摘" 要：以“質(zhì)量的測量”為例，在物理常態(tài)課中融合技術(shù)與工程實(shí)踐時(shí)，教師首先需要明確辨析科學(xué)、技術(shù)與工程實(shí)踐的內(nèi)涵與范疇，進(jìn)而建構(gòu)一個(gè)從“理解科學(xué)”到建造人工世界、基于物理常態(tài)課“技術(shù)與工程實(shí)踐”教學(xué)實(shí)踐的模型。這一過程中，技術(shù)與工程實(shí)踐應(yīng)著重體現(xiàn)行為學(xué)習(xí)、社會學(xué)習(xí)和認(rèn)知學(xué)習(xí)三方面的綜合內(nèi)涵。唯有建立起符合技術(shù)與工程實(shí)踐自身特征的行為邏輯、社會性建構(gòu)機(jī)制以及認(rèn)知發(fā)展過程，方能使教學(xué)目標(biāo)準(zhǔn)確對接科學(xué)課程核心素養(yǎng)要求，從而達(dá)到有效實(shí)踐的教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞：物理常態(tài)課；技術(shù)與工程實(shí)踐；質(zhì)量的測量；天平

基金項(xiàng)目：本文系溫州市中小學(xué)?？萍紕?chuàng)新項(xiàng)目“‘瓶’繁世界——塑料瓶系列”（課題編號：2020ZXX06）的階段性研究成果。

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）在“培養(yǎng)什么樣的人”方面提出包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任

在內(nèi)的科學(xué)課程核心素養(yǎng)［1］，在“怎么培養(yǎng)人”方面提出了13個(gè)學(xué)科核心概念和4個(gè)跨學(xué)科概念的課程內(nèi)容。

在13個(gè)學(xué)科核心概念中，有2個(gè)指向技術(shù)與工程實(shí)踐，分別是“技術(shù)、工程與社會”和“工程設(shè)計(jì)與物化”，在包括技術(shù)與工程實(shí)踐在內(nèi)的13個(gè)學(xué)科大概念基礎(chǔ)上進(jìn)一步建構(gòu)“物質(zhì)與能量”“結(jié)構(gòu)與功能”“系統(tǒng)與模型”“穩(wěn)定與變化”4個(gè)跨學(xué)科概念。［2］《課程標(biāo)準(zhǔn)》在課程目標(biāo)、課程內(nèi)容等方面做了較大的改變，包括課程理念、課程結(jié)構(gòu)化的體現(xiàn)方式在內(nèi)的調(diào)整，從課程頂層設(shè)計(jì)上引領(lǐng)課程實(shí)踐變革。STEM教育、社會性科學(xué)議題以及當(dāng)下推進(jìn)與實(shí)踐的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等，都是學(xué)習(xí)技術(shù)與工程實(shí)踐的重要路徑。

物理常態(tài)課應(yīng)

基于學(xué)生已有知識經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知水平，綜合利用學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念，通過跨學(xué)科綜合實(shí)踐，解決真實(shí)情境中的技術(shù)與工程問題。［3］

將技術(shù)與工程實(shí)踐融入基于傳統(tǒng)學(xué)科核心概念的常態(tài)課中，是學(xué)習(xí)技術(shù)與工程實(shí)踐部分的有效路徑。以“質(zhì)量的測量”為例，浙教版科學(xué)七年級上冊第4章第2節(jié)“質(zhì)量的測量”包括“質(zhì)量的概念”和“天平的使用”兩部分內(nèi)容［4］，本文旨在通過這一常態(tài)課，將技術(shù)與工程實(shí)踐的理念融入其中。在學(xué)習(xí)如何測量物體質(zhì)量的過程中，學(xué)生需解決“在受限條件下能驗(yàn)證物體的質(zhì)量”這一問題，通過該實(shí)踐過程，他們將深刻理解天平主要結(jié)構(gòu)的建構(gòu)和功能。進(jìn)一步地，學(xué)生通過設(shè)計(jì)“在受限條件下測量未知不同物體質(zhì)量”的方案，并對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，最終解決物體質(zhì)量的測量問題，從而深刻理解質(zhì)量的概念和天平的結(jié)構(gòu)與原理。

