深度融合：科学与工程在小学科学教学中的创新实践

深度融合：科学与工程在小学科学教学中的创新实践一、引言1.1研究背景与意义在当今社会，科学技术迅猛发展，对人才的综合素质提出了更高要求。小学科学教育作为基础教育的重要组成部分，肩负着培养学生科学素养和创新能力的重任。将科学与工程进行融合，是小学科学教育顺应时代发展的必然选择。科学旨在揭示自然规律、探索未知世界，而工程则是运用科学原理来设计、建造和优化产品、系统或流程，以满足社会的特定需求。两者虽侧重点有所不同，但却紧密相连、相辅相成。在小学科学教学中融入工程内容，能够让学生更深入地理解科学知识，体会科学知识在实际生活中的应用价值。例如，在学习“电路”知识时，引导学生设计并搭建简单的电路，制作一个简易的台灯。这一过程中，学生不仅需要掌握电流、电压、电阻等科学概念，还需要运用这些知识来解决工程实践中的问题，如选择合适的灯泡、电线，设计合理的电路连接方式等。通过这样的实践活动，学生对科学知识的理解不再停留在书本上的抽象概念，而是能够将其与实际操作相结合，真正掌握知识的内涵。从教育目标来看，科学与工程的融合有助于培养学生多方面的能力。在工程设计和实践过程中，学生需要提出问题、分析问题并尝试找到解决方案，这能够锻炼他们的问题解决能力。例如，在进行桥梁设计活动时，学生需要考虑桥梁的结构、承载能力、材料选择等诸多因素，针对可能出现的问题，如桥梁的稳定性不足、材料强度不够等，运用所学知识进行分析，并提出改进措施。这一过程中，学生的思维能力得到了充分的锻炼，他们学会从多个角度思考问题，运用逻辑推理和批判性思维来解决问题。团队合作能力也是学生未来发展不可或缺的重要能力。许多工程实践项目都需要学生分组合作完成，在这个过程中，学生们需要相互沟通、协调、分工明确，共同为实现项目目标而努力。比如在制作机器人的项目中，有的学生负责设计机器人的外形结构，有的学生负责编写控制程序，有的学生负责组装调试，大家各司其职，又密切配合。通过这样的团队合作，学生学会倾听他人的意见和建议，发挥自己的优势，提高团队协作效率，从而培养良好的团队合作精神。创新能力更是未来人才必备的核心素养。科学与工程的融合为学生提供了广阔的创新空间，学生在实践过程中可以尝试不同的方法和思路，提出独特的创意和解决方案。以环保项目为例，学生可以运用所学的科学知识，设计出新型的环保产品，如利用废旧材料制作的节能灯具、可回收利用的垃圾分类装置等，这些创新实践不仅能够激发学生的创新思维，还能培养他们的社会责任感和环保意识。综上所述，小学科学教育中科学与工程的融合具有重要的现实意义，它能够丰富教学内容，创新教学方法，提高教学质量，培养出适应未来社会发展需求的创新型人才。1.2研究目的与方法本研究旨在深入探索科学与工程在小学科学教学实践中的融合路径与方法，通过对教学实践的深入剖析，挖掘出最适合小学生认知水平和兴趣特点的融合方式，以提高小学科学教学的质量，增强学生的学习效果，全面提升学生的科学素养与综合能力。具体而言，期望通过研究，为一线教师提供具有可操作性的教学建议和教学模式，丰富小学科学教学的理论与实践体系。在研究方法上，本研究将综合运用多种研究方法，以确保研究的全面性、科学性和有效性。首先，采用文献研究法，广泛查阅国内外关于小学科学教育、科学与工程融合教育等方面的文献资料，梳理相关研究成果和理论基础，了解当前研究的现状和趋势，为后续研究提供坚实的理论支撑和研究思路。通过对大量文献的分析，能够把握科学与工程融合教育的发展脉络，明确研究的重点和难点，避免研究的盲目性和重复性。案例分析法也是本研究的重要方法之一。深入选取具有代表性的小学科学教学案例，对其中科学与工程融合的教学实践进行详细分析，总结成功经验和存在的问题。例如，选取一些在课程设计、教学活动组织、学生评价等方面具有特色的案例，分析其如何将科学知识与工程实践有机结合，如何引导学生进行思考和实践，以及在实施过程中遇到的困难和解决方法。通过对这些案例的深入剖析，能够为其他教师提供实际的教学参考和借鉴，同时也有助于发现教学实践中的共性问题和规律。行动研究法同样不可或缺。本研究将与一线教师合作，在实际教学环境中开展行动研究。针对小学科学教学中科学与工程融合的教学内容、教学方法、教学评价等方面进行实践探索和改进，在实践中不断总结经验，调整教学策略，验证研究假设，以提高教学实践的效果。例如，在教学实践中尝试不同的教学方法和活动设计，观察学生的反应和学习效果，根据反馈及时调整教学方案，不断优化教学过程，从而探索出最适合学生的教学模式和方法。1.3国内外研究现状在国外，科学与工程的融合教育起步较早，且受到广泛关注。自20世纪中叶起，美国便开始在科学教育领域进行改革与探索，将工程教育纳入其中。例如，美国国家科学教育标准（NationalScienceEducationStandards）明确提出，科学教育应涵盖科学探究、科学知识与工程设计等方面，强调学生在学习科学知识的同时，要参与工程实践活动，培养解决实际问题的能力。在这一理念的指导下，美国众多小学开展了丰富多样的科学与工程融合教学实践。其中，基于项目的学习（Project-BasedLearning，PBL）模式在小学科学与工程融合教学中应用广泛。在PBL教学模式下，学生以小组为单位，围绕一个真实的问题或项目展开探究。例如，在“设计并建造一个小型风力发电装置”的项目中，学生需要运用科学知识，如能量转换原理、空气动力学等，同时结合工程设计的方法，进行装置的设计、选材、制作与调试。通过这样的项目实践，学生不仅加深了对科学知识的理解，还掌握了工程设计的流程和方法，提高了团队协作能力和创新思维。此外，美国还开发了一系列具有代表性的科学与工程融合课程。如“下一代科学标准”（NextGenerationScienceStandards，NGSS）配套的课程资源，强调科学、技术、工程和数学（STEM）的跨学科整合。在这些课程中，通过设计各种与生活实际紧密相关的学习活动，引导学生运用多学科知识解决问题。例如，在学习生态系统相关知识时，设置“设计一个可持续发展的城市花园”的活动，学生需要综合考虑植物的生长需求（生命科学知识）、土壤的性质（地球科学知识）、水资源的合理利用（工程技术知识）以及花园的布局设计（数学知识）等多个方面，从而实现科学与工程的有机融合。在欧洲，英国的小学科学教育注重培养学生的科学思维和实践能力，将工程元素融入科学课程教学中。英国的科学课程强调通过实验、探究和设计活动，让学生体验科学研究和工程实践的过程。例如，在学习电路知识时，学生不仅要了解电流、电压等科学概念，还要动手设计并搭建简单的电路，制作一些与电路相关的小发明，如简易门铃、LED灯闪烁装置等，通过这些实践活动，提高学生对科学知识的应用能力和工程实践能力。德国的小学科学教育则以“动手做”（Hands-on）为理念，注重学生的亲身参与和体验。