《緊密聯系的工具和技術》“四從”教學設計

〔摘" "要〕" 本研究以教科版科學六年級上冊《緊密聯系的工具和技術》一課為核心，聚焦農業工具與技術的教育價值，設計“傳統水車解密”項目式學習路徑。通過情境創設、原理探究、技術改良、成果展示四階教學模式，將傳統農業工具的科學原理與現代技術創新相結合，引導學生從觀察科學轉向實踐科學。研究融合跨學科知識，培養學生的技術思維與問題解決能力，最終實現從工具認知到技術創新的思維躍遷。實踐表明，該路徑能有效提升學生的科學素養與實踐能力，為在小學科學教學中融入勞動教育與傳統文化提供可行范式。

〔關鍵詞〕" 小學科學；農業工具；項目式學習

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）24" " 0061-03

小學科學教育是培養學生核心素養的重要載體，但其傳統教學模式常局限于課本知識的單向傳授，與真實生活情境脫節?！读x務教育科學課程標準（2022年版）》明確提出倡導探究式學習，注重學科間的相互關聯，強調科學教育需扎根實踐、聯系社會。農業工具作為人類文明與技術智慧的結晶，蘊含豐富的科學原理與勞動教育價值，卻長期被排除在小學科學課程的核心內容之外。當前，小學科學教材中工具與技術相關內容多聚焦工業或現代科技，對傳統農業工具的涉及較少，導致學生對本土技術文化的認知斷層。本研究以教科版科學六年級上冊《緊密聯系的工具和技術》為切入點，選取傳統水車這一典型農業工具，設計跨學科項目課程。通過解構水車的機械原理、改良設計方案、實踐制作模型等環節，將抽象的科學概念轉化為可操作的實踐任務，既落實課程標準中技術與工程領域的要求，又實現傳統文化傳承與創新思維培養的雙重目標。

一、教學設計

（一）設計思路

本項目以建構主義學習理論與STEM教育理念為指導，采用問題驅動、探究實踐、迭代創新的螺旋式設計思路。核心邏輯是以真實問題激活學生興趣，通過拆解傳統工具的科學原理搭建知識框架，再通過技術改良任務引導學生將知識轉化為創新能力。

第一，確定真實情境：從學生熟悉的農業生產場景出發，引出傳統水車如何將低處水引向高處的核心問題，避免科學知識的孤立化。第二，拆解學科融合點：將水車原理與科學課簡單機械、數學課圓的周長與效率計算、歷史課古代農業技術發展史、美術課結構設計與模型美化相結合，形成跨學科知識網絡。第三，設置階梯式任務：從原理認知到模型制作，再到技術改良，任務難度逐步提升，確保學生在最近發展區內實現能力躍遷。

（二）工具選擇

工具選擇需兼顧科學性、可操作性與文化代表性，具體分為三類。

核心探究工具：傳統水車模型、水流模擬裝置。水車是古代灌溉技術的典型代表，其輪軸結構直觀體現簡單機械原理，可拆卸模型便于學生觀察內部構造。

輔助實驗工具：彈簧秤、量角器、PVC管與連接器。工具尺寸適合小學生操作，材料安全且易獲取，能支持學生自主設計對比實驗。

數字化延伸工具：虛擬仿真軟件、3D建模草圖軟件。針對傳統工具可視化不足的問題，通過虛擬軟件動態展示水流與輪軸的相互作用，幫助學生理解抽象的力學原理；3D建模工具則為技術改良提供創意表達載體。

（三）教學目標

知識目標能說出水車的主要結構及各部分作用；解釋輪軸、杠桿原理在水車上的應用；舉例說明傳統農業工具與現代技術的聯系。能力目標能通過觀察與實驗分析水車提水效率的影響因素；能運用簡單材料設計并制作改良版水車模型；能通過小組合作完成技術方案的討論、優化與展示。能從情感態度與價值觀目標體會古代勞動人民的智慧，樹立對傳統文化的認同感；形成技術源于需求的認知，培養發現問題、解決問題的創新意識；在小組協作中養成傾聽、表達與互助的合作精神。

