創新技術與工程領域“工具內容”教學

◇徐文達（山東：臨沂市教育科學研究院）

“工具內容”在學科內容劃分上隸屬技術工程領域，是現行小學科學課程的一項重要內容。“工具內容”的教學，通過對常見工具的操作與使用，讓學生了解“工具是一種物化的技術”，認識“人們的生活離不開各種工具，工具是人的力量的一種延伸”，激發學生科學探究的興趣，提升動手探究的能力，對學生科學素養的培養具有不可替代的作用。受傳統教法的影響，人們對“工具內容”的教學還存在認識不足、重視不夠、實踐不深入等不良傾向。怎樣落實科學課程標準有關“工具內容”教學的要求，努力提升教學效果呢？下面以青島版小學科學教材三年級上冊《天平》一課的教學為例，談談“工具內容”教學的實施策略。

一、以自主探究為手段，讓學生在“工具學習”中不缺席

工具使用方法的學習是“工具內容”教學重點之一。工具的使用方法，有的比較簡單，有的比較煩瑣。由于認識上的不到位，一些教師教學時，常常采用將工具使用方法直接告訴學生的做法，要么讓學生背誦使用方法條文，要么跟著教師亦步亦趨地操作，不給學生自主探究的空間與時間。這種灌輸式的方法忽視了學生學習的主體地位，嚴重挫傷了他們學習科學的積極性。“探究式學習是學生學習科學的重要方式。”工具使用方法的教學也應立足探究，引導學生自主學習。

（一）給足空間時間，自主探究方法

小學生的年齡特征決定了他們具有強烈的探究欲望。他們對如何正確使用工具充滿了好奇，都想動手操作。教師應在確保學生人身安全、工具安全的前提下，給足學生探究的空間與時間，讓學生通過觀察、觸摸、嘗試等方法，熟悉工具每一部分的結構、特點及使用方法等。在《天平》一課的教學中，有位教師在教學時，直接把教學用的天平發給各個小組，并鼓勵學生在小組長的帶領下，利用各種感官、采用各種方式，自主探究天平的使用方法。學生興趣盎然，爭先恐后地觀察天平的結構及各個部分的形狀、大小、位置；親手觸摸天平的各個部分，并試著轉動平衡螺母，調節平衡，感知平衡的規律；熱烈討論感興趣的話題。在學生充分探究的基礎上，教師就學生遇到的具體問題、疑惑，進行指導、引導，幫助學生掌握天平的使用方法。

（二）搭建腳手架，助力自主探究

對小學生而言，有的工具相對熟悉，有的工具相對陌生。對一些比較陌生、操作要求比較高、自主探究有困難的工具，教師應該結合學生的特點，搭建有效的腳手架，助力學生自主探究。腳手架的搭建有很多方式，如，內容檢索式，即把工具使用方法用不同方式呈現出來，如，紙質呈現、音像呈現、網址提供等，在學生需要的時候，供他們自主檢索；再如，問題引導式，即根據工具具體使用方法，教師提前設計一系列相關問題，形成“問題探究鏈”，引導學生思考，逐步深入，層層逼近，最終達到目標。在《天平》一課的教學中，由于天平使用方法比較煩瑣，有位教師采用內容檢索的方式搭建腳手架：在學生探究前，為每個小組準備了紙質的“天平使用說明書”，將天平各部分的名稱、功能、操作方法、注意事項一一列出，然后鼓勵學生自主探究，并提醒學生在探究遇到問題時，隨時可查詢該說明書。另一位教師則采用問題引導的方式搭建腳手架。他設計的“天平使用方法問題探究鏈”是：A.用天平測量物體的質量，首先要調節天平的平衡。怎樣調節平衡？調節時，游碼應怎樣調節？平衡螺母應怎樣調節？平衡時，指針應指在哪？B.用鑷子夾取砝碼時，要注意什么？C.當放入最后一個砝碼超重時，又該怎么做？D.怎樣在天平上讀出物體的質量？這個“問題探究鏈”層次清晰，環環相扣，益于學生學習思考。以上兩節《天平》課，通過“天平使用說明書”“天平使用方法問題探究鏈”的助力，學生都高效地完成了學習任務。

二、以目的滲透為措施，讓學生感悟工具與生活的聯系

工具的產生、使用與人們的生活密不可分，“工具內容”教學要引導學生“知道使用工具可以更加精確、便利和快捷”。由于理解得不深入，一些教師教學時，常常重視工具的構成和使用方法的教學，而忽視“工具為何產生”“工具使用后的結果如何”等內容，造成了工具使用目的缺位，割裂了科學與生活的聯系，讓學生“只知其然，而不知其所以然”，大大降低了學生學習科學的興趣。