在科学与工程融合教学方面，德国小学通过开展各种实践项目，如制作小型机器人、搭建桥梁模型等，让学生在实践中学习科学知识，掌握工程技能。同时，德国还强调跨学科合作，鼓励学生在科学、数学、技术等多个学科领域之间进行知识的融合与应用，培养学生的综合素养。在国内，随着教育改革的不断深入，小学科学教育中科学与工程的融合也逐渐受到重视。2017年颁布的《小学科学课程标准》明确将“技术与工程”作为一个独立的领域纳入课程内容，强调学生要了解技术与工程的基本概念和方法，参与技术与工程实践活动，培养创新意识和实践能力。这一标准的颁布，为小学科学与工程融合教学提供了明确的指导方向。近年来，国内许多小学积极开展科学与工程融合教学的实践探索。一些学校借鉴国外先进的教育理念和教学模式，结合本校实际情况，开发了具有特色的校本课程。例如，部分学校开展了“小小发明家”课程，让学生在课程中运用所学科学知识，进行创意设计和发明制作。学生们从生活中的问题出发，提出创意设想，然后通过绘制设计图、选择材料、制作模型等一系列工程实践过程，将创意转化为实际作品。在这个过程中，学生不仅提高了科学素养和工程实践能力，还培养了创新精神和解决实际问题的能力。同时，国内的教育研究人员也对小学科学与工程融合教学进行了大量的理论研究和实证研究。研究内容涵盖了融合教学的模式、方法、课程设计、教学评价等多个方面。例如，有研究提出了“问题驱动式”的科学与工程融合教学模式，以实际问题为导向，引导学生在解决问题的过程中学习科学知识和工程方法。通过设置一系列具有挑战性的问题，激发学生的学习兴趣和探究欲望，让学生在思考和实践中不断深化对知识的理解和应用。然而，目前国内小学科学与工程融合教学在实施过程中仍存在一些问题。部分教师对科学与工程融合的理念理解不够深入，在教学中难以将两者有机结合；教学资源相对匮乏，缺乏适合小学生的科学与工程融合教材和教学设备；教学评价体系不够完善，难以全面准确地评价学生在科学与工程融合学习中的成果和能力提升。二、科学与工程在小学科学教学中的融合理论2.1相关概念界定科学是一个广泛而深刻的领域，它致力于揭示自然规律，探索宇宙万物的本质和运行机制。通过系统的观察、实验、分析和理论构建，科学家们试图理解自然界中的各种现象，从微观的原子、分子世界到宏观的天体运行，从生命的起源和进化到物质的结构和性质。科学知识是人类对自然世界的认识成果，它具有系统性、逻辑性和实证性的特点。例如，物理学中的牛顿力学定律，通过对物体运动的观察和实验总结，揭示了力与运动的基本关系；生物学中的细胞学说，阐述了生物体的基本结构和功能单位，为生命科学的发展奠定了基础。在小学科学教学中，科学知识的传授不仅仅是让学生记住一些科学概念和事实，更重要的是培养学生的科学思维和探究能力。通过引导学生观察自然现象，提出问题，设计实验进行验证，让他们体验科学探究的过程，学会运用科学方法解决问题。比如在学习“声音的产生”时，教师可以引导学生通过敲击鼓面、拨动琴弦等实验，观察物体的振动与声音产生之间的关系，从而让学生理解声音是由物体振动产生的这一科学原理。工程则是运用科学原理和技术手段，将自然资源转化为满足人类需求的产品、系统或服务的创造性活动。工程的核心在于设计和建造，它需要综合考虑多方面的因素，如功能需求、材料选择、成本控制、环境影响等。以桥梁工程为例，工程师在设计桥梁时，需要根据桥梁的用途、跨度、地形等因素，选择合适的结构形式和建筑材料，确保桥梁的安全性和稳定性，同时还要考虑桥梁的美观性和经济性。在小学科学教学中，工程教育旨在培养学生的实践能力和创新精神。通过开展一些简单的工程项目，如制作简易的机器人、搭建桥梁模型、设计环保小装置等，让学生在实践中运用所学的科学知识，锻炼他们的动手能力和解决实际问题的能力。例如在制作简易机器人的项目中，学生需要了解机器人的基本结构和工作原理，运用电子电路、机械传动等方面的知识，选择合适的材料和零部件，设计并组装出能够完成特定任务的机器人。小学科学教学中的科学与工程融合，是指将科学知识的学习与工程实践活动有机结合起来，让学生在学习科学知识的同时，通过参与工程实践，深入理解科学知识的应用价值，提高他们的综合能力。这种融合不是简单地将科学和工程的内容叠加在一起，而是要找到两者之间的内在联系，以问题为导向，引导学生运用科学知识解决工程实践中的问题，在工程实践中深化对科学知识的理解和掌握。例如，在学习“电路”知识后，组织学生开展“设计并制作一个智能台灯”的项目。学生需要运用电路原理，设计台灯的电路连接方式，选择合适的灯泡、开关、电线等材料，同时还要考虑台灯的外观设计、功能实现等工程因素。在这个过程中，学生不仅巩固了电路知识，还提高了他们的设计能力、动手能力和创新能力。2.2融合的理论基础科学与工程在小学科学教学中的融合并非凭空而来，而是有着坚实的理论基础作为支撑。这些理论从不同角度阐述了知识的获取、学习的本质以及课程设计的原则，为科学与工程的融合提供了有力的理论依据和指导方向。综合课程理论认为，知识原本是一个有机的整体，不应被人为地分割成孤立的学科。传统的学科课程虽然在知识的系统性传授方面有一定优势，但容易导致学生知识结构的碎片化，难以培养学生综合运用知识解决实际问题的能力。而综合课程强调打破学科界限，将不同学科的知识和方法进行有机整合，使学生能够从整体上认识世界，理解不同知识之间的内在联系。在小学科学教学中融合科学与工程，正是综合课程理论的具体实践。例如，在“设计并制作一个简易的太阳能热水器”的教学活动中，学生需要运用到物理学中的热传递原理（科学知识），同时还需要考虑热水器的结构设计、材料选择等工程问题。通过这样的融合教学，学生不仅能够掌握科学知识，还能学会运用工程思维和方法解决实际问题，实现知识的融会贯通，提高综合素养。建构主义学习观强调学生的主动参与和知识的建构过程。在建构主义看来，学习不是被动地接受知识，而是学生在已有经验的基础上，通过与环境的互动，主动地构建对知识的理解。学生在学习科学与工程的过程中，并非是简单地记忆科学概念和工程方法，而是通过参与实际的项目和活动，如设计桥梁模型、制作机器人等，在实践中不断探索、尝试、反思和调整，从而构建起对科学知识和工程原理的深刻理解。例如，在制作桥梁模型时，学生需要根据所学的力学知识，设计桥梁的结构，并通过实际搭建和测试，不断改进模型，使其能够承受一定的重量。在这个过程中，学生通过亲身体验和动手操作，将抽象的科学知识转化为实际的能力，实现知识的内化和建构。同时，建构主义强调学习情境的重要性，认为学习应该在真实、具体的情境中进行，这样更有利于学生理解知识的实际应用价值。科学与工程的融合教学为学生提供了丰富的真实情境，使学生能够在解决实际问题的过程中学习和应用知识，激发学生的学习兴趣和主动性。2.3小学科学课程标准中的科学与工程小学科学课程标准是指导小学科学教学的重要依据，它为科学与工程在教学中的融合提供了明确的方向和要求。