1" 物理常態(tài)課中的STS之間的相互關(guān)系

1.1" 辨析STS關(guān)系

科學(xué)、技術(shù)與工程實(shí)踐（STS）之間的關(guān)系如表1所示。

1.2" 呈現(xiàn)STS實(shí)例

在“質(zhì)量的測量”常態(tài)課中，建構(gòu)質(zhì)量的概念（包括對天平結(jié)構(gòu)、功能和使用方法的理解）就是對“宏觀物質(zhì)都具有質(zhì)量”的物質(zhì)觀的建構(gòu)，從而深入理解質(zhì)量概念的內(nèi)涵。質(zhì)量概念的建構(gòu)，是在真實(shí)情境下，通過建構(gòu)一臺簡易天平作為目標(biāo)路徑來達(dá)成的。在深刻理解質(zhì)量概念（屬于理解科學(xué)范疇）的基礎(chǔ)上，筆者設(shè)計(jì)了一臺能測量物質(zhì)質(zhì)量的天平，并通過設(shè)計(jì)、制作、實(shí)驗(yàn)探究等方式，最終制作出一臺天平（屬于技術(shù)與工程實(shí)踐范疇），且能利用其稱量實(shí)際物體的質(zhì)量。

1.3" 構(gòu)建STS模型

從“理解質(zhì)量概念”這一對自然世界深入探索的起點(diǎn)出發(fā)，本文通過技術(shù)與工程實(shí)踐，建構(gòu)起了天平模型，形成了基于物理常態(tài)課“技術(shù)與工程實(shí)踐”的教學(xué)實(shí)踐模型（見圖1）。

2" 物理常態(tài)課中實(shí)踐STS的核心素養(yǎng)

2.1" 物理常態(tài)課的本質(zhì)追求

物理常態(tài)課基于對科學(xué)核心概念的學(xué)習(xí)，促使學(xué)生形成對核心概念本身和學(xué)習(xí)過程的深度理解，從而指向科學(xué)課程核心素養(yǎng)的提高。深度理解科學(xué)核心概念及學(xué)習(xí)過程，需要在真實(shí)情境中解決真實(shí)問題?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》中涉及技術(shù)與工程實(shí)踐部分的兩個(gè)學(xué)科核心概念，不單是“深度理解”的對象，也是指向提升核心素養(yǎng)的有效學(xué)習(xí)路徑。［5］

2.2" 科學(xué)課程核心素養(yǎng)的目標(biāo)實(shí)踐路徑

科學(xué)課程核心素養(yǎng)包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任四個(gè)維度，四者不是單純的并列關(guān)系，而是相互交融、相互依存的關(guān)系（見圖2）。

探究實(shí)踐是建構(gòu)科學(xué)觀念、發(fā)展科學(xué)思維、培養(yǎng)態(tài)度責(zé)任的路徑和載體，而技術(shù)與工程實(shí)踐活動正是探究實(shí)踐的重要形式。因此，技術(shù)與工程實(shí)踐（如構(gòu)建天平模型來測量物體的質(zhì)量）是發(fā)展包括探究實(shí)踐能力在內(nèi)的科學(xué)課程核心素養(yǎng)的重要路徑。

2.3" 技術(shù)與工程實(shí)踐的具體目標(biāo)

“質(zhì)量的測量”作為物理常態(tài)課的重要內(nèi)容，其核心的課堂學(xué)習(xí)任務(wù)是理解質(zhì)量概念，包括對質(zhì)量概念本身的理解和通過有效路徑來理解的過程。雖然通過技術(shù)與工程實(shí)踐來“建構(gòu)天平模型”并不是該課時(shí)的主要任務(wù)；但通過“建構(gòu)天平模型”活動，學(xué)生能深入理解天平的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并通過理解天平的結(jié)構(gòu)及功能，進(jìn)一步感受以天平為代表的測量工具在技術(shù)發(fā)明與工程建造過程中對人們生活、生產(chǎn)以及社會發(fā)展帶來的影響。這一過程充分體現(xiàn)了“理解質(zhì)量概念”與“建構(gòu)天平模型”之間的關(guān)系。當(dāng)然，通過“建構(gòu)天平模型”來深度“理解質(zhì)量概念”，首先需要有明確的問題導(dǎo)向，即建構(gòu)一個(gè)能稱量未知質(zhì)量物體的裝置；其次，要圍繞問題解決進(jìn)行深入而持續(xù)的探究。后一個(gè)過程不僅能調(diào)動學(xué)生已有的知識和能力，還能讓學(xué)生深刻理解質(zhì)量概念，并深刻理解天平的結(jié)構(gòu)、功能及其使用方法。通過這樣的過程，還能進(jìn)一步建構(gòu)“結(jié)構(gòu)與功能”“系統(tǒng)與模型”等跨學(xué)科概念?；诩夹g(shù)與工程實(shí)踐解決問題的有效路徑，物理常態(tài)課中實(shí)踐STS的科學(xué)課程核心素養(yǎng)目標(biāo)如表2所示。

