《我们的水钟》课堂技术与工程实践活动的设计

〔摘要〕随着科学技术的快速发展，技术与工程实践活动在小学科学教育中的地位日益凸显。本文旨在探讨如何设计与实施有效的技术与工程实践活动，以培养小学生的科学素养和工程实践能力。本文在技术与工程实践活动的理论基础上，提出了设计与实施工程实践活动的基本原则，深入探讨工程实践活动的关键要素和实施策略。基于小学科学核心素养的技术与工程实践活动，对小学科学教育具有指导意义，对技术与工程领域的研究也具有一定的参考价值。〔关键词〕小学科学；技术与工程；实践活动；项目式学习随着科学技术的迅猛发展，培养小学生的科学素养、工程实践能力和创新精神已成为小学科学教育的重要目标。然而，传统的科学教育往往仅注重理论知识的传授，缺乏实际操作和实践活动的机会，导致学生难以将理论知识应用于实际生活。要解决这一问题，就应该在小学科学教育中有效地实施技术与工程实践活动。《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）强调，义务教育科学课程是一门体现科学本质的综合性基础课程，具有实践性。通过实践活动，学生可以亲身参与科技制作、实验探究和工程设计等活动，将理论知识与实践活动相结合，提高解决实际问题的能力。这将有助于培养学生的科学素养和实践能力，为未来的科技发展和创新人才的培养奠定基础。一、技术与工程实践活动的理论基础皮亚杰的认知发展理论和杜威的实用主义教育哲学具有重要的理论指导意义。皮亚杰的认知发展理论认为，儿童的认知发展经历了四个阶段，其中7～11岁属于具体运算阶段。在这一阶段，儿童开始运用逻辑思维解决问题，但仍然需要具体的感性经验作为支撑。因此，对于小学生而言，通过实践活动将抽象的理论知识具体化、形象化是促进认知发展的有效途径。杜威的实用主义教育哲学强调“做中学”，认为教育应该与生活紧密联系，让学生在实践中学习知识、掌握技能。这一思想与小学科学教育的目标高度契合，为技术与工程实践活动的开展提供了重要的理论支持。二、技术与工程实践活动的设计与实施原则为了确保技术与工程实践活动的有效性和安全性，我们需要遵循以下基本原则：（一）安全性原则在活动设计时，我们需要充分考虑材料、设备和操作过程的安全性，确保使用的材料无毒无害，设备稳定可靠，操作过程简单安全。同时，在活动前应对学生进行必要的安全教育和操作训练，以防止意外事故的发生。（二）实用性原则实践活动应与学生的日常生活密切相关，具有实际应用价值。这样能够激发学生的学习热情和探究欲望，促使学生主动参与活动，积极思考问题。同时，实践活动的设计应考虑到学校和家庭的实际情况，充分利用现有资源。（三）趣味性原则为了激发学生的参与兴趣，实践活动应具有趣味性。在活动内容、形式和评价方式上要充分考虑学生的年龄特点和心理需求，采用游戏化、竞赛化等方式激发学生的参与热情。同时，教师可以通过设置有趣的情境、引导学生自主探究等方式增加活动的趣味性。（四）开放性原则实践活动应具有开放性，鼓励学生自主探究和创新。在活动过程中，教师应注重对学生在发现问题、提出假设、设计实验和总结结论等环节的训练和指导。同时，应鼓励学生分享自己的想法和成果，相互学习和评价，促进共同进步。（五）评价与反馈原则为了确保实践活动的有效性和质量，我们需要建立合理的评价机制和反馈机制。教师要通过观察学生的表现、交流讨论和作品评价等方式了解学生的学习状况和问题所在。同时，教师应及时给予学生指导和帮助，鼓励学生反思和改进自己的学习方式和探究方法。通过评价与反馈的循环互动，不断优化活动设计和提高教学质量。三、技术与工程实践活动的案例分析与实践为了深入探讨技术与工程实践活动的实施效果和关键要素，以教科版小学科学五年级上册第3单元“计量时间”第3课《我们的水钟》为例展开研究分析。（一）明确任务要求教材中以一个底部钻有小孔的碗在水中缓慢下沉而计量时间作为导入，基于此，教师可以创设问题情境：水能计时吗？进而引导学生深入思考水钟的计时原理。在教师的指导下，学生知道水钟是根据流水的等时性原理来计时的。教师提出任务要求：设计制作计时5分钟的水钟。项目式学习的教育理念认为在学习过程中应该先提出学习任务，而后考虑如何解决问题。教师则为学生提供感悟问题和体验实践的情境，激发学生的探究兴趣，转变学生的学习状态，使学生主动建构探究、实践、思考、运用、解决的高效学习体系。