借鑒數學建模程序設計“工程與技術”教學

◇韓世英（新疆：石河子第三小學）

“工程與技術”的教學是《科學》新教材實施的難點，制約的主要因素是：教師沒有相關教育和教學經歷，不能有效指導學生設計和制作。我們從課程目標的定位、教學理念建模策略的應用兩個方面著手，促進教師“工程與技術”教學理念和實施策略的提高，以幫助教師盡快掌握該類型課程的實施策略，提高課堂教學質量。

2001年新課改實施的后期，曾有人說過，“一流教師教知識，二流教師教技能，三流教師教思維，特級教師什么都不教”。這句話在“以培養學生核心素養為目標”的2018年教科版《科學》教材的實施過程中，又有了新的解讀和實踐意義。

小學科學課程目標從2001年的三維目標升級為2017年的四維目標，即從“知識與技能”“過程與方法”“情感、態度、價值觀”的三維目標，升級到了“科學知識”“科學探究”“科學態度”“科學、技術、社會與環境”的四維目標。上升一個維度意味著增加了無數個三維，在育人效果上將產生數量級的變化。教學內容和教材結構也進行了重新編寫，其中最大的亮點就是增加了“工程與技術”領域。“工程與技術”不僅在教學內容上成為科學課的一部分，有獨立的課時內容，而且每節課四維目標中的“科學、技術、社會與環境”目標也是“工程與技術”領域一些思想的滲透。但在新教材的實施過程中，教師沒有理解或者注意到：對“科學、技術、社會與環境”這個維度的教學目標如何落實？這個維度的教學目標與其他三維目標如何整合為統一的整體？“工程與技術”類課型如何開展教學，是2017版新課程理念實施的難點和重點。一種理念的實施或教學目標的實現，首先對該理念或目標內涵、意義、實施策略的學習和理解，其次才是在理念和目標指導下的教學活動。如何認識和應用新教學理念開展“工程與技術”領域的教學呢？我們可以在課標中學習理念，可以在單元教材的分析中感悟，也可以在具體的課堂教學中實踐和內化。作為一名一線教研員，在學習新課程理念后，尤其是在用新理念指導自己觀摩課堂教學的實踐活動中，對“工程與技術”類課型的設計和評價，對“工程與技術”思維在科學課程中實施難點和教育價值的挖掘，有如下思考。

一、精準確立教學目標，引領策略優化過程

201版課標指出，“兒童的工程技術實踐活動與科學探究活動具有同等重要的地位和作用”。這句話對“工程與技術”的教育價值和教學目標做了定位。課標為什么這樣說？“工程與技術”實踐活動與科學探究活動的共同點是什么呢？是什么讓它具有“重要地位和作用”？用我們熟悉的“科學探究”來理解陌生的“工程與技術”，說明“工程與技術”與“科學探究”一樣，它最重要的育人價值就在學生發明和建造的實踐過程中，在應用知識解決問題的過程中，在綜合運用各種知識與材料形成產品的實踐中。這恰恰是建構主義思想的核心，是建構主義理論在STEM教育理念、項目式學習、深度學習中的具體運用。

課標對學生在不同學段開展了不同的技術發明、工程建設活動。在科學概念方面，要幫助學生形成三個主要概念，其中包括：“技術的核心是發明，是人們對自然的利用和改造”“工程技術的核心是設計，工程是運用科學和技術進行設計、解決實際問題和制造產品的活動”。從這些描述中我們可以看到：這兩個主要概念其實是兩個觀念，是學生在發明技術的過程中、在設計和制作的實踐中，體驗發明創造的一般規律，體驗工程建造從設計到制作的一般過程。雖然是小發明、小制造，但解決問題的策略與大發明、大制造是一樣的，是從娃娃開始培養創新型人才的實踐。如果從為國家培養創新型人才的目標出發，再次審視“工程與技術”類課程，是不是感覺不一樣了？小發明、小制作的教學，看到的是有形的產品，看不到的是無形的思維和解決問題的策略。厘清這一點就會明白，“工程與技術”在教學目標的定位、學習方式的選擇等方面，不能等同于我們熟悉的科學知識的學習模式。

在研讀教材時我們也發現，編寫教材時，常常把“工程與技術”內容放在單元的最后一課或兩課。比如，在四年級下冊“電”的單元，課時順序是：《電與我們的生活》《點亮小燈泡》《簡單電路》《導體和絕緣體》《模擬安裝一個照明電路》。《模擬安裝一個照明電路》這一課的單元定位就是對本單元核心概念“電必須在閉合電路中流動”的應用，知識的學習已經不是本課的學習重點了，而設計和制作一個符合照明需要的實際電路才是重難點。

