談梅芬　曾寶俊

《小丑玩具跳起來》是一節(jié)自編工程實(shí)踐課，旨在將科學(xué)、技術(shù)與工程加以整合。一個(gè)完整的工程實(shí)踐活動(dòng)一般包括明確問題、設(shè)計(jì)方案、制作實(shí)體模型、檢驗(yàn)解決方案、評(píng)價(jià)并提交結(jié)果等。受限于一節(jié)課有限的教學(xué)時(shí)間，本課將側(cè)重于體現(xiàn)工程活動(dòng)的核心——產(chǎn)品設(shè)計(jì)。筆者將整個(gè)教學(xué)流程分三個(gè)板塊引導(dǎo)學(xué)生展開研究：關(guān)注現(xiàn)象，聚焦問題;科學(xué)探究，選擇合適的彈跳材料;技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)更優(yōu)的彈跳方式。在本課教學(xué)過程中，筆者從學(xué)生喜歡的彈跳游戲入手，用“設(shè)計(jì)一個(gè)讓小丑玩具跳起來的裝置”給予學(xué)生任務(wù)驅(qū)動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)探求的內(nèi)驅(qū)力，引發(fā)其對(duì)產(chǎn)品不斷改進(jìn)，并將工程思維與技術(shù)能力的訓(xùn)練貫穿在整個(gè)工程實(shí)踐中，以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

教學(xué)過程

1.關(guān)注現(xiàn)象，聚焦問題

師：老師給大家?guī)砹艘粋€(gè)魔盒。看！什么出來了？（教師演示把玩具從紙盒子里彈跳出來）

生：小丑，小丑跳出來了！

師：這是個(gè)小丑玩具，你覺得它是怎么跳出來的呢？

生：盒子里有機(jī)關(guān)，一摁機(jī)關(guān)的按鈕，小丑就跳了出來。

生：盒子里有彈簧，老師一按，小丑玩具就彈了出來。

師：大家主要是從“用什么材料使小丑玩具跳起來”“這個(gè)材料怎么幫助小丑玩具跳起來”兩個(gè)方面來思考的，如果能解決這兩個(gè)問題，我們也就能做出這么好玩的玩具了。今天我們的任務(wù)就是學(xué)習(xí)制作一個(gè)能跳起來的小丑玩具。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)教師先用一個(gè)小丑玩具從盒子里跳出來的游戲調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心，然后組織學(xué)生針對(duì)這一玩具進(jìn)行觀察討論，聚焦彈跳材料與彈跳方式，最后布置本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)?；趩栴}的聚焦與思考，這是開展工程實(shí)踐活動(dòng)慣用的一個(gè)啟動(dòng)方式。

2.科學(xué)探究，選擇合適的彈跳材料

師：能讓小丑玩具跳起來的材料有很多，老師這邊有四種材料，分別是彈簧、橡皮筋、木棍子，竹片，你認(rèn)為哪一種更適合呢？

（教師發(fā)放材料，學(xué)生觀察。）

生：我認(rèn)為是橡皮筋，它能拉長(zhǎng)。

生：我選擇的是彈簧。

生：我選擇的是有韌勁的竹條。

師：你們選的這些材料有什么特點(diǎn)？

生：它們都有彈性。

師：它們的彈性是怎么表現(xiàn)出來的呢？誰(shuí)來演示一下。

生：用力把彈簧往下壓，它能變短，手一松，彈簧就跳了起來。

生：把竹條的一端往下壓，竹條就變彎了，手一松，竹條能彈回來。

生：橡皮筋拉了后能變得很長(zhǎng)，不拉它就恢復(fù)成原來的樣子。

師：大家觀察得真仔細(xì)，我們給這些材料施加外力，它們就會(huì)變形，不施加外力了，這些材料會(huì)恢復(fù)原來的形狀，科學(xué)上把物體的這種性質(zhì)稱為“彈性”。當(dāng)我們按壓或者拉動(dòng)它們時(shí)，會(huì)感覺到這些材料也在給我們施加一種力，我們稱這種力為“彈力”。你們能利用這些彈性材料，用彈力的方法讓小丑玩具跳起來嗎？

