在《我们的“过山车”》课堂设计5E视域下的技术与工程领域教学

◇张 盛 郭飞君（吉林：长春师范大学）

技术与工程是小学科学新增加的领域，教师在教学时显现出重知识讲授和强调活动两极化的特点。本研究以“5E 教学模式”为基础，结合技术与工程领域的特点构建“技术与工程领域教学设计模型”，以《我们的“过山车”》为例进行教学设计，增强科学知识与工程实践的融合，培养学生的工程思维，提高科学素养，也希望为一线教师教学实践提供参考。

2017 版《义务教育小学科学课程标准》新增加技术与工程领域，这一领域与其他领域注重科学知识的建构不同，更加强调学生知识的综合运用、实践技能的培养、科学态度的养成、适应生活的能力。技术与工程领域的学习，可以培养学生问题解决能力，加强科学知识与生活的联系，促进对科学概念的理解。学生在设计、制作过程中，将动手与动脑有机结合，体会“做”的成功和乐趣，从而养成通过“动手做”解决问题的习惯。

一、科学课堂技术与工程领域教学现状分析

技术与工程领域的学习可以帮助学生掌握更多的生活实践技能，将所学的知识综合运用，体验人类世界的建造过程，感悟科技进步对社会发展和个人生活的影响，从而提高社会生活能力。技术与工程领域更加强调在实践活动中对知识的综合运用，更注重培养学生通过动手实践解决问题的能力，对培养学生的科学素养具有独特的价值，在教学实践中应采取新教学模式。但是，该领域的现实教学实践并不能很好地达到课程目标的要求。

目前，教师在技术与工程领域的教学中存在诸多问题，主要为两类：一是采用传统的教学模式，以知识讲授为主。讲授式的教学方式无法带领学生进入技术与工程的实际情境，抑制学生学习科学的兴趣，不利于学生科学素养的提升。教师采用概念教学的方式进行技术与工程领域的教学，与课程标准中倡导“组织实践活动使学生体会到‘做’的成功和乐趣，养成通过‘动手做’解决问题的习惯”相违背，与增设这一领域的目的相悖。

二是将技术工程课上成活动课，忽视了知识的建构。目前在开展探究活动时，教师缺少对学生探究实践活动的指导，过于强调学生的自主性，满足小学生爱玩的天性，将科学课堂“游乐”化，对学生科学知识的掌握和科学素养的培养不利。

在教学中组织探究活动需要教师具备较强的组织能力和活动设计能力。但目前教师的探究式教学水平较低，并且教师在进行教学设计时，没有可以参照的设计模型，组织探究式教学时存在难度。

技术与工程领域强调学生的动手实践，这一部分内容本来是学生最感兴趣的内容，在学习科学知识过程中可以体会动手操作的愉悦，体会工程设计的成就感。在教学过程中，教师应科学设置教学环节，引导学生在科学知识的回顾中，进一步发现工程产品中关联的科学知识，在增强学生对科学知识理解的基础上，拓宽科学文化交往视野，提升科学交往层次，以利于科学教育源于生活，应用于生活，锻炼学生的科学生活能力，促进学生核心素养的养成。

二、5E教学模式模型建构

5E 教学模式是基于建构主义的探究式教学模式，对学生科学概念的构建、核心素养的提升具有积极作用。5E 教学模式通过创设学习情境，激发学生的学习兴趣，引导学生主动进行探究，解决实际问题，构建科学概念，不仅促进对科学概念的理解，还可以提高学生的科学探究能力，非常适合技术与工程领域教学实践。

本研究针对技术与工程领域教学中存在的问题，根据技术与工程领域的特点改进“5E 教学模式”，构建了基于“5E 教学模式”技术与工程领域教学设计模型（见图1）。通过参与、探究1、解释1、探究2、解释2、评价六个教学环节组织教学活动；通过参与环节创设情境，引起学生的兴趣。根据技术与工程领域的特点，将探究环节分为设计和制作两部分，突出技术与工程领域最重要的环节，在明确任务后，突出学生的主体地位，引导学生主动探究。在解释环节引导学生去发现工程产品中的科学知识，增强学生对知识的综合运用能力。运用学习记录单、提问等评价方式对教学环节的学生表现进行评价。

图1 基于“5E教学模式”技术与工程领域教学设计模型

三、“技术与工程领域教学设计模型”教学设计

本文以《我们的“过山车”》为例，运用“基于‘5E 教学模式’技术与工程领域教学设计模型”进行教学设计，总结应用于技术与工程领域教学的优势，期待为一线教师在该领域的教学实践提供参考。

（一）分析教材与学情

教材分析：本节课选自教育科学出版社《科学》教材三年级下册“物体的运动”单元。通过前面六节课的学习，学生已经知道物体的运动方式。本节课通过制作“过山车”，聚焦分析过山车的运动方式，综合所学知识设计制作自己的“过山车”，为下一节课测试“过山车”做准备。

学情分析：三年级学生由于年龄较小，缺乏相关的实践经历，对过山车的路径和轨道缺乏直接体验，并且学生空间想象力不足，在设计制作时可能会出现偏差。在以前的学习中，学生学习了制作帽子、指南针的课程，具备基础的工程素养，对接下来的学习有一定帮助，但学生第一次接触设计类课程，没有形成相关的工程设计思维，本节课学习对于三年级学生来说有一定的难度。

