科學(xué)整合工程實(shí)踐的教學(xué)設(shè)計(jì)

宋蕊 占小紅

摘要： 通過(guò)以科學(xué)為核心的跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，尤其是科學(xué)課程與工程設(shè)計(jì)實(shí)踐的整合，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)能力和工程素養(yǎng)是近年來(lái)基礎(chǔ)科學(xué)課程改革及實(shí)踐的重要趨向。以“模擬酒精測(cè)試器”為主題，以工程設(shè)計(jì)任務(wù)為教學(xué)框架，設(shè)計(jì)了確定目標(biāo)、收集相關(guān)知識(shí)；開(kāi)發(fā)、形成初步解決方案；建立并測(cè)試模型；交流與評(píng)價(jià)；科學(xué)探究；迭代循環(huán)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等活動(dòng)環(huán)節(jié)，使學(xué)生熟悉工程設(shè)計(jì)過(guò)程，提高動(dòng)手能力，激發(fā)對(duì)工程的興趣與對(duì)工程職業(yè)的向往。

關(guān)鍵詞： 科工整合； 工程設(shè)計(jì)實(shí)踐； 初中科學(xué)； 教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)： 10056629（2018）2002905中圖分類號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1科學(xué)課程整合工程實(shí)踐的背景

近年來(lái)科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)與工程整合教育（STEM）成為了科學(xué)教育的新趨勢(shì)。STEM整合教育不是將科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)與工程簡(jiǎn)單的疊加，而是將四者形成一個(gè)有機(jī)結(jié)合體，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐能力[1]。STEM整合教育的類型眾多，可同時(shí)包含兩個(gè)或兩個(gè)以上STEM學(xué)科內(nèi)容的教學(xué)活動(dòng)，較為常見(jiàn)的有科—數(shù)整合、科—技整合、科—工整合。其中科—數(shù)整合在我國(guó)的理科教學(xué)中已是常態(tài)，而科—技整合在我國(guó)多以制作為標(biāo)志的課內(nèi)或課外活動(dòng)形式存在，有將科學(xué)教育帶上培養(yǎng)“能工巧匠”歧途的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

美國(guó)2013年頒布的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（Next Generation Science Standards）[3]中，將工程實(shí)踐與科學(xué)探究整合稱為“科學(xué)和工程實(shí)踐”，作為科學(xué)教育的三個(gè)維度之一，成為基礎(chǔ)教育階段科學(xué)與工程教育整合的基本方式，并很快為其他國(guó)家的基礎(chǔ)教育階段科學(xué)教育改革所借鑒。在我國(guó)對(duì)工程類人才需求巨大，而我國(guó)基礎(chǔ)教育階段工程教育長(zhǎng)期缺失的背景下，科—工整合教育為工程教育融入我國(guó)基礎(chǔ)教育階段提供了良好的契機(jī)，體現(xiàn)出巨大的潛在價(jià)值。

科學(xué)教育與工程實(shí)踐整合是在共同的利益和價(jià)值認(rèn)同基礎(chǔ)上，對(duì)工程與科學(xué)教育各自獨(dú)立又有一定內(nèi)在聯(lián)系的要素按照某種規(guī)則或規(guī)范進(jìn)行耦合、結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)、相互配合的過(guò)程或結(jié)果[4]。其中“規(guī)則或規(guī)范”是整合的具體行動(dòng)方法和微觀教育實(shí)踐方式；而“要素”包含了教育活動(dòng)的目標(biāo)、內(nèi)容、形式等多方面。

在基礎(chǔ)教育階段實(shí)施科工整合教育的目的有兩個(gè)主要方面。第一個(gè)方面是讓工程實(shí)踐起到支持科學(xué)教育的作用，即在工程實(shí)踐的過(guò)程中應(yīng)用科學(xué)知識(shí)，幫助學(xué)生更好地掌握科學(xué)知識(shí)并獲得應(yīng)用知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維與批判性思維。第二個(gè)方面是在基礎(chǔ)教育階段，通過(guò)科工整合教育，使學(xué)生獲得工程實(shí)踐的初體驗(yàn)，獲取與階段相適應(yīng)的工程基本原理，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、對(duì)工程職業(yè)的興趣與工程意識(shí)，其中工程實(shí)踐能力是學(xué)生在工程實(shí)踐活動(dòng)中體現(xiàn)出的操作能力與思維能力。