（教師發(fā)放小丑玩具，學(xué)生開展活動(dòng)體驗(yàn)。）

師：你們是怎么讓小丑玩具跳起來了呢？

生：我把橡皮筋繞在兩根手指上，然后把小丑筆帽插在皮筋里，將橡皮筋一拉，小丑玩具就跳出去了。

生：我們小組把彈簧豎著放在桌面上，然后把小丑筆帽塞在彈簧的洞眼里，一壓彈簧，小丑玩具就飛出去了。

生：我們小組把小丑筆帽套在竹條的一端，然后把竹條往下壓，手一松，小丑玩具就跳出去了。

師：從操作簡(jiǎn)單、效果明顯的角度判斷，你們認(rèn)為這三種材料中，哪一種最合適做小丑玩具的彈跳材料？

生：我選擇竹條，因?yàn)橹駰l一壓一放很方便。

生：我也選擇竹條，它能讓小丑玩具飛得很遠(yuǎn)。

師：行，那咱們今天就先選擇用竹條來制作小丑玩具的彈跳材料。

設(shè)計(jì)意圖：選擇合適的材料是工程實(shí)踐活動(dòng)中非常重要的環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)旨在引導(dǎo)學(xué)生聚焦物體的特性，通過試錯(cuò)式的體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)在一組雜亂的材料中選擇出適合制作小丑玩具的彈跳材料。

3.技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)更優(yōu)的彈跳方式

師：剛才大家把小丑玩具套在竹條上進(jìn)行彈跳，玩具往前飛了，這樣的玩具有問題嗎？從安全性考慮，小丑玩具往哪兒跳更合適？

生：往高處跳。

師：我們來思考一下，要使小丑玩具往上跳，也就是彈力的方向朝上，我們壓竹條的方向需要朝哪兒？用手比畫一下。

生：朝下。我來試試吧！

（學(xué)生上臺(tái)展示，實(shí)驗(yàn)失敗。）

生：老師，小丑筆帽是套在竹條上的，如果手用力的方向向下，小丑筆帽就直接從竹條上滑出來了，我覺得不能把筆帽套在竹條上。

師：如果不把筆帽套在竹條上，我們?cè)撛趺醋瞿兀?/p>

（學(xué)生開始思考。）

師：看來大家有些犯難了，這樣吧，老師拋磚引玉，這是我剛才讓小丑玩具跳起來的裝置，大家看看，能不能從中受到啟發(fā)（展臺(tái)彈跳裝置）。如果你使用這套裝置，這根竹條可以放在哪個(gè)位置，怎么用竹條的彈力讓小丑玩具跳起來？我這有裝置的圖片，請(qǐng)大家用簡(jiǎn)圖的方式把自己的想法先畫下來。

（學(xué)生分組討論設(shè)計(jì)方案，并上臺(tái)展示。）

生：我們組想把竹條放在兩根竹簽中間的空隙里，用力壓竹條的一端，當(dāng)竹條彈到小丑筆帽時(shí)，小丑筆帽就能跳起來了。

師：把竹條往下壓，彈力的方向朝哪兒？

生：彈力的方向朝上。

師：其他組有不同的方法嗎？

生：我們想把竹條靠在竹簽的一側(cè)，先壓彎竹條再松手，小丑筆帽就會(huì)被彈出去。

師：手用力的方向朝哪，彈力的方向朝哪？

生：手用力的方向朝下，彈力方向朝上。

生：我補(bǔ)充一下，要把竹條對(duì)準(zhǔn)小丑筆帽的下端，這樣小丑玩具才能跳起來。

師：你們的這些方法能讓小丑玩具跳起來嗎？參照你們剛才的設(shè)計(jì)，加上小伙伴們給的建議，一起試試吧。請(qǐng)制作成功的同學(xué)給大家做個(gè)展示。

