小學科學單元教學中“設計與制作” 學習模式的實踐研究

金怡婷

摘要：隨著教育教學方式的改革及教學機制的不斷創新，“設計與制作”這種新型的學習模式也逐漸被引入國內小學科學的教學中?；凇霸O計與制作”學習模式的優缺點和國情狀況，選擇逆向思維模型進行操作，并將之運用到“用紙造一座橋”的課程中，以實施單元教學研究，反思研究過程。

關鍵詞：“設計與制作”學習模式;單元教學;小學科學

2017年教育部印發的《義務教育小學科學課程標準》，增加了技術與工程領域的教學內容。在這一領域中如何有效地開展教學活動，培養學生的科學素養，整體上提高科學課堂教學的探究性，這些問題都是一線教師急需解決的。在研究這一領域教學的過程中，筆者發現小學科學課程有顯著的“設計與制作”特質，“設計與制作”學習模式在小學科學教學中逐漸顯現出獨特的優勢。

一、“設計與制作”學習模式的內涵

“設計與制作”學習模式是一種基于任務探究的方法，有具體的學習目標準則。教師提出能發散學生思維的挑戰任務，引導學生將學科知識進行整合，利用已有知識設計出與主題相吻合的物體，并進行制作、展評，再通過評價，結合新一輪學習的知識，反饋于設計，從而檢驗設計的有效性及制作的合理性。在問題解決的過程中，“設計—制作”隨著學習的不斷開展而深化。

二、“設計與制作”學習模式的操作模型

在“設計與制作”學習模式中，學生的任務和問題較之傳統的授課更加復雜，需要學生對知識進行迭代創新。在參考了國內外不同的操作模型后，筆者發現逆向思維模型既包含了“設計與制作”學習模式的各種優點，又能在符合我國教學實際的情況下實施。

逆向思維操作模型，就是在教師確定教學內容之后，為學生設計一個可行的挑戰任務，鼓勵學生利用所學知識來設計、制作符合主題的成品，從而解決問題。該模型突出強調學習過程的迭代性和學習環節中的反思與評價。當學生遇到無法解決的難題時，教師教授新知，讓學生結合新知識對制作的成品進行迭代設計，從而加強學生對于新知識的掌握與運用。

在“設計與制作”學習模式的基礎上，筆者結合逆向思維操作模型，設計了小學科學單元教學中“設計與制作”學習模式的基本流程。

三、“設計與制作”學習模式的案例

結合操作模式，筆者選擇了小學科學六年級重在技術與工程的“用紙造一座橋”一課，確定了“形狀與結構”單元的學習框架與活動內容。

（一）單元課程框架

在課程開始之前，筆者先引導學生回顧“橋”的相關知識，了解他們在這方面知識的“前概念”。第一個活動為“初探設計制作紙橋”。教師提出設計制作的總要求，師生討論出紙橋的成果評價標準，學生初步探討、設計并制作，最后全班共同評價與反思。成品中出現很多不穩固、承受力不強的紙橋。第二個活動為“解鎖新知識”。學生利用已有的知識無法制作出承受力強的紙橋。教師通過問題引導學生思考失敗的原因，然后提供合適的支架，引導學生學習材料的抗彎曲能力、拱形的承受力等內容。第三個活動為“迭代設計制作紙橋”。學生在原有的設計基礎上，利用新知識修改紙橋。在此過程中，學生還將遇到紙橋穩定性差的難題。教師再次提供一定的支架，讓學生能夠順利完成既穩固又有很強承受力的紙橋的設計與制作。最后，教師在課堂中展示各小組的紙橋成品并評價。