2科學(xué)探究整合工程設(shè)計(jì)實(shí)踐的課堂教學(xué)模式構(gòu)建

工程實(shí)踐與科學(xué)探究有著相似之處，兩者都涉及創(chuàng)造性地解決問(wèn)題的過(guò)程，需要結(jié)合現(xiàn)有的知識(shí)進(jìn)行建構(gòu)，反復(fù)檢驗(yàn)，最終根據(jù)結(jié)果建立理論或問(wèn)題解決方案。工程實(shí)踐與科學(xué)探究過(guò)程并不是割裂的，科學(xué)探究結(jié)果支持工程實(shí)踐的施行，工程實(shí)踐過(guò)程也推動(dòng)著科學(xué)探究的發(fā)展。正因?yàn)楣こ虒?shí)踐與科學(xué)探究各自獨(dú)立，同時(shí)又存在著一定的聯(lián)系，才可以將工程實(shí)踐與科學(xué)探究在內(nèi)容與過(guò)程兩個(gè)方面按照某種規(guī)則進(jìn)行整合。故科學(xué)探究與工程實(shí)踐的整合成為科工整合實(shí)踐的基本形式之一。

科學(xué)探究是揭示自然現(xiàn)象，并得出合理的解釋和理論的過(guò)程。而在科學(xué)教育領(lǐng)域中，科學(xué)探究的作用是幫助學(xué)生通過(guò)對(duì)問(wèn)題或任務(wù)的探索，體現(xiàn)科學(xué)研究的一般過(guò)程，使得學(xué)生在知識(shí)、技能、情感等方面獲得提高。科學(xué)探究過(guò)程有四個(gè)主要階段，觀察和提出問(wèn)題——形成假設(shè)——檢驗(yàn)求證——得出解釋或結(jié)論。

工程實(shí)踐以解決實(shí)際問(wèn)題為最終目的，關(guān)注問(wèn)題解決方案的開(kāi)發(fā)與優(yōu)化。工程設(shè)計(jì)是工程實(shí)踐過(guò)程的核心要素，工程設(shè)計(jì)實(shí)踐也是工程教育領(lǐng)域的核心。在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐的最初階段，學(xué)習(xí)者面對(duì)復(fù)雜的真實(shí)情景與非良構(gòu)的問(wèn)題時(shí)，確定問(wèn)題與目標(biāo)，進(jìn)行信息收集與初步的解決方案設(shè)計(jì)；在方案實(shí)施的過(guò)程中，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化迭代并調(diào)整問(wèn)題解決方案，形成一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，即確定問(wèn)題與目標(biāo)——初步設(shè)計(jì)解決方案——測(cè)試方案——迭代優(yōu)化。

我國(guó)學(xué)者唐小為[5]通過(guò)對(duì)1993年以來(lái)國(guó)外文獻(xiàn)中30個(gè)科工整合教育案例進(jìn)行編碼分析，根據(jù)整合思路分為三類： 應(yīng)用延伸型，工程框架型，設(shè)計(jì)即探究型。我國(guó)學(xué)者占小紅[6]在唐小為的研究基礎(chǔ)上，以科學(xué)探究與工程實(shí)踐的整合過(guò)程模式角度，建立了以工程設(shè)計(jì)為主、科學(xué)探究為主、科—工并重的三種科學(xué)探究與工程設(shè)計(jì)整合的主要模式（見(jiàn)表1）。

2.1以工程設(shè)計(jì)為主的整合模式

以工程設(shè)計(jì)為主的整合是以工程設(shè)計(jì)任務(wù)為教學(xué)框架，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。在工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)的需求，穿插科學(xué)探究的過(guò)程，作為工程設(shè)計(jì)的有機(jī)組成部分，為工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供依據(jù)或支撐。過(guò)程模式為在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中穿插科學(xué)探究?jī)?nèi)容，從工程實(shí)踐的需求出發(fā)提出科學(xué)探究的問(wèn)題與目的，科學(xué)探究的結(jié)果進(jìn)一步為工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供理論支撐，即“設(shè)計(jì)—探究—設(shè)計(jì)”，體現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化迭代的思想。