（學(xué)生展示。）

師：大家都能讓小丑玩具跳起來，你們的方法真不錯(cuò)！看，講臺(tái)上擺了一個(gè)支架，它的高度是60厘米，現(xiàn)在我們要以這個(gè)高度為標(biāo)尺，通過優(yōu)化你們的彈跳技術(shù)，讓小丑玩具跳到這個(gè)高度甚至超過這個(gè)高度，你們能做到嗎？

（教師發(fā)放支架，學(xué)生優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。）

師：哪些小組挑戰(zhàn)成功了？請(qǐng)給大家做個(gè)展示，并介紹一下你們的成功經(jīng)驗(yàn)。

生：我們把竹條用力往下壓得很彎，這時(shí)竹條產(chǎn)生的彈力就會(huì)變大，小丑玩具也就彈得更高。

師：你們的意思是說，竹條的形變?cè)酱?，它產(chǎn)生的彈力就越大，小丑玩具就彈得越高。

生：我們組一開始也是用他們的方法，但用力過猛把竹條給掰斷了，于是就用剩下的半截竹條。我們發(fā)現(xiàn)壓短竹條用的力要比先前壓長(zhǎng)竹條的時(shí)候用的力要大，小丑玩具竟然跳得更高，我們想肯定是竹子產(chǎn)生的彈力變大了。

師：大家真會(huì)思考，能讓小丑玩具跳起來的方法遠(yuǎn)不止這些，你們還有其他辦法嗎？課后請(qǐng)進(jìn)一步改進(jìn)。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)中教師以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，引導(dǎo)學(xué)生利用彈性物質(zhì)的特性，通過設(shè)計(jì)合理的彈跳方法，并不斷優(yōu)化方案，讓學(xué)生體驗(yàn)動(dòng)手做的樂趣，由此提高他們的實(shí)踐能力、思維能力和解決問題的能力。

教學(xué)感悟

1.科學(xué)知識(shí)是工程設(shè)計(jì)的基石

工程技術(shù)整合的科學(xué)課，凸顯的是知識(shí)在真實(shí)問題情境中的具體運(yùn)用，科學(xué)知識(shí)是整個(gè)工程實(shí)踐活動(dòng)的基石。如本課中，學(xué)生所有的工程設(shè)計(jì)是建立在彈性與彈力的科學(xué)知識(shí)上。但工程實(shí)踐課又不等同于科學(xué)探究課，它具備情境性特征，注重在復(fù)雜的生活場(chǎng)景中將知識(shí)進(jìn)行情境化應(yīng)用。本課例中，學(xué)生通過多種方法選出讓小丑玩具跳起來的材料，進(jìn)而總結(jié)出它們的共性——彈性，發(fā)現(xiàn)彈性物質(zhì)變形會(huì)產(chǎn)生彈力。筆者通過活動(dòng)幫助學(xué)生將潛意識(shí)中模糊的認(rèn)識(shí)進(jìn)行加工與提煉，最終形成彈性與彈力的科學(xué)概念。

2.工程設(shè)計(jì)是工程活動(dòng)的核心

工程設(shè)計(jì)能夠給學(xué)生提供一個(gè)真實(shí)環(huán)境下問題分析與方案解決的場(chǎng)域，具備創(chuàng)新性與開放性的特點(diǎn)，更決定了設(shè)計(jì)在工程實(shí)踐中的核心地位。本課抓住“選擇合適的彈跳材料”和“怎樣讓小丑玩具跳高”兩個(gè)問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)。解決第一個(gè)問題相對(duì)容易，學(xué)生嘗試讓彈性物質(zhì)變形，利用彈力使小丑玩具跳起來，并從多種彈性物質(zhì)中選擇出合適的彈跳材料。由于需要對(duì)彈力方向進(jìn)行制約，進(jìn)而過渡到對(duì)第二個(gè)問題“設(shè)計(jì)一個(gè)讓小丑跳高的方式”的解決，這也是本課的難點(diǎn)。三年級(jí)的學(xué)生處于形象思維為主的階段，缺少獨(dú)立設(shè)計(jì)一套彈跳裝置的知識(shí)技能，筆者給學(xué)生搭建思維的“腳手架”——插有竹簽的彈跳裝置，引導(dǎo)學(xué)生圍繞“竹條放哪兒？怎么彈？”來繪制圖紙，設(shè)計(jì)制作，并不斷優(yōu)化方案，研制出能讓小丑玩具跳得更高的彈跳技術(shù)。

