一起。
第三，改进5E 教学模式为“4E1TD”模式。
在“设计制作”的主题中，任务驱动尤为显得重要，学生明确要完成的是什么具体的产品，产品需要符合什么条件，只有在这个前提下，学生才能有目的性在制作过程不断调试，再改进，再制作，直到符合条件为止。设计是工程技术的核心，也是高层次的目标，因为设计是完成一项具体的方案，同时在设计过程中还要考虑各种因素。
根据“产品制作”主题的特征，将5E教学模式中的探究环节（Exploration）调整为任务环节和设计环节，也就是：参与（Engagement）→任务（Task）→设计（Design）→解释（Explanation）→迁移（Elaboration）、评价（Elaboration），简称为“4E1TD”教学模式。这样在“4E1TD”教学模式的教学下，学生就能体验设计过程，教学的重点就会放在基于测试结果、在限定条件下的动态发展性的优化设计的过程，而不是在仅仅在单纯制作上。
但要说明的是，改进后的“4E1TD”模式暂时在“设计制作”的主题适用，其他主题还没有进行研究。
参考文献：
[1]王少可.中、美科学课程标准中的技术教育因素[J] .现代教育科学，普教研究，2011（4）．
[2]叶兆宁.融合：实现STEM教育的有效策略[J]，中国科技教育，2013（2）．
[3]
李扬.STEM教育视野下的科学课程构建[D]，杭州：浙江师范大学，2014:68．
[4]杨骞.李善良.“5W2H”研究法及其应用[J]，辽宁教育，2002:75
[5]唐小为.王唯真.整合STEM发展我国基础科学教育的有效路径分析[J]，教育研究，2014（9）：63
附件：
《建高塔》第二次实施的现场图片及教学课件内容
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
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