（二）制定教学目标

科学知识：知道人工世界是设计和制造出来的；总结归纳工程设计的基本步骤。

科学思维：通过绘制“过山车”的设计图，形成头脑风暴式的科学思维；通过根据设计图制作“过山车”，形成模型思维。

科学探究：根据已有材料，小组合作绘制“过山车”的设计图；根据设计图制作“过山车”，进行及时的测试和调整。

科学态度和社会责任：养成与小组成员合作探究的意识，乐于为完成探究活动分享想法、贡献力量；能接纳他人的观点，并能够及时反思和改进，体验设计产品的成就感。

（三）设计教学活动

1.参与（创设情境，激发兴趣）

教师播放过山车的图片，设问：“你们去过游乐园吗？玩过过山车吗？过山车好不好玩，那过山车有什么特点？”

预设：“过山车由直线轨道、曲线轨道组成，轨道有一定的坡度”。

揭示研究主题：我们了解了过山车的特点，今天就来建造一座“过山车”吧！

设计意图：通过播放图片，吸引学生的注意力，引起学生的兴趣，揭示研究主题；通过提问，回顾所学知识，与学生介绍模型相呼应。

2.探究1（分组讨论，设计方案）

请学生观察教科书“过山车”轨道设计图，展示建造“过山车”所需材料：建造积木。明确设计要求：“过山车”要稳固；设计轨道需要有坡度的变化；小球不能脱轨并滚完全部轨道；轨道由曲线和直线轨道组成；轨道的长度一米以上。

明确设计要求后，教师组织小组内部讨论交流，根据提供的材料，完成设计图并进行优化。同时提醒学生，设计不要过于复杂，不然容易导致后续的拼搭难以完成。教师给予适当的指导。

设计意图：小组合作完成设计图，使学生明白设计是工程的关键环节，工程设计需要不断改进和完善，并培养学生参与合作探究的意识，乐于为完成探究活动分享自己的想法、贡献力量。

3.解释1（分享交流，优化设计）

设计完成后，教师组织学生分享交流，请小组派代表介绍分享小组的设计图（引导学生介绍设计思路和原理）。教师组织其他学生提出疑问和优化建议（评价时，引导学生关注设计要求）。学生集体交流评价后，针对提出的优化建议，汲取不同小组的设计优点，对本小组的设计进行调整优化，完成最终的设计图。

设计意图：通过分享小组的设计图，锻炼学生的语言组织与表达能力；通过集体交流，形成思维的碰撞，调动学生的积极性，激发学生科学学习的兴趣，并形成耐心听取别人建议的习惯。

4.探究2（实施方案，模型构建）

教师再次明确建造要求，分发实验材料，并提醒学生注意实验安全。小组学生用分发的材料，按照最终的设计图，组内同学合作搭建轨道模型。

在学生合作搭建过程中，教师巡视并指导搭建过程，关注建造轨道是否符合设计要求，轨道是否经济、稳固，必要时给予适当帮助指导。教师巡视过程中，根据各组的搭建进程适时分发小球，鼓励学生不断测试、完善改进，完成最终的建造。重点关注学生的安全，避免意外情况。

设计意图：学生通过搭建“过山车”模型，参与探究活动，体会“做”的喜悦和成功的乐趣，加强交流合作能力。

5.解释2（模型展示，创意比拼）

教师组织学生分小组展示搭建的模型，请学生介绍“过山车”的建造过程和设计特点，演示并描述小球在“过山车”轨道的运动形式。

学生评判是否符合设计要求，评选出最具创意的“过山车”模型。

设计意图：学生通过展示“过山车”模型，介绍设计思路，培养学生的表达交流能力。体会工程蕴含的科学知识，加强科学知识与生活的联系。

6.评价（课程总结，能力提升）

提问：“通过设计制作‘过山车’，请小组总结工程设计的基本步骤。”

教师归纳工程设计的基本步骤包括明确问题、确定方案、设计制作、改进完善。

以工程设计的原则：经济、美观、实用、创意，设计小组互评单对搭建的轨道进行评价。

设计意图：总结工程设计的基本步骤，强调本节课学习的科学知识；通过填写小组互评单，督促学生参与课程学习和小组交流合作。

教学小结：学生通过参与设计、制作“过山车”轨道模型，掌握工程设计的步骤，同时将直线运动、曲线运动等科学概念由熟记水平提升到应用水平，在实践过程中综合运用科学知识，促进学生对知识的理解，促进工程思维的形成，提高学生的科学素养和运用跨学科知识解决实际问题的能力。

四、结语

本研究基于“5E 教学模式”，根据技术与工程领域的特点构建了教学设计模型，与传统教学模式相比具有很多优势：将科学概念与工程实践相融合，巧妙解决了目前教学实践中存在的现实问题；教学活动以学生为主体，使学生体会到动手制作的快乐；通过小组合作完成设计、制作，提高学生参与合作的能力，为参与社会活动、扩大科学交往关系奠定基础；通过完成模型的建造，帮助学生形成工程思维，增强处理实际问题、参与社会活动的能力。■