萬嵩海

技術(shù)設(shè)計是小學生科學探究學習的主要方式之一。本文以一則課堂教學實例引出，分析了基于技術(shù)設(shè)計的小學科學教學的四個目標和三種水平，提出了“原型啟發(fā)”、“設(shè)計制作”、“效能評價”、“建立關(guān)聯(lián)”四階段的科學課堂教學的實施策略。

一、再現(xiàn)“公平杯里的秘密”

在2012年秋的浙江省小學科學特級教師課堂教學展示活動中，特級教師喻伯軍執(zhí)教了《公平杯里的秘密》。幾年前在西安地攤上淘到的這個奇妙的公平杯，現(xiàn)在竟然引發(fā)了孩子們的探究熱情。與普通杯子不同，孩子們發(fā)現(xiàn)，公平杯中央有一個龍形的立柱，杯底還有一個小洞。往杯中加水，孩子們驚奇地觀察到，當杯中的水積蓄到一定高度時，就會從小洞中不斷流出，直至杯中無水。喻老師笑問：“這個奇怪的現(xiàn)象與杯子的哪個結(jié)構(gòu)有最大關(guān)系？”孩子們紛紛猜測：“可能和杯子中的龍嘴有關(guān)”、“可能和杯底的小洞有關(guān)”、“龍嘴和底部小洞之間可能有一根管子”、“可能在立柱的底部有一個進水的小孔”。猜測越來越接近事實。于是，喻老師揭示了公平杯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。原來，公平杯內(nèi)的龍形立柱里有一個“n”形的連通管，而精美的龍頭只不過是裝飾品。

為了幫助孩子們理解公平杯這種奇特結(jié)構(gòu)所隱含的科學原理，喻老師展示了用吸管和一次性塑料杯制成的公平杯簡易模型。由于材料簡單、操作便捷，孩子們很快想到了公平杯模型的制作技巧，躍躍欲試。此時，提一些活動要求是必要的，這些要求涉及獨立制作、多次檢驗、簡圖記錄、原理討論、操作常規(guī)五方面。20分鐘的小組活動結(jié)束了，孩子們展示了自制公平杯的效能，并交流了他們對公平杯工作原理的思考——杯中的水流出來是因為水的壓力。在這一點上，孩子們?nèi)〉昧斯沧R。借助“公平杯工作原理示意圖”，孩子們了解了虹吸現(xiàn)象以及虹吸現(xiàn)象在生活中的存在和應(yīng)用。

在《公平杯里的秘密》的教學活動中，教師引導孩子們通過對公平杯的觀察、制作、檢驗，來了解公平杯的結(jié)構(gòu)、功能和原理之間存在的聯(lián)系，并逐漸建立“人們設(shè)計不同的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)不同的功能”這一科學概念。這樣的教學過程，被視為基于“技術(shù)設(shè)計”的小學科學教學。

二、基于技術(shù)設(shè)計的教學目標

技術(shù)設(shè)計，是指孩子們通過制成某個具有特定功能的實物化的技術(shù)產(chǎn)品，來理解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、原理之間的關(guān)系的科學學習過程。技術(shù)設(shè)計與科學探究是兩種并行的活動過程，它們相互促進、相互滲透。技術(shù)設(shè)計把孩子們通過科學探究所獲得的科學知識與他們的生活緊密地聯(lián)系在一起，通過對技術(shù)產(chǎn)品及其工作方式的了解來加深對科學概念和科學原理的理解，通過對技術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計和制作來提升科學探究能力、決策能力、創(chuàng)造能力，通過對技術(shù)產(chǎn)品的評價和運用來發(fā)展科學情感，從而理解科學技術(shù)和社會之間的關(guān)系。