二、教學實施

（一）創設情境

情境創設需激發學生的真實需求，具體實施分三步驟。

問題導入：播放視頻《古代農民灌溉難》（片段展示：天旱時農民用木桶挑水灌溉，效率低下），提問：如果你來幫助古代農民，如何用更省力的方式把水從河里引到農田？引導學生聯想到工具的重要性。

文化浸潤：展示從河姆渡遺址的骨耜到唐代筒車的農業工具發展史圖片，重點介紹水車在南方稻田灌溉中的作用，讓學生感知工具是人類智慧的延伸。

任務發布：呈現校園小菜園灌溉挑戰：學校小菜園地勢高于水源，需設計一種無須電力的提水工具，要求結構簡單、材料易得、能連續提水。將學生分組，每組發放傳統水車實物模型，觀察水車模型，思考它如何解決“提水”問題？

（二）探究原理

原理探究是連接工具認知與技術思維的關鍵，采用結構拆解、對比實驗、科學建模三步法。

結構拆解：學生分組拆卸水車模型，記錄各部件名稱（輪盤、葉片、軸、支架），用思維導圖梳理部件、功能關系，如葉片承接水流并提水，軸固定輪盤并傳遞動力。教師引導提問：為什么葉片要傾斜一定角度？軸的粗細對轉動是否有影響？

對比實驗：設計兩組實驗——改變葉片角度（30°/45°/60°），測量相同水流下的提水量； 改變輪盤直徑（10cm/20cm），記錄單位時間內的轉動圈數。學生通過實驗發現：葉片角度45°時提水量最大（水流沖擊力與向上分力平衡），輪盤直徑越大，單次提水量越多，但轉動越費力。

科學建模：基于實驗數據，用公式表達，提水效率=（葉片面積×水流速度×角度系數）/輪軸摩擦力，引導學生用數學模型解釋工具設計需平衡效率與成本的技術邏輯。

（三）改良技術

技術改良是培養創新思維的核心環節，實施路徑為缺陷分析、跨界遷移、方案落地。

缺陷分析：學生通過實踐發現傳統水車的局限性，僅能在水流速度≥0.5m/s時工作（緩流河溪無法驅動）；葉片易被雜草纏繞；提水高度固定（僅能提升1～2米）。

跨界遷移：教師提供現代技術啟發案例。自行車齒輪變速原理，能否給水車加齒輪組改變轉速？螺旋輸送機結構，能否將葉片改為螺旋形提升高度？引導學生將其他領域技術遷移到農業工具改良中。

方案落地：學生分組提交改良方案。例如，齒輪變速組+螺旋葉片組合（提升高度至3米）、可拆卸濾網葉片（防止雜草纏繞）、太陽能輔助驅動裝置（針對無水流場景）。教師重點指導方案的可行性（如材料是否易得、結構是否穩定），鼓勵學生用“草圖+文字”說明呈現設計思路。

（四）展示成果

成果展示需體現過程性評價與多元表達，形式包括：模型展覽——每組展示改良后的水車模型，標注核心創新點（如我們的“防堵螺旋水車”通過葉片角度可調設計，提水效率提升40%），其他小組通過貼便箋方式提問或點贊（如為什么選擇塑料葉片而非木質）。技術答辯——學生代表陳述設計理念、實驗數據、改良邏輯，回應評委（教師+校外農技人員）提問。例如，如果要在山區推廣你的水車，需要考慮哪些環境因素？反思日志——學生撰寫《我的技術改良筆記》，記錄最初想法、實驗失敗、解決方案、新問題的思維軌跡，教師通過日志評估學生的技術思維發展水平。