（二）设计方案根据课堂的任务要求，学生以小组为单位，以图文并茂的方式在实验记录单上完成水钟的设计方案。教师提前准备好工具和材料以供学生选择，包括铁架台、塑料瓶、工字钉、秒表、剪刀、美工刀、记号笔、胶带、直尺等。方案的设计是制作水钟的前提条件。设计包括水钟的式样、所用材料、制作方法与步骤等内容，它们对做出来的水钟质量有着决定性作用。PBL教学模式注重以学生的主动学习为主。在本环节中，学生在教师的引导下综合考虑各种因素，如计时准确性、用材数量、美观程度等，促进学生动脑思考和交流分享。（三）小组制作各个小组根据各自完成的设计方案，组内分工合作进行制作。由于工具中含有剪刀和美工刀，所以教师需提醒学生注意安全。与此同时，通过设定评价标准（如美观程度、制作时间的快慢等），以比赛的形式推进小组制作环节。PBL教学模式注重让学生亲身经历体验科学探究的整个过程，强调“做中学”“玩中学”，学生在制作水钟的过程中体会动手制作的乐趣。（四）测试与评价学生将做好的水钟与秒表对时5分钟，由此检测所制作水钟的计时准确性，并根据检测结果和评价标准对作品进行综合评价。“测试水钟”是让学生将自己制作出来的水钟，在实践中进行检验，实际上这也是一次重复验证实验，帮助学生了解自己作品的质量和准确度，为下一步的优化提供参考。（五）改进优化教师在指导学生总结制作过程中影响水钟计时准确性因素的基础上，引导学生思考改进水钟的方法，学生会提出打孔大小适当、采用形状规则的瓶子、画刻度线时视线要与水位线平齐等。教师要指导学生深入思考古代人们是怎么控制滴水的速度，进而明白水钟的滴水速度均匀是准确计时的关键。学生据此发散思维、各抒己见，对如何控制水均匀往下滴进行思考，并对制作的水钟加以改进。四、困难与对策尽管技术与工程实践活动在小学科学教育中具有巨大的潜力，但在实际应用中仍面临一些实际困难，我们要积极应对这些困难，让实践活动更好地开展。（一）资源有限许多小学由于资金、设备和场地的限制，难以开展高质量的技术与工程实践活动。对此，我们可以采取以下对策：其一，利用现有资源。教师可以引导学生寻找生活中的替代材料，如废旧报纸、塑料瓶等，用于实践活动。其二，开展低成本实验。设计一些成本较低但同样能达到教学目标的实践活动，如利用纸杯制作简易电话。（二）教师专业能力不足许多小学教师缺乏足够的技术与工程实践经验，难以有效地指导学生。对此，我们可以采取以下对策：其一，加强教师培训。组织定期的教师培训活动，提高教师在技术与工程方面的专业能力。其二，鼓励教师实践。通过开展“教师先行”活动，鼓励教师自己动手制作科技作品，提高其实践能力。（三）学生参与度不高小学生由于年龄较小，注意力容易分散，可能导致实践活动参与度不高。对此，我们可以采取以下对策：其一，设计趣味活动。通过设计有趣的游戏、竞赛等形式提高学生的参与兴趣。其二，强调团队合作。引导学生进行小组合作，通过团队合作提高学生的参与度。其三，展示实际应用价值。让学生明白实践活动与日常生活的联系，使他们意识到其实际应用价值。五、结论与未来研究展望技术与工程实践活动在小学科学教育中扮演着越来越重要的角色。本文通过案例分析与实践经验的分享，总结了实践活动的关键要素和实施策略，并对面临的挑战提出了相应的对策。为了进一步发挥实践活动在培养小学生科学素养和实践能力方面的作用，未来研究可以重点关注以下几个方面：（一）实践活动与学生能力发展的关系深入探讨实践活动与学生科学素养、实践能力等各方面能力发展的关系，为实践活动的设计提供更有针对性的指导。通过实证研究，了解实践活动的具体作用机制和影响路径，为优化实践活动提供科学依据。（二）跨学科的实践活动设计打破传统学科界限，探索将技术与工程实践活动与其他学科（如数学、语文等）进行整合的可能性。通过跨学科的实践活动，促进学生的全面发展，培养创新思维和实践能力。（三）实践活动的评估机制进一步完善实践活动的评估机制，建立更为科学、客观的评价标准和方法。关注实践活动的长期效果，了解学生在实践活动中的成长轨迹和发展潜力。同时，鼓励学生在评价中发挥主体作用，提高他们的自我评价和反思能力。（四）实践活动的普及与推广研究如何将成功的实践活动推广到更多的小学，让更多的学生受益。通过合作交流、示范引领等方式，加强校际合作与资源共享。同时，关注资源有限地区的小学，探索如何为他们提供合适的实践活动方案，促进教育公平。通过对技术与工程实践活动的