2.2以科學(xué)探究為主的整合模式

以科學(xué)探究為主的整合是以科學(xué)探究過(guò)程為主，在科學(xué)探究的活動(dòng)中，以工程設(shè)計(jì)為手段，讓學(xué)習(xí)者通過(guò)設(shè)計(jì)尋找科學(xué)規(guī)律，從而構(gòu)建科學(xué)理論。

2.3科學(xué)探究與工程設(shè)計(jì)并重的整合模式

此類整合采用“先科學(xué)探究后工程設(shè)計(jì)”的過(guò)程，即科學(xué)探究的成果應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中，兩個(gè)模塊基本獨(dú)立。該模式旨在培養(yǎng)學(xué)習(xí)者在真實(shí)情景中解決問(wèn)題、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，同時(shí)深化科學(xué)探究所獲得的科學(xué)規(guī)律。

3“模擬酒精測(cè)試器”教學(xué)案例設(shè)計(jì)與分析

本文選取七年級(jí)科學(xué)（牛津上海版）第一學(xué)期“酒精對(duì)判斷與反應(yīng)的影響”這一內(nèi)容，教學(xué)案例是針對(duì)該部分設(shè)計(jì)的拓展課活動(dòng)。經(jīng)查閱文獻(xiàn)，書(shū)中描述“酒精測(cè)試器中有一種橘黃色的化學(xué)藥品，能與司機(jī)呼出氣體中的酒精產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，變成綠色。綠色越深，表示酒精含量越高”，是指在酸性介質(zhì)中，橙紅色的重鉻酸鉀中的六價(jià)鉻（Cr6+）被乙醇還原為三價(jià)鉻（Cr3+）的過(guò)程[7]，化學(xué)方程式為：

3C2H5OH+2K2Cr2O7+8H2SO43CH3COOH+2K2SO4+2Cr2（SO4）3+11H2O

本文以“以工程設(shè)計(jì)為主”的科工整合模式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，結(jié)合適應(yīng)基礎(chǔ)階段教育的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)[8]（包括①構(gòu)思問(wèn)題；②學(xué)習(xí)相關(guān)科學(xué)知識(shí)并收集信息；③開(kāi)發(fā)、形成與優(yōu)化解決方案；④創(chuàng)建模型或原型；⑤測(cè)試模型或原型，記錄并處理數(shù)據(jù)；⑥交流與評(píng)價(jià)；⑦迭代循環(huán)，優(yōu)化設(shè)計(jì)），針對(duì)“模擬酒精測(cè)試器”的活動(dòng)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了如圖1所示的教學(xué)過(guò)程。

科工整合實(shí)踐活動(dòng)以小組合作的形式進(jìn)行，組內(nèi)成員共同協(xié)商完成教師安排的任務(wù)。教師通過(guò)引導(dǎo)性的“工作單”幫助學(xué)生完成活動(dòng)，該“工作單”來(lái)源于名為“培養(yǎng)有效批判性思維的環(huán)境”（Environments for Fostering Effective Critical Thinking， EFFECT）的教學(xué)框架[9]。在這種教學(xué)框架下，學(xué)生以工作單的形式收到實(shí)際的工程問(wèn)題，實(shí)踐活動(dòng)初期的工作單要求學(xué)生回答一系列的引導(dǎo)性問(wèn)題，并提供初始的解決方案；在后期的工作單中，要求學(xué)生思考對(duì)原有設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，并寫(xiě)出相應(yīng)的原因。

3.1確定目標(biāo)、收集相關(guān)知識(shí)： 閱讀課本資料引發(fā)工程問(wèn)題

[教師]司機(jī)飲酒后會(huì)使反應(yīng)遲鈍，很難判斷速度和距離，從而引發(fā)交通事故，造成不可彌補(bǔ)的傷亡。為了避免悲劇的發(fā)生，2003年10月通過(guò)的《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》規(guī)定飲酒后不準(zhǔn)駕駛車輛，如果駕駛員每100mL血液中酒精含量高于20mg、低于80mg的話，就判定其為酒后駕車；如果高于80mg，就為醉酒駕車。警察為了測(cè)試駕駛員是否屬于酒后駕車，需要工程師做什么？