三、“四從”教學創新

（一）從看科學到做科學

傳統科學教學多以教師演示實驗+學生記錄結論為主，學生處于被動觀察地位。本項目通過做科學重構學習方式，將水車模型轉化為可探究的教材，學生通過拆卸、組裝、改造工具，直接與科學原理對話。例如，在葉片角度與提水量實驗中，學生需自主控制變量、記錄數據、分析結論，經歷科學家式的探究過程。鼓勵學生在模型制作中試錯。例如，有小組最初將葉片垂直安裝，發現提水量為零，通過分析錯誤原因，認識反推力的作用方向與效率的關系，實現從失敗中學習。

（二）從單一學科到跨學科融合

項目突破學科邊界，構建科學+融合體系?？茖W課的簡單機械原理為水車結構提供理論基礎，數學課的圓周長計算幫助優化輪盤尺寸，歷史課的農業發展史賦予工具文化意義，美術課的結構美學提升模型設計感。例如，學生在設計太陽能輔助水車時，需同時運用電路知識（科學）與能量轉換效率計算（數學）。培養技術素養所需的綜合能力，如觀察能力（科學）、計算能力（數學）、表達能力（語文）、動手能力（工程）。例如，成果展示環節要求學生用數據+圖像+文字多維表達，鍛煉跨學科溝通能力。

（三）從工具認知到技術思維

教學不止于認識工具，更注重培養技術思維，即需求、設計、優化、應用的問題解決邏輯。所有技術改良均源于真實需求，學生需先調研用戶需求，再設計解決方案，避免為創新而創新。引導學生從單一部件改良到整體系統優化。例如，有小組發現增加齒輪組雖能提升高度，但導致輪軸過重，進而提出輕質材料替換+齒輪組模塊化的綜合方案，體現權衡與妥協的技術思維。

（四）從課堂學習到真實實踐

突破教室圍墻，將學習延伸到真實場景。組織學生參觀農業博物館，觀察不同地域水車的差異，理解工具設計需適應環境的道理。邀請老農講述水車使用史，學生向農技員請教現代灌溉技術（噴灌、滴灌）與傳統工具的傳承關系，認識到技術創新需扎根現實需求。

四、教學反思

（一）興趣是最好的老師，讓學習自然發生

項目通過真實問題+可操作工具激發學生內驅力。課前調查顯示，85%的學生對農業工具興趣一般；課后問卷中，92%的學生表示想進一步研究其他傳統工具（如曲轅犁、耬車）。例如，有學生在反思日志中寫道：當我用自己設計的水車把水提到3米高的水桶時，突然明白了“科學不是課本上的字，而是能改變生活的力量”。

（二）從教知識到育思維，讓學習更有深度

傳統教學側重知識識記（如輪軸的定義），本項目則通過技術改良培養高階思維。例如，學生在解決雜草纏繞葉片問題時，需經歷問題定位（雜草纏繞葉片軸）、原因分析（葉片間距過大）、方案設計（加裝梳齒狀濾網）、效果驗證（對比實驗）的批判性思維過程，這種基于證據的推理能力遠超單純的知識記憶。

（三）從個體學習到協作共創，讓學習更有溫度

項目以小組合作為主要形式，學生在方案討論、任務分工、失敗互助中學會協作。例如，某小組因齒輪組設計產生分歧，最終通過每人陳述方案優點—投票選擇—分工制作原型驗證的方式達成共識，過程中不僅解決了技術問題，更培養了學生傾聽不同意見、尊重多元視角的合作素養。

在小學科學教學中融入農業工具與技術，不僅是對課程資源的拓展，更是對科技育人理念的深化。通過“傳統水車解密”項目，學生既掌握了簡單機械等核心知識，又形成了需求、設計、優化的技術思維，同時建立了對本土技術文化的認同。未來教學可進一步拓展工具類型，構建古代技術、現代科技、未來創新的課程鏈，讓科學教育真正成為連接文化傳承與創新發展的橋梁。

參考文獻

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