2017年颁布的《小学科学课程标准》明确将“技术与工程”作为一个独立的领域纳入课程内容，这一举措标志着科学与工程的融合在小学科学教育中得到了官方的重视和推动。从课程性质来看，小学科学课程具有基础性、实践性和综合性。基础性体现在为学生的终身学习和发展奠定基础，让学生掌握基本的科学知识和技能，培养科学思维和方法。实践性则强调学生通过亲身参与科学探究和实践活动来学习科学，这为科学与工程的融合提供了良好的实践平台。例如，在学习“材料的性能”时，学生可以通过实验探究不同材料的特性，然后运用这些知识进行工程设计，如制作一个简易的书架，选择合适的材料以确保书架的稳定性和实用性。这种实践活动不仅让学生加深了对科学知识的理解，还提高了他们的工程实践能力。综合性要求打破学科界限，整合不同学科的知识和方法。科学与工程的融合正是这种综合性的体现，它涉及到科学、数学、技术等多个学科领域的知识运用。以“设计并制作一个太阳能热水器”为例，学生需要运用物理学中的热传递知识（科学领域），计算热水器的集热面积和保温性能（数学领域），选择合适的材料和制作工艺（技术领域），通过这样的项目，实现多学科知识的融合与应用，培养学生的综合素养。在课程目标方面，小学科学课程旨在培养学生的科学素养，包括科学知识、科学探究、科学态度以及科学、技术、社会与环境的关系等方面。在科学知识目标中，要求学生了解技术是人类能力的延伸，技术推动人类社会的发展和文明的进程。这就需要学生在学习科学知识的同时，关注技术与工程的应用，体会科学知识如何转化为实际的技术和工程成果。例如，在学习“简单机械”知识后，引导学生设计并制作一个省力的滑轮装置，通过这个过程，学生不仅掌握了简单机械的原理，还了解了如何将科学知识应用于工程实践，实现技术创新。科学探究目标强调培养学生的问题解决能力和创新思维。科学与工程的融合教学为学生提供了更多的探究机会和问题情境。在工程实践中，学生需要发现问题、提出解决方案，并通过实验和测试来验证方案的可行性。例如，在进行“桥梁设计”项目时，学生需要考虑桥梁的结构、承载能力、材料选择等问题，针对这些问题进行探究和实验，尝试不同的设计方案，不断优化和改进，从而培养他们的问题解决能力和创新思维。科学态度目标注重培养学生的好奇心、求知欲、严谨认真的科学精神以及合作交流的能力。在科学与工程融合的教学活动中，学生通过参与各种实践项目，如小组合作制作机器人，能够充分激发他们的好奇心和求知欲。在项目实施过程中，需要学生严谨认真地对待每一个环节，如机器人的电路连接、程序编写等，培养他们的科学精神。同时，小组合作也锻炼了学生的合作交流能力，大家共同探讨问题、分享想法，提高团队协作水平。科学、技术、社会与环境目标要求学生了解科学技术对社会和环境的影响，培养学生的社会责任感和环保意识。科学与工程的融合教学可以通过一些实际案例，让学生认识到科学技术在改善人们生活的同时，也可能对环境造成影响。例如，在学习“能源的利用”时，引导学生探讨传统能源和新能源的优缺点，以及能源开发和利用对环境的影响，鼓励学生设计一些节能环保的工程方案，如小型风力发电装置或太阳能照明系统，培养他们的环保意识和社会责任感。从课程内容来看，小学科学课程涵盖了物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程四个领域。技术与工程领域的内容包括设计与制作、技术与生活、技术与自然等方面，这些内容与其他科学领域相互关联、相互渗透。在学习“植物的一生”（生命科学领域）时，可以引导学生设计并制作一个植物生长观察装置，运用工程技术手段来创造适合植物生长的环境，如调节光照、温度、湿度等，同时观察植物在不同环境下的生长情况，将生命科学知识与工程技术相结合，加深学生对知识的理解和应用。在物质科学领域，学习“电路”知识后，学生可以进行电路设计和制作的实践活动，如制作一个简易的门铃或灯光控制系统，将科学知识转化为实际的工程应用。在地球与宇宙科学领域，学习“地球的运动”时，学生可以制作地球仪或模拟地球公转和自转的装置，通过工程制作来直观地展示地球的运动规律，增强学生的空间想象力和对科学知识的理解。三、科学与工程融合的教学案例分析3.1“用纸造一座‘桥’”案例3.1.1教学目标与内容“用纸造一座‘桥’”这一教学案例旨在通过实际操作，让学生深入理解结构与力的关系，掌握基本的工程设计方法，培养学生的创新思维和实践能力。在教学内容上，首先引导学生认识不同类型桥的结构特点，如梁桥、拱桥、悬索桥等。通过展示图片、视频等资料，让学生观察各种桥的形状、支撑方式和受力特点，了解桥是如何通过合理的结构设计来承受车辆、行人等荷载的。例如，梁桥主要依靠梁体来承受压力和拉力，拱桥则是利用拱形结构将压力传递到两端的桥墩上，悬索桥通过悬索将桥面的荷载传递到桥塔上。学生需要学习材料的特性和选择方法。了解纸张的物理性能，如强度、柔韧性、抗弯曲能力等，明白不同类型的纸张在造桥过程中的优缺点。通过实验探究，比较不同厚度、材质的纸张在承受重量时的表现，让学生学会根据实际需求选择合适的纸张材料。例如，较厚的卡纸可能具有更强的抗弯曲能力，但柔韧性较差；而较薄的宣纸柔韧性好，但强度相对较低。在此基础上，学生运用所学的结构知识和材料知识，进行桥梁的设计与制作。设计环节要求学生考虑桥的跨度、宽度、承重能力等因素，绘制设计草图，标注尺寸和结构特点，并说明设计思路和原理。在制作过程中，学生需要运用剪、折、粘等手工技能，将纸张材料转化为实际的桥梁模型。例如，学生可以通过折叠纸张增加其厚度，提高抗弯曲能力；采用三角形、梯形等稳定的结构形状来增强桥梁的稳定性。3.1.2教学过程与方法教学过程以问题驱动和项目式学习为主要方法，引导学生主动参与、积极探究。在课程导入环节，教师展示一些现实生活中桥梁的图片和视频，引发学生对桥梁结构和功能的兴趣。然后提出问题：“如果让你用纸造一座桥，你会怎么做？”激发学生的思考和讨论，从而引出本节课的主题。在知识讲解阶段，教师通过多媒体演示、实物展示等方式，向学生介绍桥的结构类型、材料特性以及工程设计的基本流程和方法。例如，利用动画演示不同类型桥在受力时的变形情况，让学生直观地理解结构与力的关系；展示不同材料的样本，让学生通过观察、触摸等方式感受材料的特性。设计阶段，学生以小组为单位进行讨论和设计。每个小组根据给定的材料和任务要求，如桥的跨度、宽度、承重能力等，制定设计方案。在设计过程中，小组成员充分发挥想象力，提出各种创意和想法，并运用所学知识进行分析和论证。例如，有的小组提出采用拱桥结构，因为拱形可以将压力分散，提高桥的承重能力；有的小组则考虑在纸张表面粘贴一些支撑物，增加桥的强度。教师在这个过程中巡视各小组，给予指导和建议，帮助学生解决遇到的问题。制作环节，学生按照设计方案，运用纸张、剪刀、胶水等材料和工具进行桥梁的制作。在制作过程中，学生需要不断调整和优化设计，解决实际操作中出现的问题。