結(jié)合小學生科學學習的特點和需求加以分析，基于技術(shù)設(shè)計的小學科學教學目標主要應(yīng)定位于四個方面：一是發(fā)展孩子們對技術(shù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能和原理之間的關(guān)系的理解；二是發(fā)展孩子們的技術(shù)設(shè)計能力，比如設(shè)計圖稿的基本格式、在圖稿中如何使用文字和示意圖等；三是發(fā)展孩子們與設(shè)計過程相關(guān)的能力，包括合作能力、創(chuàng)造能力、空間能力、決策能力；四是發(fā)展孩子們對科學、技術(shù)、社會之間的種種聯(lián)系的理解。

孩子們的技術(shù)設(shè)計可以有三種不同的水平。一是在原型啟發(fā)下，利用身邊的簡單材料創(chuàng)制出結(jié)構(gòu)、功能相似的技術(shù)產(chǎn)品，比如“做一個指南針”、“做一個小開關(guān)”、“做個太陽能熱水器”、“設(shè)計制作小賽車”等；二是在分析原型缺陷的基礎(chǔ)上，對其結(jié)構(gòu)、功能或成本和效益等進行改進設(shè)計，創(chuàng)制出更為理想的技術(shù)產(chǎn)品；三是根據(jù)特定的目的，創(chuàng)造性地設(shè)計制作出具有一定功能的技術(shù)產(chǎn)品。對于小學生而言，更多的是第一種水平，即原型啟發(fā)下的技術(shù)設(shè)計。

三、基于技術(shù)設(shè)計的教學及策略

基于技術(shù)設(shè)計的科學課堂教學，教師大多通過提供生活中的產(chǎn)品原型來引導孩子們從中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能或原理。然后指導他們合作或獨立地設(shè)計制作出基于現(xiàn)實水平的技術(shù)產(chǎn)品并檢驗其工作效能。最后引導孩子進一步理解技術(shù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能和原理之間的關(guān)系。因此，基于技術(shù)設(shè)計的小學科學課堂教學一般經(jīng)歷“原型啟發(fā)”、“設(shè)計制作”、“效能評價”、“建立關(guān)聯(lián)”四個階段。

“原型啟發(fā)”階段。教師通常利用某種暗含技術(shù)設(shè)計的活動情境或問題情境，引發(fā)孩子對技術(shù)產(chǎn)品的探究需求。然后提供與所要設(shè)計的技術(shù)產(chǎn)品相似的實物或相關(guān)資料（即“原型”），引導孩子就原型的結(jié)構(gòu)、功能或原理進行分析。比如，“該物品具有哪種結(jié)構(gòu)”、“該物品有什么功能”、“該物品利用了哪種科學原理”。

“設(shè)計制作”階段，首先，孩子們根據(jù)設(shè)計制作的任務(wù)和要求提出相關(guān)的設(shè)計制作建議。一些難度較大的任務(wù)，比如“設(shè)計制作太陽能熱水器”，教師可引導孩子們將設(shè)計制作的思路通過圖紙轉(zhuǎn)化為方案（包括所需材料、產(chǎn)品圖樣、簡單制作過程等），并對方案進行交流和評價，就其中明顯的缺陷提出修改建議。然后，孩子們自主完成產(chǎn)品的制作加工工作，并在產(chǎn)品初成后檢驗其是否達到既定要求。

“效能評價”階段。首先，是展示和評價產(chǎn)品是否能達成既定功能，比如小開關(guān)放入電路中是不是能控制電路的通斷、小賽車是不是能行駛、保溫杯是不是能減緩熱量的流失。其次是關(guān)注產(chǎn)品是否符合設(shè)計制作的限制條件和其他要求。對于教師而言，除了在產(chǎn)品效能上做出客觀評價之外，還應(yīng)該引導孩子們查找問題，提出改進建議。

“建立關(guān)聯(lián)”環(huán)節(jié)。首先，教師可利用實物、圖解、板書等手段，幫助孩子厘清產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、原理三者之間的聯(lián)系，建立或鞏固相關(guān)的科學概念。然后，引導孩子們運用所學知識去進一步解釋生活現(xiàn)象、完善技術(shù)產(chǎn)品、解決相關(guān)問題。

（浙江省杭州市拱墅區(qū)教育局教研室 310005）