曾美良 王微娜

【摘要】基于新版《义务教育小学科学课程标准》中多次提及的“工程”理念，在科学课堂中，正确理解科学和工程的关系，通过创设基于工程的科学情境，以及项目化学习与跨学科教学模式，从而整合科学探究与工程实践，真正落实科学新课标理念，更好地培养学生工程思维和创新思维，促进学生科学素养的发展。

【关键词】新课标;科学;工程;项目学习

一、基本概述

“工程”（engineering）这个概念最早出现在美国。2011年美国的《K-12年级科学教育框架》提出科学和工程实践，跨学科概念、学科核心概念，以及2013年制定的《新一代科学课程标准》，进一步细化了工程教育这一概念以及相关的实践指引。2017年初，我国教育部颁布了《义务教育小学科学课程标准》（简称“新课标”），也多次出现“工程”一词。

在新课标中，科学与工程的关系多以“科学探究”与“工程设计”出现。科学探究在课标中分为8个环节：提出问题-作出假设-制定计划-搜集证据-处理信息-得出结论-表达交流-反思评价。工程设计，在课标中出现在课程内容也指出了基本步骤：明确问题-确定方案-设计制作-改进完善。仔细分析，这二者并非矛盾也并非毫无关系。

如今科学课堂不断在改革与创新，如何在课堂上更好地整合科学与工程，在科学探究中，渗入工程理念，探究工程问题，是非常值得探讨的一个问题。培养学生工程思维与能力，注重实践与应用，是真正实现有效科学课堂的一个重要手段。

二、基于工程的科学情境，培养学生工程思维及能力

科学课上，实验各式各样，但往往许多实验在设计上，都与工程缺乏联系，甚至部分实验的“探究味”都不浓，2017年新版《小学科学课程标准》中“技术与工程”领域明确指出：科学的核心是发现，工程技术的关键是设计，工程是运用科学和技术进行设计，解决实际问题和制造产品的活动。所以，科学课堂应该把科学探究和工程设计联系起来，只需教师在设计课堂时巧妙地创设一些情境将二者联系上，让学生一边发现一边创造，在设计与创造中，慢慢地发现更多科学原理和知识，解决实际问题，进行工程思维及能力的培养。

《白醋和小苏打的反应》这节经典的实验课，但是多数课堂都是设计白醋和小苏打在烧杯中反应，观察现象，收集气体，检验气体等环节。如果在课堂上，设置工程情境，完成白醋和小苏打吹气球的挑战。那么学生需要思考如何吹起气球？学生在了解白醋与小苏打反应后可以产生气体这一原理后，教师提问借助矿泉水瓶，需要进一步设计小苏打与白醋如何放入矿泉水瓶子？最终学生设计与制作，将白醋提前装入水瓶中，小苏打装入气球中，再把气球套在瓶口，提起气球时，气球内的小苏打便能够进入瓶中与白醋发生反应，这是一个封闭的反应环境，所以产生的气体便能够吹起气球。另外，只需要把气球小心拆下来，盖好盖子，便可以进行检测瓶内的气体的后续实验。这个设计，很巧妙地把实验变成一个挑战，完成吹气球的任务，制作过程也培养了学生的动手能力和细心程度。这个实验变从原本简单的实验室科学实验，变成简易任务、设计与制作的简单工程问题。

《污水与污水处理》一课变身污水处理竞赛：各组制作一个污水净化器。身边常见材料：活性炭、石英砂、细沙、青草、纱布、餐巾纸、树叶、明矾粉末、滤纸等材料供学生选择，每组只能选择其中6种材料，分层装入空的过滤器中。学生首先要了解污水有哪些特点？污水处理的方法和流程，同时要清楚各种材料的作用与优缺点。所以，学生在亲自体验了污水净化的困难之后，更能深切地感受环境污染带来的弊端。于是这节便由以下环节构成：讨论自学→设计→制作→展示→改进→工程创造。

在小学科学课本中，还有许多相关实例，如在三年级磁铁相关单元中，鼓励学生运用磁铁性质制作一个磁铁玩具;五年级的制作太阳能热水器课程;在六年级《抵抗弯曲》中，让学生设计快递物品的保护套等，此类课程在科学课堂中需要学生学会探究，如果加入相应的工程情景，促进学生实践和思考，有效地锻炼学生工程思维及能力。

三、项目化学习与跨学科教学模式，培养学生的综合素质

项目式学习（PBL）是以项目作为驱动力，注重将离散的知识融合，使之形成结构。而新课标在实施建议中，也出现STEM这个词，即科学（science）、技术（technology）、工程（engineering）、数学（mathematics），这是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，有利于学生创新能力的培养。近年来，也由此延伸出STEAM（科学science、技术technology、工程engineering、艺术art、和数学mathematics），以及广州提出的STEEN（科学science、技术technology、工程engineering、环境environment和自然nature）科学教育理念，都是倡导跨学科学习方式，其中科学与工程的联系非常紧密，可见在科学课堂融合工程，可以更好地促进科学课的结构生成。

2018年最新的教育科学出版社二年级上册《科学》书中第二单元便可以整合成一个项目式学习方案。以最后一课《做一顶帽子》为项目主体目标，在此课之前，学生通过学习《不同材料的餐具》《书的历史》《神奇的纸》等课程，认识了不同材料的特点及作用。《椅子不简单》一课认识了许多物品需要多种材料制作完成。在本课中，教材提出“你能用不同材料做出不同功能的帽子吗？”这个问题，明确“做帽子”的任务，而且强调帽子的功能。接着以三个步骤引导学生：设计、选材料、画草图→量一量、做一做→帽子展示会。

温州市陈素平名师工作室研究项目成果《菜谱设计与制作》是一个非常典型的项目化学习案例。该案例是科教版《科学》四年级下册第三单元《食物》，通過整合《食物中的营养》《生的食物和熟的食物》《减慢食物变质的速度》《营养要均衡》几节课程，将学生的学习置于真实的生活情境，最终以“一周菜谱”的形式展示成果。

此类项目学习，便是很好地结合了科学、工程、数学甚至美术等学科知识，对于学生的综合发展，培养发散思维能力非常有意义。

四、结语

2017版新课标前言部分明确指出了科学素养的概念：“科学素养是指了解必要的科学技术知识及其对社会与个人的影响，知道基本的科学方法，认识科学本质，树立科学思想，崇尚科学精神，并具备一定的运用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。”

新课标第四部分“实施建议”中指出要“动手动脑做科学”，同时倡导“开展探究式学习，但是不要把探究式学习作为唯一的科学学习方式。”这些建议非常值得科学教师思考，将工程引入科学课堂，正是更好地促进学生探究式学习与跨学科学习非常好的方式。同时关注新课标“技术与工程”领域理念，整合科学与工程，从原本在课堂中学习科学知识，改变为运用科学知识，解决实际问题，进而形成工程成果，真正实现培养学生科学素养的目的。

五、参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育小学课程标准（2017年版）[s].北京：北京师范大学出版社，2017.

[2]郭贝妮.基于项目的学习-PBL-在小学科学教学中的运用[J].中国校外教育，2014（12）：266

[3]赵中建.在课堂中整合工程与科学[M].上海：上海科技教育出版社，2015

[4]马学军.本土化诠释科学教学理念[J].科学课，2016（5）：卷首

[5]邸泽民.当科学课遇上项目学习.中国教育新闻网-中国教师报

【本文是广州市增城区教育科学“十三五”规划（2017年度）课题《基于核心素养框架下学生工程思维及能力培养策略研究》（课题编号：ZC2017003）的阶段性成果。】