例如，在粘贴纸张时，可能会出现接口不牢固的情况，学生需要思考如何改进粘贴方法；在搭建桥梁结构时，可能会发现结构不够稳定，学生需要尝试调整结构形状或增加支撑点。教师鼓励学生发挥创造力，大胆尝试不同的制作方法和技巧。完成制作后，进入展示与测试环节。每个小组展示自己的作品，并介绍设计思路、制作过程和创新点。然后进行承重测试，通过在桥上放置重物，检验桥的承重能力是否达到要求。在测试过程中，其他小组成员可以提出问题和建议，共同探讨如何改进桥梁的设计和制作。例如，有的小组发现自己的桥在承重时出现了局部变形，其他小组可以帮助分析原因，提出改进措施。最后是总结与反思阶段，教师引导学生回顾整个学习过程，总结经验教训。学生分享自己在设计和制作过程中的收获和体会，反思存在的问题和不足之处。教师对学生的表现进行评价，肯定优点，指出不足，并对学生的创新思维和实践能力给予鼓励和表扬。同时，教师还可以引导学生思考如何将所学知识应用到实际生活中，培养学生的知识迁移能力和解决实际问题的能力。3.1.3教学效果与反思通过“用纸造一座‘桥’”的教学活动，学生在多个方面取得了显著的收获。在知识与技能方面，学生深入理解了桥的结构原理和材料特性，掌握了工程设计和制作的基本方法和技能。他们学会了如何运用科学知识解决实际问题，如根据桥的承重要求选择合适的纸张材料，运用结构知识设计出稳定的桥梁结构。在这个过程中，学生的动手能力得到了充分锻炼，他们能够熟练地使用剪刀、胶水等工具进行桥梁的制作。在思维能力方面，学生的创新思维和批判性思维得到了培养。在设计环节，学生们大胆提出各种创意和想法，尝试不同的结构和制作方法，展现出了丰富的想象力和创新精神。在展示与测试环节，学生们能够对自己和他人的作品进行客观评价，分析作品的优点和不足，并提出改进建议，这锻炼了他们的批判性思维能力。在团队合作方面，小组合作的学习方式让学生学会了与他人沟通、协作，提高了团队合作能力。在设计和制作过程中，小组成员分工明确，相互配合，共同完成任务。例如，有的成员负责设计草图，有的成员负责裁剪纸张，有的成员负责粘贴组装，大家在合作中充分发挥各自的优势，提高了工作效率。然而，在教学过程中也发现了一些问题。部分学生在设计时过于依赖教师的指导，缺乏独立思考和创新能力。在今后的教学中，教师应更加注重引导学生自主思考，鼓励学生大胆尝试，培养学生的创新意识。同时，教学资源的限制也对教学效果产生了一定影响，如纸张材料的种类和数量有限，可能无法满足学生多样化的设计需求。在未来的教学中，教师可以提前准备更加丰富的教学资源，为学生提供更多的选择和可能性。此外，在时间安排上，由于学生在制作过程中遇到的问题较多，导致展示与测试环节时间紧张，部分学生未能充分展示自己的作品和想法。在今后的教学中，教师需要更加合理地安排教学时间，确保每个教学环节都能顺利进行。3.2“设计制作小夜灯”案例3.2.1项目概念与目标设定“设计制作小夜灯”这一项目以满足学生日常生活中对夜间照明的实际需求为导向，旨在通过让学生亲身参与小夜灯的设计与制作过程，深入理解电路知识，并将其灵活应用于实际问题的解决中。小夜灯作为一种常见的家居用品，在夜间能够提供柔和的光线，方便人们在黑暗中活动，同时又不会过于刺眼影响休息。对于小学生来说，设计制作小夜灯不仅具有实用性，还能极大地激发他们的学习兴趣和探索欲望。从知识目标来看，学生需要掌握电路的基本组成部分，如电源、导线、开关、用电器等，理解电流的形成和通路原理。在学习过程中，学生要能够识别不同类型的电子元件，了解其功能和特性，如灯泡的发光原理、电阻的作用、电容的特性等。例如，学生需要明白灯泡是通过电流通过灯丝，使灯丝发热发光来实现照明功能的；电阻则可以用来调节电路中的电流大小，保护其他电子元件。学生还需要学会绘制简单的电路图，能够根据电路图进行电路的连接和调试。绘制电路图是将抽象的电路概念转化为直观图形的过程，有助于学生更好地理解电路的结构和工作原理。在连接电路时，学生要掌握正确的连接方法，确保电路的稳定性和安全性。通过实际操作，学生能够更加深入地理解电路知识，提高动手能力和实践能力。从能力目标来讲，该项目着重培养学生的创新思维和实践能力。在设计小夜灯的过程中，学生需要充分发挥想象力，思考如何将科学知识与创意相结合，设计出具有独特功能和外观的小夜灯。例如，有的学生可能会想到在小夜灯中加入光控或声控功能，使其能够根据环境光线或声音的变化自动开关；有的学生则可能会在小夜灯的外观设计上独具匠心，将其设计成动物、植物等有趣的形状。这种创新思维的培养不仅有助于学生在科学领域的学习，还能为他们未来的发展奠定基础。实践能力的提升也是项目的重要目标之一。学生需要运用所学的电路知识，选择合适的材料和工具，将设计方案转化为实际的小夜灯作品。在制作过程中，学生需要学会使用各种工具，如螺丝刀、钳子、电烙铁等，掌握基本的手工制作技能。同时，学生还需要面对实际操作中出现的各种问题，如电路连接错误、元件损坏等，并通过思考和尝试找到解决问题的方法。这一过程锻炼了学生的动手能力和解决问题的能力，使他们在实践中不断成长和进步。3.2.2设计思维与项目实施在“设计制作小夜灯”项目中，设计思维贯穿于整个项目实施过程，它为学生提供了一种系统的解决问题的方法，帮助学生从发现问题到最终实现解决方案。首先是需求分析阶段，学生通过观察日常生活，发现夜间照明存在的问题和需求。例如，有些学生可能觉得传统小夜灯的光线过于单一，不能满足不同场景的需求；有些学生则认为小夜灯的开关操作不够便捷，希望能够实现自动控制。针对这些问题，学生进行深入思考和讨论，明确小夜灯的设计需求，如灯光亮度可调节、具有自动感应功能、外观美观且安全等。在这个过程中，学生学会从用户的角度出发，关注实际需求，培养敏锐的观察力和问题意识。接下来是方案设计阶段，学生根据需求分析的结果，运用所学的科学知识和已有的生活经验，提出各种设计方案。学生们可以通过头脑风暴的方式，集思广益，激发创意。在讨论过程中，学生们各抒己见，有的提出利用光敏电阻实现光控功能，当环境光线变暗时小夜灯自动亮起；有的建议使用声音传感器实现声控功能，通过拍手或说话来控制小夜灯的开关。对于灯光亮度调节，学生们探讨了使用滑动变阻器或PWM（脉冲宽度调制）技术来实现。在外观设计方面，学生们更是发挥了丰富的想象力，有的设计成可爱的卡通形象，有的则采用简约的现代风格。每个方案都有其独特之处，学生们通过对比分析，评估各个方案的优缺点，最终选择出最适合的设计方案。在确定设计方案后，学生开始进行制作。制作过程中，学生需要根据设计方案选择合适的材料和工具。常见的材料包括电路板、电子元件（如灯泡、电阻、电容、传感器等）、外壳材料（如塑料、木材等）、导线等。工具则有螺丝刀、钳子、电烙铁、万用表等。在选择材料时，学生要考虑材料的性能、价格、可用性等因素。例如，选择灯泡时要考虑其亮度、功率、寿命等参数；选择外壳材料时要考虑其安全性、美观性和加工难度。在制作过程中，学生按照电路图将电子元件焊接到电路板上，注意焊接的顺序和质量，确保电路连接正确。