在科学教学中融入技术与工程教育，提升学生科学综合素养

正文：

科学教育的核心目标是培养学生的科学素养，而技术与工程教育的融入能够有效拓展学生的实践能力与创新思维。当前，跨学科融合已成为科学教学的重要趋势，尤其在小学阶段，通过项目式学习（PBL）和情境化教学，可以引导学生从“知识接受者”转变为“问题解决者”。本文结合教学实践，探讨如何在小学科学课堂中融入技术与工程教育，以提升学生的科学综合素养，并为其未来的科技创新奠定基础。

一、情境导入，以真实工程案例激发探究动机

情境教学法是激发学生兴趣的有效手段。在小学科学课堂教学的导入环节融入技术与工程教育的情境化教学，不仅能激发学生探究科学的兴趣，更能激发学生科技创新的欲望。如教学六年级下册第一单元《小小设计师》时，教师在导入环节播放 2025 年央视春节联欢晚会的机器人表演节目《秧 BOT》，舞台上机器人与舞蹈演员配合默契，完成了红手绢抛接、关节柔性扭动等高难度动作，这些机器人充分展示了我国人工智能技术的快速发展，体现了创新科技与艺术的完美结合。这时，教师引导学生分析其机械结构，如关节柔性控制、红手绢抛接算法等，让学生理解“设计—功能”的关联性。此刻学生探究欲望强烈，教师立即安排学生探究《小小设计师》中回形针的结构和功能，并动手用铁丝模仿制作功能性回形针。学生通过反复尝试并成功制作出回形针后，教师进一步安排学生发掘和模仿制作在日常生活中蕴含着巧妙设计的物品，如拉链、水果切块工具等。经过一系列的模仿设计，学生在迭代改进中理解了“设计—测试—优化”的工程思维，有效激发了学生主动探究的兴趣，收到事半功倍的效果。利用跨学科融合，在情景导入环节恰到好处地融入技术与工程教育，有效诱导了学生在工程设计方面的探究欲望，从此在学生脑海深处播下科技创新的种子。

二、实验探究，基于工程挑战的深度学习

实验是科学教学的核心环节，在小学科学教学的实验过程中融入技术与工程教育，不仅能增加学生动手、动脑的机会，还能提高学生自主分析问题、解决问题的能力，有利于培养学生的创新思维。实验前，想方设法让学生把科学与工程技术联系在一起，使学生从工程项目中突破常规思维，用创新思维去开展实验探究，从模仿制作走向创新设计，从而树立科技创新的信心和方向。例如在教学五年级下册第一单元《身边的桥梁》时，教师安排学生小组合作实验，用纸作桥面去搭建一座满足一定承重力的纸桥，要求在桥的跨度、材料、重量等条件相同的情况下探究影响桥梁承重力的因素，理解桥梁结构与功能的关系。学生经过反复的实验和迭代改进，完成了一座具有一定承重能力的纸桥，并掌握了桥梁的承重能力跟形状和结构等因素有关系。为深化理解，在学生掌握影向承重力的因素后，教师立即引导学生开展平直梁桥、拱桥、悬索桥、框架桥的探究，然后让学生结合不同桥梁的特点，小组合作设计一座适合特定环境的现代化桥梁模型。在学生动手设计前，教师把港珠澳大桥这项伟大工程的设计理念融入课堂中，通过播放这座目前世界上最长跨海大桥的建造视频，让学生了解了一座长达 55 千米的大桥建造技术和创新理念。港珠澳大桥采用“桥—岛—隧”结合的理念，能抵抗 16 级的台风和 8 级的地震，大桥两端各设有一座人工岛，海底隧道部分采用沉管结构，由 33 节巨型沉管和 1个最终接头组成，全长约 6.7 公里，是全球最长的公路沉管隧道。“桥—岛—隧”结合的港珠澳大桥是世界级的工程奇迹，大桥不仅满足了功能性需求，还兼顾了环保、安全和美学等多方面的要求，充分体现出港珠澳大桥的工程复杂性和设计创新性。通过在课堂中融入大桥的设计理念和技术数据，让学生如同身临其境，触发了学生的想象力，使学生在桥梁模型设计上深受启发。这时，教师立即安排学生开展小组合作，用木条、木板、胶水、泡沫、导管等工具设计一座现代化的桥梁模型，在港珠澳大桥技术理念的启发下，学生经过模仿、创新，反复实验改进，最终创作出适用不同环境的桥梁模型，如有的设计出跨公园湖面的拱桥和梁桥组合模型，有的设计出在两座大山之间的悬索桥模型，有的设计出横跨江面的斜拉桥模型，也有的模仿港珠澳大桥设计出“桥—岛—桥”和 “岛—桥—隧—桥—岛”等的桥梁模型。从学生设计的桥梁模型可以看出，在实验探究环节融入工程技术教育，有效启发了学生的设计理念，提升了学生动脑解决问题的能力，培养了学生的工程思维。

三、课外延伸，以项目式学习培养工程设计能力

工程技术的核心在于设计环节，想要全方位培养学生的工程技术能力，就必须想方设法培养学生的设计能力，为学生未来投身工程领域筑牢根基。目前，在小学科学课堂上用于实验的资源和创新设计的时间都有一定的局限性，制约了学生科技创新的设计能力，要想有效解决这个问题，教师可通过安排课外的项目式学习任务，让学生在课外通过网络、书籍、家长和社会等渠道获取丰富的实验资源，并提供更合理的课外合作空间，保障学生团队有充足的时间和资源开展实验设计，培养学生的工程设计能力。如在教学了六年级下册第二单元《能量及其转换》的知识后，教师安排了一个课后项目式任务，要求学生课后利用太阳能电池板、小型电机、玩具车底盘、导线等材料自主设计一辆太阳能小车。学生利用课外时间先进行小组探究，再通过网络查阅相关资料，然后将太阳能电池板连接到电机上，再将电机固定在玩具车底盘上，用导线连接好后把小车放置在阳光下反复调试，最终电机运转驱动小车运动，这个课外项目式任务让学生亲身体验到光能→电能→动能的能量转换过程，培养了学生动手实践和合作设计的能力。在学生完成了能量转换的初级设计任务后，教师安排了一个进阶任务，让学生利用超声波传感器模块、直流减速电机 2 个、万向轮 1 个、玩具车底盘、电池盒、开关、硬纸板、冰棍棒、双面胶、橡皮筋、导线等材料设计一辆智能避障小车。经过初阶设计，学生已掌握了一定的制作经验，学生先合作完成小车电机安装，再把超声波传感器模块装上小车并开展测试，小车通过超声波传感器发射电波并接收遇到障碍物反射回来的信号，自动计算时间和判断距离，当传感器发现近距离有障碍物立即触发电机带动万向轮调整方向，达到躲避障碍物的效果。学生经过反复的调试和改进成功设计出智能避障小车，任务的成功使学生在实践中体验到人工智能的魅力，初步理解智能技术让机器“智能化”的基本原理，激发了学生对人工智能的学习兴趣，增强了学生对工程设计的信心。在课外延伸环节安排项目式设计任务，有效培养了学生的工程设计能力，提升了学生的科学综合素养。

“科技兴则民族兴，科技强则国家强”，作为小学科学的教育工作者，我们要高举这面科技强国的伟大“旗帜”，通过跨学科融合的手段，把技术与工程教育有效融合到小学科学教学中，从小培养学生的工程思维和创新设计能力，全面提升学生的科学素养，为培养未来的科技人才打下坚实的基础。