3" 物理常態(tài)課中的技術(shù)與工程實(shí)踐

物理常態(tài)課通過技術(shù)與工程實(shí)踐活動來創(chuàng)造一個(gè)人工世界，即物化產(chǎn)品。在此過程中，設(shè)計(jì)與物化是重要環(huán)節(jié)。技術(shù)與工程實(shí)踐本身既是學(xué)科核心概念，也是課程內(nèi)容的重要組成部分。同時(shí)，它們還是核心概念的學(xué)習(xí)過程。本文以“質(zhì)量的測量”為例，通過建構(gòu)天平模型來幫助學(xué)生深刻理解質(zhì)量概念和天平結(jié)構(gòu)與功能，從而深刻理解學(xué)科核心概念。

3.1" 技術(shù)與工程實(shí)踐的內(nèi)涵與表達(dá)

科學(xué)探究在實(shí)踐過程中逐漸被窄化為簡單的操作路徑。吸取了前者的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，技術(shù)與工程實(shí)踐更加關(guān)注科學(xué)實(shí)踐過程中產(chǎn)生知識的具體活動。為了更加清晰地描述科學(xué)探究中的活動類型，本文從技術(shù)與工程實(shí)踐的完整過程出發(fā)，根據(jù)學(xué)習(xí)心理學(xué)理論，將學(xué)生需要參與的活動劃分為行為學(xué)習(xí)、社會學(xué)習(xí)和認(rèn)知學(xué)習(xí)三個(gè)領(lǐng)域，技術(shù)與工程實(shí)踐的內(nèi)涵示意圖如圖3所示。

設(shè)計(jì)與物化的過程指向?qū)W生外在的行為學(xué)習(xí)。在技術(shù)與工程實(shí)踐活動過程中，我們往往很容易把圖3中行為學(xué)習(xí)的六大路徑等同于技術(shù)與工程實(shí)踐的內(nèi)涵，從而忽略了學(xué)習(xí)過程最重要的“合作”與“交流”這兩個(gè)要素。換言之，技術(shù)與工程實(shí)踐是通過學(xué)生外顯的行為活動來體現(xiàn)的，但這并非技術(shù)與工程實(shí)踐內(nèi)涵的全部。技術(shù)與工程實(shí)踐的本質(zhì)追求是理解科學(xué)概念，或應(yīng)用科學(xué)理論來解釋現(xiàn)象，故還需要在外顯的行為學(xué)習(xí)活動中凸顯社會性意義建構(gòu)，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知活動，從而達(dá)成課程目標(biāo)。

3.2" 技術(shù)與工程實(shí)踐的路徑與框架

技術(shù)與工程實(shí)踐首先要解決的就是界定問題。在“質(zhì)量的測量”案例中，需要界定的問題是，如何用提供的材料制作一個(gè)能測量物體質(zhì)量的裝置。這個(gè)真實(shí)的問題需要在受限條件下，利用技術(shù)與工程實(shí)踐活動去解決。受限條件包括只能利用教師提供的材料、七年級學(xué)生尚未系統(tǒng)地學(xué)習(xí)杠桿知識等。雖然最后物化的天平模型只能夠測量與砝碼質(zhì)量相等的物體的質(zhì)量，但可以通過迭代來完善天平模型，以測量與砝碼質(zhì)量不相等的物體的質(zhì)量。

基于這樣的任務(wù)，學(xué)生需要通過合作交流的方式，提出多種可能的解決方案，并在測量過程中發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行優(yōu)化，從而確定最佳方案。解決問題的過程，也是將設(shè)計(jì)方案物化的過程。通過物化天平模型過程，學(xué)生做出只能測量與砝碼等質(zhì)量物體的天平實(shí)物模型。如果想要解決“測量與砝碼質(zhì)量不相同的物體的質(zhì)量”這一問題，就需要學(xué)生通過對問題進(jìn)行評估，借助學(xué)習(xí)支架，發(fā)現(xiàn)桿秤、臺秤等設(shè)計(jì)原理，在原有等臂杠桿上添加可移動的“秤砣”，以模擬游碼的功能來解決“小質(zhì)量”問題。另外，學(xué)生還需通過合作與交流來解決“精確度”等問題，不斷對模型進(jìn)行迭代改進(jìn)。最后，學(xué)生將制作的天平模型與真實(shí)的天平進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能上的對比，從而深刻理解真實(shí)天平的結(jié)構(gòu)、功能以及使用方法。