同时，学生还要进行外壳的制作和组装，将电路板和其他部件安装到外壳中，完成小夜灯的整体制作。在这个过程中，学生需要具备一定的动手能力和耐心，严格按照操作规程进行操作，避免出现错误和安全事故。3.2.3成果评价与学生反馈在“设计制作小夜灯”项目完成后，对学生的成果进行全面、客观的评价至关重要，这不仅有助于学生了解自己的学习成果和不足之处，还能为教师改进教学提供参考依据。评价从多个维度展开，包括小夜灯的功能实现、设计创意、制作工艺以及学生在项目实施过程中的表现等。从功能实现维度来看，主要考察小夜灯是否达到了预期的照明效果，如灯光亮度是否合适，能否实现亮度调节、自动感应等功能。例如，对于设计了光控功能的小夜灯，要测试其在不同光线环境下的自动开关是否灵敏可靠；对于具有亮度调节功能的小夜灯，要检查其调节范围是否满足实际需求。如果小夜灯在功能实现上存在问题，如灯光闪烁不稳定、自动感应功能失灵等，需要分析原因，判断是电路设计不合理、元件选择不当还是制作过程中的失误导致的。设计创意维度注重评价小夜灯的设计是否具有独特性和创新性。独特的外观设计能够吸引眼球，如将小夜灯设计成动物造型、植物造型或具有艺术感的几何形状等。创新的功能设计则能体现学生的思维能力，如在小夜灯中加入蓝牙连接功能，通过手机APP控制灯光的颜色、亮度和开关，或者增加定时功能，让小夜灯在设定的时间自动开启或关闭。具有新颖创意的小夜灯能够展示学生的创造力和想象力，在评价中应给予充分肯定。制作工艺维度主要评估小夜灯的制作质量，包括电子元件的焊接是否牢固、整齐，电路板的布局是否合理，外壳的组装是否紧密、美观等。焊接质量直接影响小夜灯的稳定性和可靠性，如果焊接不牢固，可能会导致电路接触不良，影响小夜灯的正常工作。电路板布局合理能够方便维修和调试，同时也能提高小夜灯的整体性能。外壳组装紧密、美观不仅能提升小夜灯的外观形象，还能保证其安全性。学生在项目实施过程中的表现也是评价的重要内容，包括团队合作能力、问题解决能力、学习态度等。在团队合作方面，观察学生在小组中的沟通协作情况，是否能够积极参与讨论、分工明确、相互配合，共同完成项目任务。例如，在制作过程中，有的学生负责电路设计，有的学生负责材料采购，有的学生负责焊接组装，大家相互协作，确保项目顺利进行。问题解决能力体现在学生面对制作过程中出现的各种问题时，能否积极思考、主动尝试，运用所学知识和技能找到解决问题的方法。学习态度则反映在学生对项目的投入程度、是否认真对待每一个环节、是否积极寻求改进等方面。除了教师评价，收集学生对项目的反馈与建议也不可或缺。可以通过问卷调查、小组讨论、个别访谈等方式，了解学生在项目实施过程中的感受、收获以及遇到的困难和问题。有些学生表示，通过参与这个项目，他们对电路知识的理解更加深入，动手能力得到了很大提高，同时也体验到了团队合作的重要性。他们认为在项目中遇到的最大困难是电路调试，由于缺乏经验，经常出现电路连接错误，导致小夜灯无法正常工作。针对这一问题，学生建议教师在教学过程中增加电路调试的指导时间，提供更多的实践机会。还有学生提出，希望在项目中能够有更多的材料选择，以满足他们的创意需求。这些反馈和建议为教师优化教学内容和方法提供了宝贵的参考，有助于教师更好地满足学生的学习需求，提高教学质量。3.3“污水处理竞赛”案例3.3.1情境创设与问题驱动在“污水处理竞赛”的教学案例中，教师精心创设了一个贴近现实生活的情境：假设所在的城市面临着严重的水污染问题，河流、湖泊中的水质恶化，影响了居民的生活和生态环境。学生们作为环保小卫士，需要运用所学知识，设计并制作出高效的污水净化器，以解决这一严峻的问题。为了增强情境的真实性和吸引力，教师展示了一系列关于水污染的图片、视频资料，让学生直观地感受到水污染对环境和人类生活造成的危害。如浑浊不堪的河流中漂浮着各种垃圾和死鱼，散发着刺鼻的气味；周边居民因无法获取清洁的水源，生活受到极大影响。这些真实的画面激发了学生内心的责任感和解决问题的欲望，使他们迅速进入到学习状态中。教师提出了一系列具有启发性和挑战性的问题，如“污水中主要含有哪些污染物？”“如何利用科学原理去除这些污染物？”“在设计污水净化器时需要考虑哪些因素？”这些问题引导学生深入思考，促使他们主动去探索相关的科学知识。学生们分组展开讨论，各抒己见，有的小组认为污水中可能含有泥沙、有机物、重金属等污染物；有的小组提出可以利用过滤、沉淀、吸附等方法去除污染物。通过讨论，学生们对污水的成分和处理方法有了初步的认识，为后续的工程实践奠定了基础。3.3.2知识运用与工程实践在“污水处理竞赛”案例中，学生们在教师的引导下，运用所学的科学知识，积极投入到污水净化器的设计与制作中。在知识运用方面，学生们首先深入学习了污水处理的基本原理。他们了解到污水中的污染物可以分为不同类型，针对不同类型的污染物需要采用不同的处理方法。对于不溶性的固体杂质，如泥沙等，可以通过过滤的方法去除。学生们运用滤纸、滤网等材料制作过滤器，利用过滤原理，使污水通过过滤器，将固体杂质留在滤纸上，从而实现固液分离。例如，在制作简易过滤器时，学生们将滤纸折叠成漏斗状，放入漏斗中，然后将漏斗固定在支架上，将污水缓慢倒入漏斗中，观察过滤后的水变得更加清澈。对于溶解性的有机污染物，学生们学习了利用微生物分解的方法。他们了解到某些微生物能够以有机物为食，通过新陈代谢将有机物分解为无害的物质。为了模拟这一过程，学生们在污水中加入适量的活性污泥，活性污泥中含有丰富的微生物。然后，他们将污水放置在适宜的环境中，如保持一定的温度和氧气含量，让微生物充分发挥作用。经过一段时间的培养，学生们检测污水中的有机物含量，发现明显降低。在工程实践环节，学生们根据所学的知识和讨论的结果，开始设计污水净化器的结构。他们充分发挥想象力和创造力，绘制出各种不同的设计草图。有的小组设计了多层过滤结构，先通过粗滤网去除较大的固体颗粒，再通过细滤网进一步过滤细小的杂质，最后通过活性炭吸附去除异味和残留的有机物。在设计过程中，学生们考虑到了水流速度、过滤面积、材料成本等因素，力求使污水净化器达到最佳的处理效果。确定设计方案后，学生们选择合适的材料和工具进行制作。他们利用塑料瓶、吸管、纱布、活性炭等常见材料，制作出污水净化器的原型。在制作过程中，学生们遇到了各种问题，如材料的连接不牢固、过滤器的密封性不好等。但他们并没有气馁，而是积极思考解决办法。例如，对于材料连接不牢固的问题，他们尝试使用胶水、胶带等进行固定；对于过滤器密封性不好的问题，他们调整纱布的铺设方式，确保过滤器能够紧密贴合。通过不断地尝试和改进，学生们成功制作出了污水净化器。3.3.3实践意义与教育价值“污水处理竞赛”案例具有重要的实践意义和教育价值，对学生的环保意识和综合能力培养产生了积极而深远的影响。在环保意识培养方面，通过参与这一案例，学生们深刻认识到水污染问题的严重性和紧迫性。