在《我們的“過山車”》課堂設計5E視域下的技術與工程領域教學

◇張 盛 郭飛君（吉林：長春師范大學）

技術與工程是小學科學新增加的領域，教師在教學時顯現出重知識講授和強調活動兩極化的特點。本研究以“5E 教學模式”為基礎，結合技術與工程領域的特點構建“技術與工程領域教學設計模型”，以《我們的“過山車”》為例進行教學設計，增強科學知識與工程實踐的融合，培養學生的工程思維，提高科學素養，也希望為一線教師教學實踐提供參考。

2017 版《義務教育小學科學課程標準》新增加技術與工程領域，這一領域與其他領域注重科學知識的建構不同，更加強調學生知識的綜合運用、實踐技能的培養、科學態度的養成、適應生活的能力。技術與工程領域的學習，可以培養學生問題解決能力，加強科學知識與生活的聯系，促進對科學概念的理解。學生在設計、制作過程中，將動手與動腦有機結合，體會“做”的成功和樂趣，從而養成通過“動手做”解決問題的習慣。

一、科學課堂技術與工程領域教學現狀分析

技術與工程領域的學習可以幫助學生掌握更多的生活實踐技能，將所學的知識綜合運用，體驗人類世界的建造過程，感悟科技進步對社會發展和個人生活的影響，從而提高社會生活能力。技術與工程領域更加強調在實踐活動中對知識的綜合運用，更注重培養學生通過動手實踐解決問題的能力，對培養學生的科學素養具有獨特的價值，在教學實踐中應采取新教學模式。但是，該領域的現實教學實踐并不能很好地達到課程目標的要求。

目前，教師在技術與工程領域的教學中存在諸多問題，主要為兩類：一是采用傳統的教學模式，以知識講授為主。講授式的教學方式無法帶領學生進入技術與工程的實際情境，抑制學生學習科學的興趣，不利于學生科學素養的提升。教師采用概念教學的方式進行技術與工程領域的教學，與課程標準中倡導“組織實踐活動使學生體會到‘做’的成功和樂趣，養成通過‘動手做’解決問題的習慣”相違背，與增設這一領域的目的相悖。

二是將技術工程課上成活動課，忽視了知識的建構。目前在開展探究活動時，教師缺少對學生探究實踐活動的指導，過于強調學生的自主性，滿足小學生愛玩的天性，將科學課堂“游樂”化，對學生科學知識的掌握和科學素養的培養不利。

在教學中組織探究活動需要教師具備較強的組織能力和活動設計能力。但目前教師的探究式教學水平較低，并且教師在進行教學設計時，沒有可以參照的設計模型，組織探究式教學時存在難度。

技術與工程領域強調學生的動手實踐，這一部分內容本來是學生最感興趣的內容，在學習科學知識過程中可以體會動手操作的愉悅，體會工程設計的成就感。在教學過程中，教師應科學設置教學環節，引導學生在科學知識的回顧中，進一步發現工程產品中關聯的科學知識，在增強學生對科學知識理解的基礎上，拓寬科學文化交往視野，提升科學交往層次，以利于科學教育源于生活，應用于生活，鍛煉學生的科學生活能力，促進學生核心素養的養成。

二、5E教學模式模型建構

5E 教學模式是基于建構主義的探究式教學模式，對學生科學概念的構建、核心素養的提升具有積極作用。5E 教學模式通過創設學習情境，激發學生的學習興趣，引導學生主動進行探究，解決實際問題，構建科學概念，不僅促進對科學概念的理解，還可以提高學生的科學探究能力，非常適合技術與工程領域教學實踐。

本研究針對技術與工程領域教學中存在的問題，根據技術與工程領域的特點改進“5E 教學模式”，構建了基于“5E 教學模式”技術與工程領域教學設計模型（見圖1）。通過參與、探究1、解釋1、探究2、解釋2、評價六個教學環節組織教學活動；通過參與環節創設情境，引起學生的興趣。根據技術與工程領域的特點，將探究環節分為設計和制作兩部分，突出技術與工程領域最重要的環節，在明確任務后，突出學生的主體地位，引導學生主動探究。在解釋環節引導學生去發現工程產品中的科學知識，增強學生對知識的綜合運用能力。運用學習記錄單、提問等評價方式對教學環節的學生表現進行評價。

圖1 基于“5E教學模式”技術與工程領域教學設計模型

三、“技術與工程領域教學設計模型”教學設計

本文以《我們的“過山車”》為例，運用“基于‘5E 教學模式’技術與工程領域教學設計模型”進行教學設計，總結應用于技術與工程領域教學的優勢，期待為一線教師在該領域的教學實踐提供參考。

（一）分析教材與學情

教材分析：本節課選自教育科學出版社《科學》教材三年級下冊“物體的運動”單元。通過前面六節課的學習，學生已經知道物體的運動方式。本節課通過制作“過山車”，聚焦分析過山車的運動方式，綜合所學知識設計制作自己的“過山車”，為下一節課測試“過山車”做準備。

學情分析：三年級學生由于年齡較小，缺乏相關的實踐經歷，對過山車的路徑和軌道缺乏直接體驗，并且學生空間想象力不足，在設計制作時可能會出現偏差。在以前的學習中，學生學習了制作帽子、指南針的課程，具備基礎的工程素養，對接下來的學習有一定幫助，但學生第一次接觸設計類課程，沒有形成相關的工程設計思維，本節課學習對于三年級學生來說有一定的難度。