3.高階思維是工程素養(yǎng)的關(guān)鍵

在工程實(shí)踐課中，學(xué)生會(huì)面臨著各種問題，他們需要審視問題并提出解決的方案，運(yùn)用分析性思維、批判性思維和創(chuàng)造性思維，這些都屬于高階思維，這既是工程設(shè)計(jì)的靈魂，也是教師培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)的關(guān)鍵。因此，教師在活動(dòng)組織的過程中，需要有意識(shí)地培養(yǎng)他們的高階思維。如本案例中，筆者引導(dǎo)學(xué)生思考“怎樣讓小丑跳得更高”這一問題，他們會(huì)對(duì)彈跳裝置中形變的大小、竹條的長(zhǎng)短、插放的位置等提出諸多解決思路。又如對(duì)方案的優(yōu)選與選擇，這是在考量學(xué)生的分析判斷能力，讓學(xué)生進(jìn)行成果展示與伙伴互評(píng)，綜合運(yùn)用到多種思維。

點(diǎn)??? 評(píng)

小學(xué)工程實(shí)踐是以工程設(shè)計(jì)為核心，引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際情境中具體問題的一種教學(xué)活動(dòng)。《小丑玩具跳起來》是一節(jié)典型的工程實(shí)踐案例，它從學(xué)生喜聞樂見的玩具入手，通過對(duì)彈跳材料與彈跳技術(shù)的反復(fù)設(shè)計(jì)、決策分析、展示評(píng)價(jià)等教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷了從確定問題到提出解決問題方案的一個(gè)較為完整的工程過程。

學(xué)生在生活中會(huì)遇到各種問題，需要合作完成一些任務(wù)，需要開動(dòng)腦筋去規(guī)劃、設(shè)計(jì)和制作。他們會(huì)利用簡(jiǎn)單的工具和材料，設(shè)計(jì)、制造屬于他們的“產(chǎn)品”，這就是學(xué)生的工程與技術(shù)的實(shí)踐活動(dòng)，從這個(gè)意義上來說，每個(gè)學(xué)生都是天生的“工程師”。

本案例旨在通過組織學(xué)生對(duì)日常生活中的難題和自然事物的探究，讓他們積累經(jīng)驗(yàn)，增長(zhǎng)知識(shí)、提升能力。在這個(gè)過程中，學(xué)生通過觀察、制作、實(shí)驗(yàn)、推理和建模來獲取知識(shí);依據(jù)工程學(xué)的程序和方法來探討、論證和發(fā)明，因而發(fā)展了實(shí)踐能力、思維能力和運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決問題的能力。在教學(xué)中，教師抓住三年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，用豐富而具體的操作，通過“動(dòng)手做”來解決問題，使學(xué)生養(yǎng)成重視證據(jù)和邏輯的思維習(xí)慣，以及注重實(shí)際的行為習(xí)慣。

小學(xué)生參與制作、欣賞作品，可以體驗(yàn)到“做”的成功和樂趣，這有利于他們科學(xué)興趣的激發(fā)、自信心的確立、自尊和獨(dú)立意識(shí)的發(fā)展。另一方面，工程實(shí)踐活動(dòng)還可以引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成關(guān)注周圍世界和實(shí)際生活的態(tài)度，使他們學(xué)會(huì)探究和解決生活中的簡(jiǎn)單問題，感受、體驗(yàn)科學(xué)技術(shù)的作用以及科技發(fā)展對(duì)人類生活的影響，學(xué)會(huì)使用和管理科學(xué)技術(shù)以適應(yīng)現(xiàn)代化的社會(huì)生活。學(xué)生在工程思維與技術(shù)能力的習(xí)得中實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，建構(gòu)自己的認(rèn)知地圖，這是他們參與工程活動(dòng)的價(jià)值所在。