他们亲眼目睹了水污染对环境和人类生活造成的危害，了解到污水处理对于保护水资源、维护生态平衡的重要性。这种亲身经历和深刻认识激发了学生的环保责任感，使他们从内心深处树立起保护环境的意识。在日常生活中，学生们更加注重节约用水，减少污水排放，积极宣传环保知识，成为环保理念的传播者和践行者。从综合能力培养角度来看，该案例对学生的多方面能力提升起到了显著的促进作用。学生们在设计和制作污水净化器的过程中，需要运用所学的科学知识，如物理、化学、生物等学科知识，解决实际问题。这锻炼了他们的知识运用能力和问题解决能力，使他们学会将理论知识与实践相结合。在设计污水净化器时，学生们需要考虑到各种因素，如结构设计、材料选择、成本控制等，这培养了他们的工程思维能力和创新能力。学生们在制作过程中遇到问题时，能够积极思考、尝试不同的方法解决问题，展现出了创新精神和勇于探索的品质。团队合作能力在这一案例中也得到了充分的锻炼。学生们以小组为单位进行竞赛，小组成员之间需要密切配合、分工协作。有的成员负责设计，有的成员负责材料采购，有的成员负责制作，有的成员负责测试。在合作过程中，学生们学会了倾听他人的意见和建议，发挥各自的优势，共同完成任务。这不仅提高了团队的工作效率，还培养了学生的团队合作精神和沟通能力。此外，该案例还培养了学生的批判性思维和反思能力。在展示和交流环节，学生们对自己和他人的作品进行评价，分析优点和不足。他们能够从不同角度思考问题，提出改进建议，这有助于培养批判性思维。同时，在反思自己的设计和制作过程中，学生们总结经验教训，认识到自己的不足之处，为今后的学习和实践提供了参考。四、融合教学的策略与方法4.1整合教材资源在小学科学教学中，实现科学与工程的融合，挖掘教材中科学与工程的融合点至关重要。教师需要深入钻研教材，敏锐地捕捉那些隐藏在科学知识背后的工程元素，将其巧妙地揭示出来，为学生呈现出一个更加完整、立体的知识体系。以苏教版小学科学教材为例，在“电路”单元中，教材不仅介绍了电流、电压、电阻等科学概念，还安排了让学生连接简单电路的实验活动。教师在教学过程中，可以进一步挖掘这一内容，引导学生思考如何运用这些电路知识设计一个具有特定功能的电路，如制作一个简易的防盗报警装置。在这个装置中，当有物体触碰电路时，电路连通，发出警报声。这一过程中，学生需要运用电路知识解决实际问题，实现科学与工程的融合。又如在“植物的一生”单元，教材讲述了植物的生长过程和生命周期等科学知识。教师可以引导学生从工程的角度思考，如何为植物创造一个适宜的生长环境，如设计一个自动浇水的花盆。学生需要考虑花盆的结构设计、储水装置的选择、浇水的时间和水量控制等工程因素，将植物生长的科学知识应用到实际的工程设计中。在挖掘融合点的基础上，教师还需要对教学内容进行重组，以更好地促进科学与工程的融合。根据学生的认知规律和教学目标，打破教材原有章节的限制，将相关的科学知识和工程实践内容进行有机整合。可以以一个主题项目为核心，将不同学科领域、不同章节的知识围绕这个项目展开。例如，以“环保小卫士”为主题项目，整合科学教材中“物质的变化”“能源的利用”等章节知识，以及工程领域的设计与制作方法。在这个项目中，学生首先学习物质的变化原理，了解垃圾的分类和处理方法，然后运用这些知识设计并制作一个垃圾分类装置。学生需要考虑装置的功能需求，如能够自动识别不同类型的垃圾、方便投放和清理等，同时还要选择合适的材料和制作工艺，确保装置的实用性和耐用性。通过这样的项目式学习，学生不仅能够掌握科学知识，还能在工程实践中提高解决实际问题的能力。在教学内容的选择上，教师应注重与实际生活的紧密联系，选取具有现实意义和趣味性的内容。以“设计制作太阳能热水器”为例，这一内容既涉及到热传递、能量转换等科学知识，又需要运用工程设计的方法进行热水器的结构设计和材料选择。通过这样的教学内容，学生能够深刻体会到科学与工程在生活中的实际应用，增强学习的积极性和主动性。同时，教师还可以引入一些前沿的科学技术和工程案例，拓宽学生的视野，激发学生的创新思维。例如，介绍3D打印技术在工程制造中的应用，让学生了解这一新兴技术的原理和优势，鼓励学生尝试运用3D打印技术设计和制作一些简单的物品。4.2小组合作学习小组合作学习是科学与工程融合教学中一种行之有效的教学组织形式，它能够充分发挥学生的主体作用，培养学生的合作与交流能力，提高教学效果。在实施小组合作学习时，合理分组是关键的第一步。教师应充分考虑学生的多种因素，确保分组的科学性和合理性。根据学生的性格特点进行分组是一个重要的考量因素。性格开朗、善于表达的学生与性格内向、较为沉稳的学生相互搭配，能够形成优势互补。在小组讨论中，性格开朗的学生可以积极发表自己的观点，带动讨论的氛围；而性格内向的学生则可以从不同的角度思考问题，提出一些独到的见解。例如，在“设计制作小夜灯”的项目中，性格开朗的学生可以负责与小组成员沟通设计思路，协调分工；性格内向的学生则可以专注于电路设计和元件选择的细节工作，为项目的顺利进行提供技术支持。学习能力也是分组时需要重点关注的方面。将学习能力较强和较弱的学生分在同一小组，能够实现互帮互助、共同进步。学习能力强的学生可以在知识理解和应用方面给予学习能力较弱的学生指导和帮助，激发他们的学习兴趣和动力；学习能力较弱的学生则可以在实践操作等方面发挥自己的优势，为小组贡献自己的力量。在“用纸造一座‘桥’”的教学活动中，学习能力强的学生可以帮助学习能力较弱的学生理解桥的结构原理，指导他们进行设计；而学习能力较弱的学生可能在手工制作方面更有耐心和技巧，能够将桥梁模型制作得更加精致。兴趣爱好的相似性也有助于提高小组合作的效率。具有相同兴趣爱好的学生在小组合作中更容易产生共鸣，积极参与讨论和实践活动。在“污水处理竞赛”案例中，对环保感兴趣的学生组成一组，他们会更加主动地收集资料，深入研究污水处理的方法，发挥各自的特长，为设计出高效的污水净化器而努力。在合理分组的基础上，明确小组成员的分工至关重要。每个小组应根据项目任务的特点和成员的优势，合理分配角色和任务。一般来说，小组中可以设置组长、记录员、汇报员、操作员等角色。组长负责组织协调小组的各项活动，确保小组工作的顺利进行。在“设计制作小夜灯”项目中，组长要制定项目计划，安排每个成员的工作任务，定期组织小组讨论，解决项目实施过程中出现的问题。记录员负责记录小组讨论的过程和结果，以及项目实施过程中的重要数据和信息。在“用纸造一座‘桥’”的活动中，记录员要详细记录小组在设计过程中的各种创意和想法，以及在测试过程中桥梁的承重数据等，为后续的总结和反思提供依据。汇报员负责向全班展示小组的成果和汇报项目实施的过程。汇报员需要具备良好的表达能力和沟通能力，能够清晰、准确地传达小组的工作内容和成果。在“污水处理竞赛”的展示环节，汇报员要向其他小组介绍本小组设计的污水净化器的原理、结构和处理效果，回答其他小组提出的问题。