必須讓學生經歷這個完成真實任務的全過程，經歷一個完整的“設計與制作”過程，即明確任務—構造思路—篩選解決方法—檢驗解決方案—制作實體模型—評估并提交結果。不是每一個“工程與技術”內容都要經歷這個完整的過程的，可以在不同學段有所側重。但“工程與技術”對五六年級這個學段，已經要求經歷完整的過程了。從成功的課例看，學生在教師的引導下，經歷了完整的照明電路從設計到制作的全過程，成功制作了一個滿足需要的照明電路，對“電必須在閉合電路中流動”這個核心概念有了更深入的理解，還感受到了工程設計的復雜性，也就是說，在“設計與制作”的每一個環節，都體會到了選擇的多樣性和策略的優化選擇。這是教師最容易忽略的，卻是“工程與技術”領域重要的教學目標。這種意識必須在教師的引領下，學生才能體會到、意識到、應用上。

學生是解決問題的主體，教師是方案設計和策略優化的引領者，師生的“雙主體作用”缺一不可。真實的問題、開放的實踐、成功的制作、同伴的欣賞，都能夠激發學生的創造性、提高解決實際問題的能力。STEM教育理念可以在這個過程中得到非常好的應用。一節好的“工程與技術”課，一定是過程與結果高度統一，學生不僅是技術與工程的受用者，更是掌握技術與完成工程的主體。

二、借鑒數學建模程序，塑造工程技術理念

在“工程與技術”的教學實踐中，經常有兩種典型現象：一種是“優秀環節大拼盤”現象。課堂上活動材料琳瑯滿目、活動形式豐富多彩、學生參與度高，但在課后檢測中，卻發現學生連本課的主要任務是什么都不清楚，既沒有完成產品或任務，也沒有實現科學概念的發展。另一個極端是，學生拖不動，教師只好唱獨角戲，一講到底，感覺就是一節“手工課”，出現了“名師的教學設計不靈”的尷尬。這兩種現象的背后，都是教師既沒有吃透教材編寫意圖，又沒有領會名師精彩環節或活動的設計意圖，更沒有在吃透整節課教學目標和教育理念上下功夫，沒有把一節課當作一個“系統”來分析和應用別人的教學設計，教學活動孤立，或內在聯系不緊密。這是教師解讀教材不深入、教學理念不明晰，或者是教學理念呈現碎片化、沒有融會貫通的表現。從對教材的解讀和教學活動的設計上，都表現出教師對教學理念和教學環節沒有內化，沒有形成系統，所以不會用，不會靈活用。這種情況是非常普遍的。教師是“教技術”，而不是“用工程思維提高知識的理解和應用，訓練技術能力”。“工程與技術”教學，是教師不熟悉、不擅長的，那么，如何提高“工程與技術”類課程的教學質量呢？教師“工程與技術”素養和教育理念的提高必須先于學生、高于學生。對此，科學課本身的課程理念和學習方法給了我一些思考和啟發。

數學的建模過程分模型準備、模型假設、模型構成、模型分析、模型解釋、模型檢驗、模型應用等幾個環節。環節本身就是模型的程序表現形式，有時候我們會忽略程序的育人價值。在塑造教師“工程與技術”教育理念時，我們要借鑒的就是它的程序。例如，組織教師學習相關理論和開展課堂實踐（包括自己上課和對他人課堂的觀課、議課），就是“模型準備”。這個階段是教師收集大量現象和信息階段，需要在現象層面積累豐富的個性化案例，教師對這個環節是熟悉的。緊接著，要引領教師試著分析多個教學現象背后的設計意圖和理念，要嘗試用課標對“工程與技術”的目標、實施策略、評價導向等理念進行解釋和應用，在解釋和應用的過程中，加深對理念的理解，形成模糊的認知框架。

開展模擬名師課堂這種方式可以促進模型假設和構成。教師在這個環節開始了第一次嚴重分化，一部分教師表現出不重視、不愿意對課標和教參進行研讀，就課備課，缺乏單元意識和課程意識，對本課教學環節缺乏結構性分析，單元教學沒有結構性和系統性，評課也停留在講現象、說流程層面，上課和聽課都停留在現象表現。另一部分教師在自我反思和交流研討中，對一些新理念形成了自我理解和價值認同。這個理解和認同不是靜止的，是發展變化的，越實踐，模型就越清晰，從細節走向了抽象概括，已經可以用“工程與技術”新理念上課和評課，在反反復復的上課和評課中，進一步熟悉模型、優化模型。如果這一階段能夠及時補充學習腦科學和課程新發展理念、控制環節的細節，就可以達到宏觀建模清晰、細節調控到位、自主學習有效的效果。細細品味，在引導教師建模的過程中，再次感受“工程與技術”思維，在塑造教師理念方面也有理念上的同一性。

三、結語

在探究塑造教師“工程與技術”理念的實踐中，我感悟到科學課的另一重價值：從具體教學內容抽離出來的思維品質提升模式。這是本次探究實踐的新感悟。■