學(xué)生通過技術(shù)與工程實(shí)踐學(xué)習(xí)“質(zhì)量的測量”時(shí)，不僅能深刻理解質(zhì)量的概念，還能更好地理解結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型等跨學(xué)科概念的內(nèi)涵?；诩夹g(shù)與工程實(shí)踐內(nèi)涵，“質(zhì)量的測量”的教學(xué)實(shí)踐可按以下活動框架開展（見表3）。

2設(shè)計(jì)方案：利用木棒、鐵架臺、細(xì)線和刻度尺等設(shè)計(jì)一個(gè)等臂杠桿合作交流：

（1）為什么要調(diào)節(jié)平衡螺母

（2）巧克力和砝碼掛上杠桿后，證明它們質(zhì)量相等的證據(jù)是什么

（1）理解

調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿在水平位置平衡的目的

（2）基于對等臂杠桿的了解，理解等量替代的條件與作用

3實(shí)施計(jì)劃：用刻度尺量出等臂，并用其驗(yàn)證巧克力的質(zhì)量（1）小組合作，用提供的器材搭建等臂杠桿，并能從技術(shù)上改進(jìn)以避免物體在杠桿上失衡掉落

（2）小組評價(jià)，交流“驗(yàn)證巧克力的質(zhì)量為20克”的證據(jù)以及操作的要點(diǎn)（1）通過合作與交流，理解等臂的原因

（2）解決疑問：在操作時(shí)如何避免物體容易掉落，如何更容易判斷杠桿水平平衡，如何更好地稱量其他物體的質(zhì)量

4檢驗(yàn)作品：稱量一個(gè)蘋果的質(zhì)量（1）小組合作，發(fā)現(xiàn)用原有天平模型和給定砝碼無法測出蘋果的質(zhì)量

（2）結(jié)合桿秤、臺秤等工具作為學(xué)習(xí)支架，討論在杠桿上加可移動“秤砣”來解決問題的可能性（1）在檢驗(yàn)杠桿模型過程中，發(fā)現(xiàn)新問題并加以解決，體驗(yàn)與理解天平中的游碼的結(jié)構(gòu)與功能

（2）基于學(xué)生遇到的新問題，教師適當(dāng)提供學(xué)習(xí)支架幫助學(xué)生解決這些問題5改進(jìn)細(xì)節(jié)：改進(jìn)并迭代天平模型

（1）通過合作與交流，利用已知質(zhì)量的小物體和“游碼”標(biāo)定不等臂情況下的刻度

（2）驗(yàn)證標(biāo)定刻度的準(zhǔn)確性

（3）解決提高天平精確度的迭代設(shè)計(jì)

（1）在建造天平模型解決測量真實(shí)蘋果的質(zhì)量的過程中發(fā)現(xiàn)問題，從學(xué)習(xí)支架中類比和遷移來解決問題

（2）通過在杠桿上刻質(zhì)量刻度來解決精確度問題，并提出創(chuàng)造性的解決策略

6發(fā)布成果：對比天平模型與真實(shí)天平的結(jié)構(gòu)、功能（1）合作學(xué)習(xí)，建構(gòu)天平模型與托盤天平結(jié)構(gòu)對照，說出它們的使用方法和相應(yīng)功能

（2）小組匯報(bào)，并向全班匯報(bào)與評價(jià)（1）在成果匯報(bào)過程中進(jìn)行批判性的評價(jià)，提出產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)與缺陷，以及評價(jià)的證據(jù)

（2）通過評價(jià)天平模型的結(jié)構(gòu)、功能和使用方法，深刻理解質(zhì)量概念和天平的原理

3.3" 技術(shù)與工程實(shí)踐的特征與舉隅

從課程、教師、學(xué)生三個(gè)角度來看，技術(shù)與工程實(shí)踐的物理常態(tài)課至少有如下四個(gè)明顯的特征。

3.3.1" 技術(shù)與工程實(shí)踐常態(tài)課堂的本質(zhì)追求是理解科學(xué)技術(shù)與工程實(shí)踐的常態(tài)課，往往以技術(shù)與工程實(shí)踐作為載體與路徑，本質(zhì)上是為了促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念、定律、原理等的理解，或者幫助學(xué)生形成科學(xué)理論體系去解釋自然或人類世界。如“質(zhì)量的測量”中利用天平測量物體的質(zhì)量，本質(zhì)上就是為了讓學(xué)生理解天平的結(jié)構(gòu)、功能及使用方法。