操作员则主要负责项目的实际操作，如在制作小夜灯时进行电路连接、元件焊接等工作；在建造桥梁模型时进行材料的裁剪、组装等操作。操作员需要具备较强的动手能力和实践经验，能够按照设计方案准确地完成各项操作任务。为了确保每个成员都能明确自己的职责，教师可以在小组合作开始前，组织学生进行讨论，共同确定每个角色的具体职责和任务。教师还可以提供一份详细的分工表，让学生了解自己在小组中的角色和工作内容。同时，教师要鼓励学生在项目实施过程中，根据实际情况灵活调整分工，充分发挥每个成员的优势。在小组合作学习过程中，教师要注重培养学生的合作与交流能力。引导学生学会倾听他人的意见和建议是非常重要的。在小组讨论时，教师可以要求学生认真倾听其他成员的发言，不随意打断他人，然后再发表自己的看法。例如，在“设计制作小夜灯”的讨论环节，教师可以引导学生思考：“这位同学的设计思路有哪些优点？我们可以从中得到什么启发？”通过这样的引导，让学生学会尊重他人的想法，发现他人的优点，从而更好地进行合作。鼓励学生积极表达自己的观点也是培养合作与交流能力的关键。教师要营造一个宽松、民主的氛围，让学生敢于发表自己的见解。对于一些性格内向、不敢发言的学生，教师要给予更多的鼓励和引导，帮助他们树立自信心。比如，在“用纸造一座‘桥’”的设计讨论中，教师可以提问一些内向的学生：“你对这个设计有什么不同的看法？我们很想听听你的想法。”通过这样的方式，激发学生表达自己观点的积极性。当小组成员之间出现意见分歧时，教师要引导学生学会协商和妥协，寻求最佳的解决方案。在“污水处理竞赛”中，对于污水净化器的设计方案，小组成员可能会有不同的意见。教师可以引导学生从科学原理、实际效果、成本等多个角度进行分析和比较，让学生在讨论中达成共识。例如，教师可以说：“大家的想法都有一定的道理，我们来分析一下，哪种方案在处理效果、成本和可行性方面更有优势。”通过这样的引导，培养学生的协商能力和团队合作精神。4.3运用现代教育技术现代教育技术的飞速发展为小学科学与工程融合教学带来了新的机遇和活力。借助电子书包、3D打印等先进技术，能够为学生创造更加丰富、生动、高效的学习环境，显著提升教学效果。电子书包作为一种新型的数字化学习工具，具有资源丰富、便捷携带、互动性强等优势，在小学科学教学中发挥着重要作用。教师可以充分利用电子书包的资源库，为学生提供大量与科学和工程相关的学习资料，如科普视频、虚拟实验、电子图书等。在学习“地球的公转与自转”这一内容时，教师可以通过电子书包向学生推送相关的科普视频，让学生直观地看到地球在宇宙中的运动轨迹和姿态，帮助学生更好地理解这一抽象的科学概念。电子书包还可以提供虚拟实验平台，让学生在虚拟环境中进行科学实验和工程设计。例如，在学习“电路”知识时，学生可以利用电子书包中的虚拟电路实验软件，模拟连接各种电路，观察电路中电流的流动和灯泡的亮灭情况，还可以尝试改变电路元件的参数，探索电路的变化规律。这种虚拟实验不仅可以避免实际操作中的安全风险，还可以让学生更加自由地进行实验探究，激发学生的学习兴趣和创新思维。3D打印技术以其独特的逐层打印方式，能够实现复杂结构的快速成型，为小学科学教学带来了全新的体验。在科学教学中，教师可以利用3D打印技术制作各种模型，帮助学生更好地理解科学概念。在讲解地球内部结构时，教师可以利用3D打印技术制作出地球内部结构的模型，清晰地展示地壳、地幔和地核的层次和结构，让学生直观地感受到地球内部的奥秘。在学习“植物的结构”时，3D打印的植物模型可以让学生从不同角度观察植物的根、茎、叶、花等器官的形态和结构，加深对植物知识的理解。3D打印技术还可以让学生参与到教具的制作过程中，增强学习的趣味性和互动性，激发学生的学习兴趣。在“设计制作小夜灯”项目中，学生可以利用3D打印技术制作小夜灯的外壳，根据自己的创意设计出独特的形状和外观。学生可以先在计算机上绘制小夜灯外壳的三维模型，然后通过3D打印机将模型打印出来。这种亲身参与制作的过程，不仅能够锻炼学生的动手能力和实践能力，还能培养学生的创新精神和设计能力。在“用纸造一座‘桥’”的教学活动中，学生可以使用3D打印技术打印出桥梁的关键结构部件，如桥墩、桥拱等，然后再与其他材料组合搭建桥梁模型。通过3D打印技术制作的部件精度高、质量好，能够提高桥梁模型的稳定性和承重能力，同时也让学生感受到现代科技在工程实践中的应用魅力。4.4创设真实情境创设贴近生活的真实情境是科学与工程融合教学中的关键环节，它能为学生提供一个将理论知识与实际应用紧密结合的平台，激发学生的学习兴趣和探究欲望，使学生在解决实际问题的过程中更好地理解和掌握科学与工程知识。在小学科学教学中，教师可以从日常生活、社会热点问题以及自然现象等多个角度入手，创设真实情境。以“电路”知识教学为例，教师可以创设这样一个生活情境：假设学生家中的某个房间突然停电了，需要学生运用所学的电路知识来排查故障原因。学生们首先要思考电路的基本组成部分，如电源、导线、开关、用电器等，然后逐一检查各个部分是否正常工作。在这个过程中，学生需要判断是保险丝熔断、电线短路还是电器损坏等问题，并尝试找出解决问题的方法。这种贴近生活的情境让学生深刻体会到电路知识在日常生活中的重要性，激发他们主动运用科学知识解决问题的积极性。社会热点问题也是创设真实情境的重要素材。在学习“能源与环境”相关知识时，教师可以引入当前全球关注的能源危机和环境污染问题，如石油资源的日益枯竭、大气污染的加剧等。教师可以提出问题：“面对这些问题，我们如何利用科学与工程知识开发新能源，减少环境污染？”引导学生思考太阳能、风能、水能等新能源的开发和利用方式，以及如何设计环保的能源利用系统。学生们可以分组讨论，提出各种创意和方案，如设计一个小型太阳能发电站，或者开发一种高效的污水处理装置。通过这样的情境创设，学生不仅能够学习到科学知识，还能培养社会责任感和环保意识，关注社会热点问题，为解决实际问题贡献自己的智慧。自然现象同样可以为创设真实情境提供丰富的资源。在学习“天气与气候”知识时，教师可以结合当地的天气变化情况，创设情境。比如，最近当地经常出现暴雨天气，导致城市内涝严重。教师可以引导学生思考：“为什么会出现这样的天气现象？如何运用科学知识预测天气变化？在工程方面，我们可以采取哪些措施来减少城市内涝的影响？”学生们通过查阅资料、观察天气数据等方式，了解暴雨形成的原因和机制，学习天气预报的方法。在工程实践方面，学生们可以设计城市排水系统的改进方案，如增加排水管道的直径、建设雨水收集设施等。通过这样的情境教学，学生能够将科学知识与自然现象紧密联系起来，提高解决实际问题的能力。为了使学生更好地融入创设的真实情境，教师可以组织学生开展实地考察、调研等活动。在学习“植物的生长”知识时，教师可以带领学生到校园花园或附近的农田进行实地观察，让学生亲身体验植物的生长环境和生长过程。学生们可以观察不同植物的形态、结构，了解它们的生长需求，如阳光、水分、土壤等。