技術與工程領域課程及教學策略

江衛(wèi)園

本文以《設計布置房間照明電路》一課為例，討論科學、技術、工程的概念及三者之間的關系，并提出確定工程要素的方法，即在一節(jié)工程課中，學生應該進行基于科學的技術設計，并全面考慮施工過程的各種影響要素。最終，總結出工程課教學的設計方法。

問題的提出

2017年2月頒布的我國全日制義務教育小學科學（1～6年級）課程標準首次把技術與工程領域作為一個獨立的領域提出來。以往由于技術與工程領域的內容沒有明確在課標中提出來，所以教師們關注得比較少，進行深入研究的教師更是少之又少。也正因如此，很多教師并不清楚工程課的特點，也不會上工程課。

例如，在《簡單電路》一課中，學生通過學習掌握了簡單電路由電池、小電珠、導線、開關組成，當閉合開關時，電能夠從正極出發(fā)經(jīng)過用電器流回到負極，形成回路，小電珠就亮了；通過連接串聯(lián)或并聯(lián)電路讓小電珠亮起來，并知道連接電路時導線需要按照電源正極—開關—用電器—負極的順序連接，為連接實際電路做好準備；能夠根據(jù)需要畫出電路圖，如一個開關控制一個燈的亮滅、一個開關控制兩個或者兩個以上燈的亮滅等。

在以往的課堂教學中，課堂延伸環(huán)節(jié)時，教師通常會請學生設計布置一個房間照明電路：1.出示一個紙盒子模擬需要布置照明電路的房間，并提出任務—請同學們根據(jù)學到的電路知識，設計一個房間的照明電路；2.學生確定在房間中布置燈泡的個數(shù)和開關個數(shù)；3.指導學生按照簡單電路圖連接電路，讓小電珠亮起來，然后將電路粘貼在紙盒子中。

教師普遍認為這就是工程在科學課中的表達方式了。但這樣的理解正確嗎？工程課應具備怎樣的特點？實施的策略又是什么？這些都是值得研究的問題。

工程課的特點辨析

出現(xiàn)上述課堂教學方式的主要原因在于教師們沒有弄清楚工程的概念及科學、技術、工程三者之間的關系，尤其是技術與工程之間的關系，直接將工程當成了技術與模擬房間的簡單拼湊，沒有考慮本課工程要素所涉及的內容。

科學、技術、工程是既具有密切聯(lián)系又具有本質區(qū)別的社會活動。工程是科學要素、技術要素、經(jīng)濟要素、管理要素、社會要素、文化要素、制度要素、環(huán)境要素等多要素的集成、選擇和優(yōu)化。即工程包括科學要素、技術要素和其他要素。

如何確定一節(jié)課中的工程要素 對于小學階段的學生來說，像工程師那樣設計并完成一個復雜的工程是不現(xiàn)實的，但是教師可以在教學設計中，通過對工程要素的分解，確定小學生能夠理解、實踐的工程要素，并在課堂教學中引導學生嘗試進行工程設計與實踐，使活動體現(xiàn)出工程的味道。以“設計布置房間照明電路”一課的工程要素確定為例進行說明。工程中涉及的各種要素，如上文提到的科學要素、技術要素、經(jīng)濟要素等屬于專有名詞，學生很難理解和掌握。對此，我們需要具體課例具體分析，根據(jù)活動內容去掉一些離學生比較遠的內容，并把一些適合學生理解的要素轉化為學生易懂的內容或者詞匯?；诖耍覀儗ⅰ霸O計布置房間照明電路”一課的工程要素確定如下：

科學要素：在設計房間照明電路之前，學生已經(jīng)掌握了正電和負電、電有正極和負極等相關知識；知道簡單電路由電池、小電珠、導線、開關組成，當閉合開關時，電能從正極出發(fā)經(jīng)過用電器流回到負極，形成回路，并能夠通過連接串聯(lián)或并聯(lián)電路讓小電珠亮起來；能夠根據(jù)需要畫出適合的電路圖，如一個開關控制一個燈的亮滅，一個開關控制兩個或者兩個以上燈的亮滅。

技術要素：將平面的線路圖在模擬房間內轉化為立體的布線圖，開關和燈的位置要符合人的需要；按照布線圖的設計，將導線、開關、小燈泡和電池布置在模擬房間里，讓燈亮起來。

工程要素：在“設計布置房屋照明電路”的工程中，要把社會要素轉化為需要考慮人的需求、房間的功能等，再將經(jīng)濟要素轉化為線路的位置、選擇的材料、成本、安全等。同時，要讓學生理解，工程籌劃過程中考慮到的影響設計的要素越全面，設計得成功率就越高。由于不能給學生提供一個真實的房間進行設計，因此，我們提取了兩個最典型的、在課堂教學中能夠實現(xiàn)的要素：施工問題和安全問題，這是房間照明電路工程中不可回避的兩個問題。因為房間照明電路的安全性直接影響居住者的安全，是工程的底線，施工問題決定著工程的快慢和成本。這兩個問題表現(xiàn)在照明電路的設計規(guī)范中，是這樣描述的：線路要走直線，拐直角彎，出回線路并排布置。

例談工程課的實施策略

怎樣在課堂教學中恰當?shù)匾龑W生認識施工問題和安全問題兩個工程要素呢？通過課堂實踐，最有效的方法就是利用“重演律”，帶領學生經(jīng)歷人類布設房屋照明電路的發(fā)展歷程，從而掌握正確規(guī)范的電路布設方法。