[學(xué)生]設(shè)計(jì)一種酒精測(cè)試器，來(lái)測(cè)試司機(jī)血液中的酒精含量。

[教師]直接測(cè)試司機(jī)血液中的酒精濃度是不是不方便呢？研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)人飲酒后，酒精被吸收，但是不會(huì)被消化，有一部分酒精會(huì)揮發(fā)出來(lái)，經(jīng)過(guò)肺泡，重新被人呼出體外。這時(shí)呼出氣體中的酒精濃度和血液中的酒精濃度呈現(xiàn)出一定比例關(guān)系，所以我們可以通過(guò)什么來(lái)間接地檢測(cè)駕駛員血液中的酒精濃度呢？

[學(xué)生]可以通過(guò)呼出的氣體檢測(cè)駕駛員血液中的酒精濃度。

[教師]酒精測(cè)試器中有一種橘黃色的化學(xué)藥品，能與司機(jī)呼出氣體中的酒精產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，變成綠色。綠色越深，表示酒精含量越高。在同學(xué)們手中的工作單1（見(jiàn)圖2）中，老師提供了橘黃色化學(xué)藥品的相關(guān)信息與可用的材料清單，請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合教材內(nèi)容與工作單提供的信息，確定任務(wù)目標(biāo)，思考制約因素有哪些（問(wèn)題1、 2）？

[學(xué)生]分組討論并匯報(bào)。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： 要求得出明確的目標(biāo)，即制作可以分辨不同酒精濃度的酒精測(cè)試器。

設(shè)計(jì)意圖： 工程活動(dòng)是有明確目標(biāo)的，工程活動(dòng)的目標(biāo)是生產(chǎn)出符合社會(huì)需要的人工產(chǎn)物，學(xué)生通過(guò)討論明確任務(wù)目標(biāo)，為下一步做準(zhǔn)備。該環(huán)節(jié)讓學(xué)生了解工程活動(dòng)需要有明確的目標(biāo)，滲透目標(biāo)指導(dǎo)過(guò)程的思想。

3.2開(kāi)發(fā)、形成初步解決方案

教師繼續(xù)組織學(xué)生分組討論，回答工作單1的剩余問(wèn)題，并繪制酒精測(cè)試器的草圖，如學(xué)生遇到困難，給予一定的幫助。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： 設(shè)計(jì)可以檢驗(yàn)不同濃度酒精氣體的“簡(jiǎn)易酒精測(cè)試器”，繪制可實(shí)施的“簡(jiǎn)易酒精測(cè)試器”草圖。

設(shè)計(jì)意圖： 引入工作單中的問(wèn)題3，給予初次接觸工程設(shè)計(jì)的學(xué)生一定的提示，幫助小組同學(xué)盡快達(dá)成設(shè)計(jì)共識(shí)；引入工作單的問(wèn)題4與5，激勵(lì)學(xué)生思考，自己的設(shè)計(jì)產(chǎn)品的有效標(biāo)準(zhǔn)是什么，該如何檢驗(yàn)。這些問(wèn)題的回答可以反映出學(xué)生設(shè)計(jì)成功與失敗的原因。

3.3建立并測(cè)試模型

學(xué)生完成工作單1的問(wèn)題后，繼續(xù)以小組為單元，根據(jù)各組繪制的草圖搭建模型；完成對(duì)模型的有效性測(cè)試，判斷自己的模型是否達(dá)到預(yù)期的效果。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： 可以檢測(cè)酒精的存在，并且能分辨不同濃度的酒精。

設(shè)計(jì)意圖： 親自制作簡(jiǎn)易酒精測(cè)試器，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力；通過(guò)對(duì)模型的有效性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)模型存在的問(wèn)題，深化工程活動(dòng)迭代優(yōu)化的思想，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

3.4交流與評(píng)價(jià)

學(xué)生小組討論“酒精測(cè)試器”的測(cè)試效果，評(píng)價(jià)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，并完成工作單2（見(jiàn)圖3）。教師組織學(xué)生分享各組的成果、優(yōu)缺點(diǎn)與改進(jìn)方法，總結(jié)同學(xué)的觀點(diǎn)，進(jìn)一步引發(fā)問(wèn)題——如何判斷酸性重鉻酸鉀的變色程度（提供的三瓶不同濃度酒精溶液中，有兩瓶濃度較為相近，重鉻酸鉀的變色深淺用肉眼較難判斷）。