在实地考察过程中，教师可以引导学生思考如何运用工程技术手段改善植物的生长环境，如设计自动灌溉系统、搭建温室大棚等。通过实地考察和调研，学生能够更加直观地感受科学与工程在实际生活中的应用，增强学习的实效性。教师还可以利用多媒体资源，如图片、视频、动画等，为学生呈现更加生动、形象的真实情境。在学习“宇宙探索”知识时，教师可以播放一些关于宇宙星空、卫星发射、太空探索的视频资料，让学生仿佛置身于浩瀚的宇宙之中。通过观看这些视频，学生能够更加直观地了解宇宙的奥秘和科学技术在宇宙探索中的应用，激发他们对科学的好奇心和探索欲望。五、融合教学的实施困境与突破5.1实施困境分析在小学科学教学中，实现科学与工程的融合面临着诸多挑战，这些挑战在教师工程素养、教学资源以及评价体系等方面均有体现。教师作为教学活动的组织者和引导者，其工程素养的高低直接影响着科学与工程融合教学的质量。然而，当前许多小学科学教师在工程素养方面存在明显不足。在知识储备上，小学科学教师大多接受的是传统的师范教育，其专业背景主要集中在科学教育或相关理科领域，对工程知识的系统学习相对较少。这导致他们在面对工程相关内容时，往往缺乏深入的理解和把握。在讲解“桥梁设计”时，教师可能对桥梁的结构力学原理、材料选择的工程标准等知识掌握不够扎实，无法为学生提供全面、准确的指导。在教学能力方面，部分教师缺乏将工程知识与科学教学有机结合的能力。他们习惯于传统的科学教学模式，注重知识的传授，而忽视了工程实践活动的设计和组织。在教学过程中，难以引导学生运用科学知识解决工程问题，无法有效地培养学生的工程思维和实践能力。有些教师在组织“制作小夜灯”的教学活动时，仅仅简单地介绍一下制作步骤，而没有引导学生思考电路设计的原理、如何优化小夜灯的性能等工程问题，使得学生的学习停留在表面，无法真正实现科学与工程的融合。教学资源的缺乏也是制约科学与工程融合教学的重要因素。在教材资源方面，虽然近年来一些教材开始注重科学与工程的融合，但整体上仍存在不足。部分教材中工程内容的呈现方式较为单一，缺乏生动性和趣味性，难以激发学生的学习兴趣。教材中关于工程实践活动的设计不够丰富，且与实际生活联系不够紧密，导致学生在学习过程中难以将所学知识应用到实际情境中。在学习“简单机械”时，教材可能只是简单地介绍了几种简单机械的原理和应用，而没有设计相关的工程实践活动，让学生亲身体验简单机械在实际生活中的作用。实验设备和材料的不足也给教学带来了很大困难。科学与工程融合教学需要大量的实验设备和材料来支持学生的实践活动。然而，许多学校的实验室设备陈旧、老化，无法满足教学需求。一些学校缺乏先进的电子设备、3D打印机等现代化教学工具，限制了学生对新兴工程技术的学习和探索。在“设计制作小夜灯”的教学中，如果学校没有足够的电子元件和实验工具，学生就无法进行电路连接和调试等实践操作，影响教学效果。实验材料的种类和数量也往往有限，学生在进行工程实践时，可能无法选择到合适的材料，从而限制了他们的创意和设计。评价体系不完善同样对科学与工程融合教学产生了负面影响。当前，小学科学教学评价仍然以传统的纸笔测试为主，主要考查学生对科学知识的记忆和理解，而对学生在工程实践中的表现、能力提升以及情感态度等方面的评价相对较少。这种评价方式无法全面、准确地反映学生在科学与工程融合学习中的成果和进步。在“用纸造一座‘桥’”的教学活动中，传统评价方式可能只关注学生对桥梁结构知识的掌握情况，而忽视了学生在设计、制作过程中所展现出的创新思维、团队合作能力以及解决问题的能力。评价标准不够明确和科学，也是一个突出问题。对于学生在工程实践中的作品和表现，缺乏具体、量化的评价指标，导致评价结果主观性较强。在评价学生制作的污水净化器时，可能没有明确的标准来衡量其净化效果、设计合理性等方面，使得评价结果不够客观、公正。这不仅无法为学生提供有效的反馈和指导，也难以激发学生参与科学与工程融合学习的积极性。5.2突破策略探讨针对小学科学教学中科学与工程融合所面临的实施困境，需要采取一系列切实可行的突破策略，以推动融合教学的顺利开展，提升教学质量。提升教师的工程素养是关键。学校应加强对小学科学教师的专业培训，定期组织教师参加工程知识与技能的培训课程。这些课程可以涵盖工程设计原理、材料科学、机械结构等方面的内容，邀请专业的工程师或高校相关领域的教师进行授课，使教师系统地学习工程知识。学校可以组织教师参加为期一周的工程素养提升培训，课程内容包括工程制图、3D打印技术应用、简单机械设计等，通过理论学习和实践操作相结合的方式，让教师深入了解工程领域的知识和技能。学校还可以鼓励教师参与工程相关的学术研讨会和交流活动，拓宽教师的视野，了解工程领域的最新发展动态和研究成果，促进教师之间的经验分享和交流。教师自身也应积极提升工程素养，利用业余时间自主学习工程知识，阅读相关的专业书籍和文献，关注工程领域的前沿技术和应用案例。教师可以加入一些科学与工程教育的专业社群，在社群中与其他教师和专业人士交流学习心得，共同探讨教学中遇到的问题和解决方案。在“设计制作小夜灯”的教学准备过程中，教师可以通过阅读相关的电子电路书籍和在网络上搜索资料，深入了解电路设计的原理和方法，为教学提供更丰富的知识储备。拓宽教学资源渠道对于科学与工程融合教学至关重要。学校应加大对科学与工程教学资源的投入，购置先进的实验设备和丰富的实验材料。配备专业的电子实验套件，包括各种电子元件、电路板、面包板等，满足学生在电路实验中的需求；购置3D打印机、激光切割机等先进的制造设备，为学生提供创新实践的工具。学校还可以建立科学与工程教学资源库，整合各类教学资源，如教材、课件、实验视频、教学案例等，方便教师和学生查阅和使用。资源库可以按照教学内容和年级进行分类，教师可以根据教学需要快速找到相关的教学资源，提高教学效率。除了学校自身的投入，还可以积极寻求社会资源的支持。与企业、科研机构合作，建立校外实践基地，为学生提供更多接触实际工程的机会。学校可以与当地的电子企业合作，建立电子技术实践基地，定期组织学生参观企业的生产车间，了解电子产品的生产流程和技术应用；邀请企业的工程师到学校开展讲座和指导学生实践活动，让学生了解实际工程中的问题和解决方法。学校还可以利用网络资源，开发在线教学平台，提供丰富的网络课程和虚拟实验，拓宽学生的学习渠道。通过在线教学平台，学生可以随时随地学习科学与工程知识，进行虚拟实验操作，提高学习的自主性和灵活性。完善评价体系是科学与工程融合教学的重要保障。建立多元化的评价方式，综合运用过程性评价、表现性评价和终结性评价。在“用纸造一座‘桥’”的教学活动中，过程性评价可以关注学生在设计和制作过程中的参与度、团队合作能力、问题解决能力等，通过观察学生的表现、记录小组讨论情况等方式进行评价；表现性评价可以通过学生展示自己制作的桥梁模型，评价其结构合理性、创新性、美观性等方面；终结性评价则可以通过考试或作业的方式，考查学生对桥梁结构知识和工程设计方法的掌