（三）活動內容

1.初探設計制作紙橋

（1）發布任務，制定標準。師生共同探討紙橋制作的評價標準，學生再根據制定的標準，分小組討論、構思紙橋。

（2）設計紙橋，制作成品。在教師的指導下，學生交流各自的想法，對任務進行初步的設計，根據設計圖制作出紙橋的成品，并根據評價標準自行檢驗紙橋效果。

（3）全班展示，評價紙橋。教師通過展示各小組的紙橋成品，讓學生分享成果，并依據評價標準總結初次的設計制作。學生通過評價他人的制作，能夠思考設計的不足。

2.解鎖新知識

（1）評價總結。在第二課的開始，總評學生初次制作的紙橋。學生依據教師的提示反思設計，明晰修改方向。

（2）問題探究。教師問：“為什么小組1的紙橋（見圖1）比小組2的紙橋（見圖2）更加穩定？是什么因素影響了紙橋的承受力？”學生答：“這與橋梁的形狀有關（見圖3），小組1的紙橋將紙制成了圓筒狀來做橋面?！笨偨Y得知：不同形狀的橋承受力不同，僅僅依靠一張平面紙做成的橋面承受力是較差的。

（3）支架建構。教師講解承受力方面的基礎知識，為學生提供幾個解決路徑。a.寬度、厚度與抗彎曲能力的關系：讓學生做兩組對比實驗，從而了解增加物體的寬度可以增加抗彎曲能力，增加物體的厚度可以大大增加抗彎曲能力;b.形狀與抗彎曲能力的關系：教師展示不同形狀的紙面，演示實驗，讓學生知道改變材料的形狀可以改變物體的抗彎曲能力;c.拱形：教師展示生活中的拱橋，并利用拱形紙橋引導學生做承受力的實驗，感受拱形的承受力之大，緊接著講解圓頂形、球形和拱形的特點，使學生理解弧形結構承受力的特點。

3.迭代設計制作紙橋

（1）回顧新知。教師引導學生回顧上節課新學的概念，板書相關內容，讓學生在復習的過程中建構知識體系，使得知識融會貫通。

（2）探究實驗。教師指導學生從知識體系中提取可應用的部分，改善紙橋中承受力不強的設計。

（3）深入設計。學生解決承重力的問題后，可能還會遇到穩定性不足的情況，此時教師講解關于物體的框架結構及穩定性強的結構等知識，補充紙橋設計的新知，進而讓學生進行新一輪的設計與制作。

（4）分享評價。學生以小組為單位展示各自的紙橋，開展自評、互評，最后教師對各組成果進行總結。

四、“設計與制作”學習模式的反思

紙橋的設計與制作是學生運用所學的知識解決日常生活中問題的體現，單元教學整體設計的過程是我們探索、反思“設計與制作”學習模式怎樣在小學科學教學中實際運用的過程。要想在小學階段應用好該模式，需要多方面的合作并進。

首先，“設計與制作”學習模式對教師的要求比較高，教師必須掌握“形狀與結構”單元的基礎知識及課外相關內容，還需有在各個小組間進行有效指導的教學能力。教師應始終保持一顆與學生共同進步的心，與學生共同探索，融入學生中，才能在真正意義上成為學生學習的引路人。

其次，“設計與制作”學習模式需要在完善的學習環境中實施。在“用紙造一座橋”案例中，為了讓學生順利設計、制作出既穩固又有承受力的紙橋，教師鼓勵不同的小組采用不同的設計方案，對新獲取的知識有不同選擇，最終呈現的成品、運用的知識各不相同，但又在創造中體現了主題。這就要求教師為學生提供豐富的學習資源和完善的學習環境，以此來支撐學生靈活、協作地學習。

最后，“設計與制作”學習模式需要更全面的評價體系的支撐。這種學習模式旨在讓學生在設計制作成品的過程中體會到知識的真實含義，在動手動腦中建構知識體系，培養與人合作的能力。故此，“設計與制作”學習模式需要從多方面進行真實、有效的評價，形成完整的評價機制，以推進該模式的實施。

參考文獻：

[1]江美華.基于STEM理念重構科學課的“形狀與結構”單元[J].基礎教育參考，2018（11）.

[2]趙燕燕. 面向小學科學技術與工程領域的設計型學習研究[D].石家莊：河北大學，2019.

[3]伍海燕，王佑鎂.整合設計與學習：科學教育中的設計型學習探析[J].全球教育展望，2010（12）.

（責任編輯：韓曉潔）