[教師]大家都是通過(guò)什么樣的方式來(lái)判斷綠色的深淺程度呢？

[學(xué)生]用肉眼直接觀察。

[教師]剛剛有多組反映，其中兩瓶酒精溶液與酸性重鉻酸鉀反應(yīng)后的變色深淺難以判斷，并不能用肉眼完全確定哪只顏色深、哪只顏色淺。直接通過(guò)人的感覺(jué)器官所進(jìn)行的觀察我們稱之為直接觀察，由于人的感覺(jué)器官能夠感知的范圍有限，為了擴(kuò)大感知的范圍，必須借助各種儀器或工具進(jìn)行觀察。接下來(lái)，我們能否設(shè)計(jì)一個(gè)探究活動(dòng)，探究借助哪種工具或儀器來(lái)分辨酸性重鉻酸鉀變色的深淺。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： 指出測(cè)試器的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)不足之處思考改進(jìn)方法。

設(shè)計(jì)意圖： 通過(guò)小組間的交流與分享，讓學(xué)生在自己與他人的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)；通過(guò)對(duì)模型的反思，引出問(wèn)題——如何判斷重鉻酸鉀的變色程度，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，從工程實(shí)踐的需求出發(fā)提出科學(xué)探究的問(wèn)題與目的。

3.5科學(xué)探究

[教師]老師為大家提供了幾種利用工具或儀器對(duì)比顏色方法（見(jiàn)表2）。同學(xué)們針對(duì)自身的情況選擇合適的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并且根據(jù)探究的結(jié)果，對(duì)酒精測(cè)試器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： 準(zhǔn)確地分辨兩種不同的酒精溶液濃度高低。

設(shè)計(jì)意圖： 通過(guò)確定與比較不同的檢驗(yàn)方法，發(fā)現(xiàn)人類感覺(jué)器官的局限性；體驗(yàn)在工程設(shè)計(jì)活動(dòng)中，從工程實(shí)踐的需求出發(fā)進(jìn)行科學(xué)探究的過(guò)程。

表2比較重鉻酸鉀變色程度的方法

方法主要方式資源要求

肉眼觀察通過(guò)肉眼對(duì)比顏色的深淺。無(wú)

目視比色法類比pH試紙的比色卡，通過(guò)肉眼利用顏色卡進(jìn)行對(duì)比，比較顏色的深淺。顏色卡（來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

圖像比色法使用手機(jī)等拍照設(shè)備采集圖像，將顏色深淺轉(zhuǎn)化為RGB分量值，通過(guò)RGB分量值判斷顏色的深淺。通過(guò)公式： g=R*0.299+G*0.587+B*0.114，求出g，g越小顏色越深。手機(jī)或相機(jī)等；

電腦；

計(jì)算器

3.6迭代循環(huán)、優(yōu)化設(shè)計(jì)

[學(xué)生討論]小組討論完成工作單3（見(jiàn)圖4）。

[教師]酒精測(cè)試器的發(fā)明經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的年代，在1927年，芝加哥化學(xué)家威廉·鄧肯麥克納利發(fā)明了一種呼吸分析儀，通過(guò)呼出的氣體可以改變化學(xué)物質(zhì)的顏色來(lái)測(cè)試她的丈夫是否在喝酒；1931年，印第安納大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Rolla Neil Harger發(fā)明了第一個(gè)實(shí)用的醉酒儀，將醉酒駕駛員呼出的氣體收集在氣球中，然后將樣品通入酸性的高錳酸鉀溶液中，溶液會(huì)變色，顏色變化越大，呼吸中存在的酒精越多，這個(gè)醉酒儀與我們今天設(shè)計(jì)的“酒精測(cè)試器”是類似的；1954年印第安納州的警察Robert Frank Borkenstein利用化學(xué)氧化和光度法測(cè)量酒精的濃度，進(jìn)一步改進(jìn)了“酒精測(cè)試器”，就是將顏色增加的程度利用光度法，轉(zhuǎn)化為酒精濃度。而我們現(xiàn)在使用的酒精測(cè)試器，已經(jīng)可以高精度測(cè)試呼出酒精含量，最多可以顯示四位有效數(shù)字，可以輸入被測(cè)者信息，可與電腦通信，具有藍(lán)牙打印功能等。檢測(cè)原理也不同于最初的化學(xué)氧化，更加便捷與準(zhǔn)確，如酒精氣體傳感器等。工程設(shè)計(jì)過(guò)程如同酒精測(cè)試器的發(fā)展史，根據(jù)人們的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作產(chǎn)品，同時(shí)科學(xué)探究活動(dòng)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也推動(dòng)著工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化與工程產(chǎn)品的更新。

