小学科学学科高年级技术工程类单元作业设计策略及实施的研究

一、来源于思考

“技术与工程”内容，最早出现在2017版的《小学科学课程标准》中，而在2022年版的科学课程标准中则涉及到“技术、工程与社会”和“工程设计与物化”两个核心概念。其相关学习更有利于培养学生的创新思维，这对于拔尖创新人才的培养有着重要的意义。

通过调研现有的技术工程类作业设计的研究可以发现，涉及到拔尖创新人才培养和技术工程相关的科学研究十分少，其中关于基础教育阶段运用技术与工程的教育培养拔尖创新人才的大单元作业设计研究大多数也仅仅是个别课例。因此，将小学科学高年级技术工程类单元作业设计与我们的教材相结合，在使用教材并拓展的基础上，进行长期有连贯性的服务拔尖创新人培养的单元作业设计实践研究是十分有必要的。

二、研究目标

1.实现“技术工程类单元作业设计”的针对性、目标性、系统性，提升学生自主创新的意识。   

    通过教师对所学内容各个角度的分析，进行有层次的设计技术工程单元作业，从而激发学生的学习兴趣，调动学生学习的能动性。从要我学，让我做，转变为我要学，我要做，进而提升学生自主创新的意识。

2.以学生为主体，实现对作业、课程与教学关系的系统思考，为学生的创新实践搭建平台

以培养拔尖创新人才为根本目标，借助小程序、线上平台等信息技术手段，为学生搭建展示创意的平台，把信息技术手段与自身的教学实践有机结合起来，运用调查法收集信息，结合课堂教学内容，引导学生运用所学完成技术工程类单元作业，从而达成单元教学目标，在此基础上对学生的创意设计或实物发明进行多方位的点评，为其进一步的改良和优化指出方向，进一步提升其创新能力。

3.初步形成小学科学学科高段技术工程类单元作业设计册，系统促进学生创新思维发展

通过对本课题的研究，初步形成“小学科学学科高年级技术工程类单元作业设计策略及实施”的作业设计册，形成从教材拓展、教学内容确定、目标设计、作业设计、教师反馈、辅导等方面促进的学生创新思维发展的教学策略。

三、研究内容

1.借助技术与工程单元作业设计，培养学生问题解决能力

研究并拓展教材，进行四、五、六年级技术与工程研究课堂实践及教具研制。具体如下：

（1） 课堂案例名称

四年级：制作我家的安全报警器、制作简单机械模型

五年级：制作简单机械模型、制作简易电热切割器、地球的结构

六年级：设计塔台模型、模拟垃圾分类、研制水力发电模型、探索四面红灯的奥秘、初识人脸识别

（2）教具研制名称：

四年级：安全报警器模型、鼓膜听小骨模拟实验模型、百变橡皮筋

五年级：能量转换模拟实验教具、伽利略思想实验教具、红绿灯时间设计方案检验程序

问题解决能力是学生成长发展中的一项重要核心素养，随着问题解决能力的提高，学生能够更好的面对实际生活中的各种问题。在问题解决的过程中可以有效提升学生的科学概念、设计创造、创思维等相关能力。因此，为学生创设多种生活中的问题解决情境，发明教具为学生搭建问题解决的脚手架，引导学生发明创造用以解决生活问题的产品，从而有效进行技术工程领域的单元作业设计策略及实施研究。

2.借助技术与工程单元作业设计，培养学生创新思维能力

根据课后服务的需求，指导学生在校或居家使用废旧生活用品进行技术与工程类产品制作，提升学生创新思维能力，具体如下：

四、五年级：神奇的救护车、美好家园建筑模型

五年级：亲子游戏创作、创意产品研制、创意实验发明

技术与工程的单元作业设计，是一个用知识的实践过程。科学概念的掌握和学习是解决一切实际问题的基础。每次在完成一个作业任务的时候，学生都会发现自己有些知识是不会的，于是解决不了这个问题。这时，知识的学习就不再是教师教的过程了，而是转变为了学生根据自己需求主动学习的过程，孩子们根据自己不会的内容，主动用探究、调查等方法去学习，真正将科学概念与规律进行了内化与升华，并为其创新能力的培养打下基础。