（二）制定教學目標

科學知識：知道人工世界是設計和制造出來的；總結歸納工程設計的基本步驟。

科學思維：通過繪制“過山車”的設計圖，形成頭腦風暴式的科學思維；通過根據設計圖制作“過山車”，形成模型思維。

科學探究：根據已有材料，小組合作繪制“過山車”的設計圖；根據設計圖制作“過山車”，進行及時的測試和調整。

科學態度和社會責任：養成與小組成員合作探究的意識，樂于為完成探究活動分享想法、貢獻力量；能接納他人的觀點，并能夠及時反思和改進，體驗設計產品的成就感。

（三）設計教學活動

1.參與（創設情境，激發興趣）

教師播放過山車的圖片，設問：“你們去過游樂園嗎？玩過過山車嗎？過山車好不好玩，那過山車有什么特點？”

預設：“過山車由直線軌道、曲線軌道組成，軌道有一定的坡度”。

揭示研究主題：我們了解了過山車的特點，今天就來建造一座“過山車”吧！

設計意圖：通過播放圖片，吸引學生的注意力，引起學生的興趣，揭示研究主題；通過提問，回顧所學知識，與學生介紹模型相呼應。

2.探究1（分組討論，設計方案）

請學生觀察教科書“過山車”軌道設計圖，展示建造“過山車”所需材料：建造積木。明確設計要求：“過山車”要穩固；設計軌道需要有坡度的變化；小球不能脫軌并滾完全部軌道；軌道由曲線和直線軌道組成；軌道的長度一米以上。

明確設計要求后，教師組織小組內部討論交流，根據提供的材料，完成設計圖并進行優化。同時提醒學生，設計不要過于復雜，不然容易導致后續的拼搭難以完成。教師給予適當的指導。

設計意圖：小組合作完成設計圖，使學生明白設計是工程的關鍵環節，工程設計需要不斷改進和完善，并培養學生參與合作探究的意識，樂于為完成探究活動分享自己的想法、貢獻力量。

3.解釋1（分享交流，優化設計）

設計完成后，教師組織學生分享交流，請小組派代表介紹分享小組的設計圖（引導學生介紹設計思路和原理）。教師組織其他學生提出疑問和優化建議（評價時，引導學生關注設計要求）。學生集體交流評價后，針對提出的優化建議，汲取不同小組的設計優點，對本小組的設計進行調整優化，完成最終的設計圖。

設計意圖：通過分享小組的設計圖，鍛煉學生的語言組織與表達能力；通過集體交流，形成思維的碰撞，調動學生的積極性，激發學生科學學習的興趣，并形成耐心聽取別人建議的習慣。

4.探究2（實施方案，模型構建）

教師再次明確建造要求，分發實驗材料，并提醒學生注意實驗安全。小組學生用分發的材料，按照最終的設計圖，組內同學合作搭建軌道模型。

在學生合作搭建過程中，教師巡視并指導搭建過程，關注建造軌道是否符合設計要求，軌道是否經濟、穩固，必要時給予適當幫助指導。教師巡視過程中，根據各組的搭建進程適時分發小球，鼓勵學生不斷測試、完善改進，完成最終的建造。重點關注學生的安全，避免意外情況。

設計意圖：學生通過搭建“過山車”模型，參與探究活動，體會“做”的喜悅和成功的樂趣，加強交流合作能力。

5.解釋2（模型展示，創意比拼）

教師組織學生分小組展示搭建的模型，請學生介紹“過山車”的建造過程和設計特點，演示并描述小球在“過山車”軌道的運動形式。

學生評判是否符合設計要求，評選出最具創意的“過山車”模型。

設計意圖：學生通過展示“過山車”模型，介紹設計思路，培養學生的表達交流能力。體會工程蘊含的科學知識，加強科學知識與生活的聯系。

6.評價（課程總結，能力提升）

提問：“通過設計制作‘過山車’，請小組總結工程設計的基本步驟。”

教師歸納工程設計的基本步驟包括明確問題、確定方案、設計制作、改進完善。

以工程設計的原則：經濟、美觀、實用、創意，設計小組互評單對搭建的軌道進行評價。

設計意圖：總結工程設計的基本步驟，強調本節課學習的科學知識；通過填寫小組互評單，督促學生參與課程學習和小組交流合作。

教學小結：學生通過參與設計、制作“過山車”軌道模型，掌握工程設計的步驟，同時將直線運動、曲線運動等科學概念由熟記水平提升到應用水平，在實踐過程中綜合運用科學知識，促進學生對知識的理解，促進工程思維的形成，提高學生的科學素養和運用跨學科知識解決實際問題的能力。

四、結語

本研究基于“5E 教學模式”，根據技術與工程領域的特點構建了教學設計模型，與傳統教學模式相比具有很多優勢：將科學概念與工程實踐相融合，巧妙解決了目前教學實踐中存在的現實問題；教學活動以學生為主體，使學生體會到動手制作的快樂；通過小組合作完成設計、制作，提高學生參與合作的能力，為參與社會活動、擴大科學交往關系奠定基礎；通過完成模型的建造，幫助學生形成工程思維，增強處理實際問題、參與社會活動的能力。■