[教師]總結(jié)各小組在活動(dòng)中的表現(xiàn)，鞏固工程設(shè)計(jì)的過(guò)程： 構(gòu)思問(wèn)題；學(xué)習(xí)相關(guān)科學(xué)知識(shí)并收集信息；開(kāi)發(fā)、形成與優(yōu)化解決方案；創(chuàng)建模型；測(cè)試模型；交流與評(píng)價(jià)；迭代循環(huán)，優(yōu)化設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)意圖： 通過(guò)工作單引發(fā)學(xué)生思考，在回顧活動(dòng)過(guò)程的同時(shí)，總結(jié)學(xué)到的知識(shí)；深化工程設(shè)計(jì)中循環(huán)迭代、優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程與理念；通過(guò)回顧酒精測(cè)試器的發(fā)展歷史，激發(fā)學(xué)生對(duì)工程的興趣與對(duì)工程職業(yè)的向往。

4結(jié)語(yǔ)

以“模擬酒精測(cè)試器”為主題的科工整合實(shí)踐活動(dòng)，采用工程設(shè)計(jì)為主的科學(xué)探究與工程設(shè)計(jì)整合的模式，學(xué)生進(jìn)行工程設(shè)計(jì)活動(dòng)為主線，以工程設(shè)計(jì)的需求為動(dòng)力穿插科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，為工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供依據(jù)，體現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化迭代的特色。

在教學(xué)設(shè)計(jì)中滲透工程設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，初步培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)活動(dòng)中的思維模式與實(shí)踐能力，讓學(xué)生體驗(yàn)與模仿工程設(shè)計(jì)活動(dòng)，內(nèi)化工程設(shè)計(jì)活動(dòng)的范式。

科工整合實(shí)踐的課堂教學(xué)以學(xué)生為中心的小組活動(dòng)方式進(jìn)行，教師提供適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。教學(xué)設(shè)計(jì)考慮到學(xué)生初次接觸工程設(shè)計(jì)活動(dòng)，通過(guò)“工作單”的設(shè)計(jì)，利用引導(dǎo)性的問(wèn)題降低實(shí)踐活動(dòng)的難度，例如問(wèn)題“重鉻酸鉀和酒精溶液的位置應(yīng)該如何擺放”，為工程活動(dòng)目標(biāo)與設(shè)計(jì)草圖之間搭建橋梁；設(shè)置開(kāi)放性的問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生積極思考，例如反思回顧工程設(shè)計(jì)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生回顧活動(dòng)過(guò)程并積累經(jīng)驗(yàn)。在活動(dòng)結(jié)束部分，通過(guò)回顧酒精測(cè)試器的發(fā)展歷史，激發(fā)學(xué)生對(duì)工程領(lǐng)域的興趣與對(duì)工程職業(yè)的向往。

參考文獻(xiàn)：

[1]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開(kāi)放教育研究， 2015，（4）： 13～22.

[2][5]唐小為，王唯真.整合STEM發(fā)展我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)教育的有效路徑分析[J].教育研究， 2014，（9）： 61～68.

[3]Achieve. The Next Generation Science Standards[EB/OL]. http：//www.nextgenscience.org/sites/ngss/files/Executive Summary. pdf. 20130416.

[4][6]占小紅.工程實(shí)踐融入基礎(chǔ)科學(xué)教育： 內(nèi)涵、目標(biāo)與路徑[J].基礎(chǔ)教育， 2017，（3）： 45～49.

[7]段霞霞.重鉻酸鉀酸性溶液與乙醇反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究[J].化學(xué)教學(xué)， 2014，（2）： 47～48.

[8]徐冉冉，占小紅.科學(xué)課程中的工程實(shí)踐目標(biāo)和過(guò)程[J].化學(xué)教學(xué)， 2017，（2）： 16～20.

[9]Nicole Berge， Dee DeeTompson. Engineering design and EFFECTs[J]. Science Scope， 2014，（11）： 16～27.