現(xiàn)實生活中規(guī)范的照明電路布置，不論是簡單一些的電路，還是復雜的電路，都不是從來就有的。從愛迪生發(fā)明了電燈，人類就開始了布置照明電路的探索歷程。教師在教學中只是截取人們探索過程中的典型節(jié)點，引導學生發(fā)現(xiàn)、歸納出照明電路的布設規(guī)范。

初步認識技術的發(fā)展是為了滿足人的需要 通過讓學生找一找教室中開關和燈的位置，引導他們發(fā)現(xiàn)燈裝在屋頂能夠使教室到處都亮起來，開關裝在門口邊上，是為了進出門方便，從而意識到人們會根據(jù)自己的需要設計開關和燈安裝的位置。通過這種方式讓學生初步感受到設計的需求反映的是人的需求，人的需求沒有止境，技術的發(fā)展也就沒有止境，技術的發(fā)展是在不斷滿足人的需要。

建立科學與技術間的聯(lián)系 教師提出問題：看到開關能夠控制燈的亮滅現(xiàn)象，你認為用到了我們學過的哪些科學知識？學生會發(fā)現(xiàn)這和學習過的簡單電路一樣，閉合開關燈亮，打開開關燈滅。通過這個小問題，幫助學生建立科學知識和日常技術應用之間的聯(lián)系，揭開照明電路神秘的面紗，同時認識到復雜的照明電路的基本原理也是他們所熟悉的簡單電路。

初步設計房間照明電路 學生依據(jù)在電學單元學到的科學知識和對房間照明電路的推測，初步在模擬房間中確定了燈和開關的位置，然后畫出了房間的照明電路。由于沒有設計經(jīng)驗，學生在設計時出現(xiàn)了一些問題：在畫簡單電路圖的影響下，學生連接開關和燈泡的電路導線也畫成了環(huán)形的閉合回路，這個回路從門邊的開關出發(fā)，沿著墻壁、房頂連接的燈泡上，然后途徑另一經(jīng)的墻壁、地面回到開關；有的學生設計了兩盞、三盞燈，線路不沿直線畫，出現(xiàn)了一面墻壁上有很多導線的現(xiàn)象等。教師此時并沒有否定學生的設計，而是請學生按照自己的設計完成一個照明電路。當閉合開關的時候，燈亮了。孩子們看著自己的設計成果都高興極了。通過學生的設計可以看出：學生并沒有意識到自己設計的房間電路存在零亂現(xiàn)象，只是關注了燈能夠亮起來，而零亂的線路很有可能會帶來安全隱患。

引導學生意識到工程設計中的安全問題 教師將一個學生設計的走線零亂的電路展示給全體同學：現(xiàn)在我們開始裝修房子，這么大一面墻，我打算做一面照片墻，你愿意幫助老師進行設計嗎？學生上來后遲遲不肯用釘子釘照片，原因是怕在釘照片的過程中碰到電線有危險。教師追問：你認為房間里的線路應該怎樣布置呢？這時學生們開始意識到要靠墻的四周布置，走直線，拐直角彎……已經(jīng)考慮到設計房間照明時要注意用電的安全。工程的改進是一個不斷完善的過程，而每一次的完善都是為了滿足人們的需要。在設計中教師通過創(chuàng)設情境，使學生明白了照明電路的走線要能滿足人們布置房間的需要，需沿著墻的四周鋪設，還要走直線、拐直角彎，這樣的設計還能使線路的布置更美觀、更安全。

創(chuàng)設情境，引導學生意識到工程設計中的安工時問題教師請學生觀察教室的墻面，他們并沒有看到線路，這些線路哪里去了？通過教師講解，學生了解到原來在施工的過程中需要通過挖槽將電線埋在墻里。開始“施工”時，小工程師又發(fā)現(xiàn)了新的問題：照線路沿墻的四周布置，走直線拐直角彎施工，但挖槽長、費工又費力，怎么辦呢？學生經(jīng)過討論提出，可以把線路一側的線與另一側的線重合，省工省時還便于查找線路。此時學生們又注意到了施工的需求，省工省時。此外，由于現(xiàn)實生活中的照明線路都埋在墻里面，學生是看不見的，為了幫助學生更直觀地觀察，授課教師用泡沫板制成了一面墻，在墻上開出走線的線槽。學生看著模擬墻和線槽，就像看到了真正的墻的內部一樣。這個情境的創(chuàng)設，有效地幫助學生解決了施工工時的問題。

其實，這兩次的施工改進，都是人類在設計房間照明電路的歷史上經(jīng)歷的重要事件節(jié)點，教師通過創(chuàng)設情境便成功帶領學生經(jīng)歷了這個過程，既總結歸納出了房間照明電路的布線施工規(guī)范，又意識到了為什么要制定這些規(guī)范，還培養(yǎng)了解決實際問題的能力。

總之，工程是以科學和技術為基礎的系統(tǒng)性工作，在這個系統(tǒng)中，科學是工程的理論基礎，技術是工程的基本要素，除此之外，工程中還包含其他要素，如安全、管理、環(huán)境、材料等等。即在一節(jié)工程課中，學生應該進行基于科學的技術設計，并全面考慮施工過程的各種影響要素，這樣的課就具有了工程的特點。

而工程課的設計方法還是要回到工程的要素上：首先，確定一節(jié)課的科學要素、技術要素和典型的、適合課堂教學的工程要素；其次，建立科學要素和技術要素之間的關系；再次，進行工程課設計；最后，依據(jù)工程要素對設計進行改進。

（作者單位： 北京市通州區(qū)永順鎮(zhèn)中心小學）