3.3.2" 技術(shù)與工程實(shí)踐常態(tài)課堂的重大關(guān)切是重視體驗(yàn)技術(shù)與工程實(shí)踐的常態(tài)課主要通過開展科學(xué)實(shí)踐活動，讓學(xué)生深刻理解技術(shù)與工程實(shí)踐本身、對課堂本質(zhì)上要求理解的科學(xué)概念有直接經(jīng)驗(yàn)。技術(shù)與工程實(shí)踐重視體驗(yàn)，要求學(xué)生通過身體與外界進(jìn)行互動，使得學(xué)生能在合作與交流中、在各種親自操作和實(shí)踐活動中進(jìn)行學(xué)習(xí)。這樣就能使學(xué)生的感性因素充分參與課堂活動中，使學(xué)生的感性認(rèn)識與理性認(rèn)識通過體驗(yàn)相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)理解。

3.3.3" 技術(shù)與工程實(shí)踐常態(tài)課堂的核心路徑是開展實(shí)踐科學(xué)課程核心素養(yǎng)中的“探究實(shí)踐”指向科學(xué)探究、技術(shù)與工程實(shí)踐和自主學(xué)習(xí)三個(gè)關(guān)鍵能力。其中

技術(shù)與工程實(shí)踐能力指向的就是技術(shù)與工程實(shí)踐，體現(xiàn)在了解技術(shù)與工程實(shí)踐的一般過程和方法，針對實(shí)際需要明確問題，提出有創(chuàng)意的方案，并根據(jù)科學(xué)原理或限制條件進(jìn)行篩選；實(shí)施計(jì)劃，利用工具和材料進(jìn)行加工制作；根據(jù)實(shí)際效果進(jìn)行修改迭代；用自制的簡單裝置及實(shí)物模型驗(yàn)證或展示某些原理、現(xiàn)象和設(shè)想。［6］

3.3.4" 技術(shù)與工程實(shí)踐常態(tài)課堂的組織形式是合作交流

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論最終要達(dá)成意義建構(gòu)的目的，需要以真實(shí)情境背景下的合作與交流作為課堂活動的中心。［7］本文中的“真實(shí)情境”就是指技術(shù)與工程實(shí)踐，在其背景下通過社會性學(xué)習(xí)活動來組織常態(tài)課堂。課堂中的每個(gè)實(shí)踐活動都是在合作與交流中發(fā)生的。

物理常態(tài)課中適應(yīng)技術(shù)與工程實(shí)踐、科學(xué)實(shí)踐的部分，是那些通過儀器或工具的建構(gòu)進(jìn)行學(xué)習(xí)的內(nèi)容，以及在教材中出現(xiàn)的儀器或工具的基礎(chǔ)上改良、完善與迭代產(chǎn)品。教材中除了天平的建構(gòu)以外，還有溫度計(jì)、彈簧測力計(jì)、液體壓強(qiáng)計(jì)、密度計(jì)、電流表、電壓表、電度表等儀器的建構(gòu)；還有基于改進(jìn)與迭代的測酒精度數(shù)的儀器、利用各種各樣原理測液體密度的儀器［8］、利用敏感電阻（力敏、光敏、熱敏、濕敏等）和電磁繼電器設(shè)計(jì)的自動控制電路以及整合上述多種結(jié)構(gòu)建造各種功能的產(chǎn)品等。

參考文獻(xiàn)

［1］［2］［5］［6］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：4-6，16，90-111，5．

［3］胡衛(wèi)平.在探究實(shí)踐中培育科學(xué)素養(yǎng)——義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀［J］.基礎(chǔ)教育課程，2022（10）：39-45．

［4］朱清時(shí).義務(wù)教育教科書" 科學(xué)" 七年級上冊［M］.杭州：浙江教育出版社，2012：129-133．

［7］蔡呈騰.基于“證據(jù)—推理”的科學(xué)概念建構(gòu)實(shí)踐——以“浮力”教學(xué)為例［J］.物理教學(xué)，2022，44（9）：42-46，56．

［8］蔡呈騰.基于STEM教育理念的核心概念課程開發(fā)舉隅［J］.教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考），2019（Z2）：26-31．