（一）情境創設，感知工具產生的必要性

當人們在生活中遇到問題力所不及時，就需要借助工具來解決，工具也就由此產生。工具是在怎樣的情境下產生的呢？教學“工具內容”時，教師要精心創設問題情境，讓學生感知工具產生的必要性，體會工具與人們生活的關系。創設的情境要具體真實，貼近生活，讓學生容易接受、便于感知；情境中的認知沖突要典型、突出，對沖突中的問題，學生依據已有的生活經驗、現有的外部條件沒有辦法解決。在《天平》一課的教學中，有位教師創設了比較體積相近的兩枚雞蛋質量大小的問題情境。課堂教學中，學生圍繞“區分兩枚雞蛋質量大小”這一問題，或用肉眼觀察體積大小的方法，或用手掂質量輕重的方法進行比較，結果這些估測得出的結論因人而異，很難一致。經過多次實踐后，學生一致認為，這種只靠人的感覺器官進行比較的方法無法解決這一問題，由此產生“要解決問題，得到更精確的比較結果，必須借助工具”的結論。

（二）數據對比，體驗工具給人們的幫助

工具是人力量的延伸，它的使用可以讓結果更加精確、生活更加便利。教學時，必須讓學生體驗使用工具給人們生活帶來的幫助。數據對比是實現這一目的的重要方法。在《天平》一課的教學中，一位教師就是利用數據對比的方法驗證用天平測量物體質量的精確性。上課伊始，他拿出一枚雞蛋，問學生：“這枚雞蛋的質量是多少？”讓學生先用手掂掂這枚雞蛋，估測一下它的質量，并記下數據。學生情緒高漲，積極行動，但不同學生的估測結果不一。在學習完天平的使用方法后，讓學生再用天平測量一下這枚雞蛋的質量，并記下數據。最后，他讓學生把估測得來的數據與天平測得的數據進行比較。通過數據對比，學生真切地體驗到用天平測量物體質量比人估測更加精確。

三、以學科融合為導向，讓學生核心素養得到長足發展

“科學課程是一門體現科學本質的綜合性基礎課程”，課程性質就表明本課程是由多門學科統整而成，它的教學勢必涉及學科融合。同時科學也倡導跨學科學習方式，讓學生在真實的問題情境中，運用多學科知識分析問題、解決問題，促進學生創新精神、實踐能力的發展。“工具內容”是組織學生跨學科學習的絕佳載體。日常教學中，由于大多數教師課程意識不強，或認識不到位，或不敢嘗試，從而造成“工具內容”跨學科學習的缺席，致使該內容應有的促進學生核心素養長足發展的效能沒有得到有效落實。在“工具內容”教學中，教師應轉變觀念，勇于實踐，強化學科間的資源融合，深入推進跨學科學習。

（一）嘗試原理探究，深度融合科學與技術

小學科學教材中，“工具內容”部分的課程大多設計為工具使用方法的學習。教學實踐中，教師也多圍繞工具使用方法進行教學，不敢越雷池一步。要敢于打破教材的結構，突破教材的束縛，善于“用教材教”，促進學生核心素養的發展。任何一件工具都蘊含一定的科學原理。在“工具內容”教學時，可以嘗試將方法學習與原理探究相結合，把科學與技術有機融合在一起。在《天平》一課的教學中，學習天平使用方法后，一位教師組織學生思考：“天平是測量物體質量的工具，它為什么能夠測量物體的質量呢？”以此引導學生進行天平原理的探究。探究中，這位教師先引導學生思考：“天平在什么狀態下，我們才可以讀出重物的質量？平衡時，重物的質量與砝碼的質量有著怎樣的關系？左、右托盤到天平中心的距離有著怎樣的關系？”然后組織學生觀察天平的結構特點；再由天平的特點引出杠桿尺，引導學生圍繞“怎樣讓杠桿尺平衡”這一問題，尋找杠桿尺平衡的規律；最后，引導學生結合已探究到的科學知識解釋天平的原理。通過上述探究活動，學生自然而然地明白了天平是一種等臂杠桿，是依據杠桿原理制成的。

（二）嘗試工具制作，組織STEM 課程學習

“科學、技術、工程與數學，即STEM，是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，它將科學、技術、工程、數學有機地融為一體，有利于學生創新能力的培養。”“工具內容”教學的目的不僅僅是讓學生學會工具的使用方法、正確使用工具，還要充分挖掘“工具內容”多方面的教育價值，發揮其多方面的育人功能。教學中，要結合具體內容與學生生活實際，以工具制作為突破口，積極融合多學科資源，創造性地組織學生開展STEM 課程學習。在《天平》一課的教學中，學生學會正確使用天平后，一位教師利用多個課時，鼓勵學生自制一架簡易天平。怎樣制作簡易天平呢？他引導學生從以下幾個方面進行探究與實踐：“天平的原理是什么”（天平制作的前提、依據）；“想制作一架怎樣的天平”（天平制作開端，重在引導學生設計并畫出自己想要的天平的樣子）；“用什么來制作天平”（天平制作的具體實施，重在引導學生選擇什么樣的材料更符合自己的要求，用這些材料怎樣制作出天平）；“制造的天平樣品是否合適”（天平樣品的實踐檢驗，重在引導學生通過測量物體的質量來檢驗天平的科學性）。以上幾個方面的實踐，涉及科學、技術、工程、數學等諸多領域，有利于學生核心素養的發展。

總之，“工具內容”的教學既要體現課程標準的要求，遵循小學科學教學規律，也要創造性地“用教材教”，充分發揮其育人功能。