四、研究思路

1.坚持理论和实际相结合原则

基于2022年版新课程标准要求，充分落实科学课程标准，结合学生实际所需确定技术工程类教学主题，借助单元作业设计的方式，引导学生将创意转化为实物成果，提升学生创新思维能力。

2.坚持全员参与原则

本次技术工程单元作业设计，面向全体学生，以小组为单位，充分发挥每一名学生的特长，让每个人都能参与其中，在实践活动中找到适合自己发挥的位置，得到展示自己创意的平台。

五、课题研究的结论——教学策略

1.模型建构助力思维进阶，学以致用解释复杂现象

设计发明的宗旨在于解决问题，因此面对学生感兴趣的复杂现象，我们可以借助模型建构的思维方式培养学生的科学探究能力，例如：在地震的成因及作用一课中，通过行进式作业，首先帮助学生通过“情景视频”与“亲历者访谈”两种形式列举出地震发生过程中出现的现象，在视频中学生发现了地震发生时地表的变化，在访谈中学生了解到亲历者听到地震发生刹那的巨响，将抽象的地震现象较具象的呈现在了学生们的面前，这些真实情景让学生在之后假设的过程中有了较为充足的依据。其次在实验设计的过程中，尝试让学生进行方案的整体设计， 组间再进一步优化迭代，完善实验方案的同时也强化了学生模型建构的思维方式。最后在完成用假设解释真实情景后，学生利用本节课所学的地震成因，解释了真实问题，并给出了自己的看法，实现了从学习到应用的目标。

其次，在《火山喷发的成因及作用》一课中，通过前面的巩固式作业，促使学生借助前一课《地震的成因及作用》中所学到模型建构思维为基础，与《火山喷发的成因及作用》进行关联。将火山喷发的情景进行拆分，把它们变成一个一个的小项目，进而人以小组为单位进行自主探究，做到学以致用达成思维的再次进阶。在每个小组汇报完成后针对科学思维、内容、态度等方向进行生生互评和师生互评。加强学生运用模型建构的思维方法进行自主探究的意识。激发学生自主探究科学现象本质的学习兴趣，从而达成态度责任目标。并对模型建构过程中验证假设方法的多样性提供依据。当各组全部汇报完成后学生将每一个火山喷发的小情景和假设联系起来，形成对火山喷发情景的完整解释，最后形成完整建模，达成思维二次进阶。

2.馆校结合打破空间壁垒，运用跨学科实践活动，实现学习资源与作业设计的多样化

技术工程类的学习，不仅仅局限于学校内和课堂中，重点在于激发学生的自主学习，学生完成跨学科学习活动的场所也从教室中外出到科学中心，再回到教室中分享问题形成任务，在家中征集建议不断修改完善作品，最后再次带回教室与同学们分享，在这个过程中学生多次运用信息科技的技术手段，更加合理有效的收集模型改进证据、收集相应的学习资源，这样的跨学科实践活动作业成功打破了空间的壁垒，帮助学生运用创新思维解决实际问题，实现了跨学科学习的有效性。

3.跨学科作业设计从学生兴趣出发，作业种类多样化，利于训练学生的科学思维

技术工程类的作业可以分为诊断式作业、行进式作业和巩固式作业。每节课的诊断式作业都来源于前一课最后的课下作业任务这样的设计方式有利于调研学生的原有认知。而在课堂中的行进式作业，则包含了训练学生身体动觉智能的制作作品；训练学生语言智能的汇报信息；训练学生视觉空间智能的画概念图、画结构图；训练学生自我认知智能的撰写感想和反思等等。这样多种类的作业设计，在激发学生兴趣的同时，更训练学生多种智能，为培养学生的创新思维打下基础。