如何“基于项目学习”设计小学科学“技术与工程领域的案例研究

一、研究意义

2022 版新课标中第十三个核心概念：工程设计与物化指出工程活动的本质是创造人工实体，设计与物化是其中的重要环节。工程首先要定义和界定问题，明确需要满足的标准和受到的限制条件，形成多种可能的解决方案，基于证据进行优化并确定方案；物化是选择合适的工具和材料，实施设计方案，做出初步的产品或实物模型。经过对结果的评估，发现存在的问题并进行改进，对与比较复杂的产品或实物模型，可能需要多次迭代改进。

而“基于项目的学习”就是从真实世界中的基本问题出发，通过组织学习小组、扮演特定的社会角色、并借助多种资源开展探究活动；强调运用学科的基本概念和原理；在一定时间内解决一系列相互关联着的问题；将结果以作品或产品的形式（物化）表现出来。这些内容的学习有助于学生形成物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化等跨学科概念；通过体验和实践操作，学生可以在理解学科概念的同时，更好的领会和理解跨学科概念的内涵。

让实践任务贯穿于学习过程的始终，有效地激发学生学习的内在动力。实践项目与真实情境紧密联系，通过项目的设计、制作等全过程，使学生获得成功的体验，培养理论与实践的综合应用能力，真正做到全面提高学生的技术素养。在实施过程中，鼓励学生使用课本以外的资源；学生之间开展协作学习、讨论交流，从而使学生进入一个更良好的学习情境氛围。这与第十三个核心概念的形成完全契合。因此选定适合不同年龄阶段学生的“具体项目"也就是案例设计就显得尤为重要了。

二、研究目标

学生通过实践适合的项目能够提出满足一定限制条件的简单设计问题和多种设计方案；能够用多种方式说明设计思路，选择适当的方案；能够完成实物模型制作，发现实物模型的不足并进行改进；在实践中有技术与工程方面的操作兴趣，愿意动手尝试。

三、研究结果

中年级学生使用的《制作简易净水器》案例在实施中进一步得到完善。第一课时创设情境明确需求，以科学技术原理为基础确定方案。包括对净化原理的认识、制作材料的分析及它们之间的关系。在此基础上展开第二课时—设计。包括合理绘制草图并能说明理由，小组间通过对比能互相提出修改建议等。基于设计图第三课时展开制作并完成测试。第四课时基于测试结果进行评测及进一步优化。经过几次研讨、试讲后优化后的实施流程。在实践过程中，探索的基于项目式学习的教学模式是这样的：（图一、图二）

围绕产品或模型的制作展开教学，首先通过创设真实的情景提出并描述简单的工程制作问题，根据问题分析原因，找出科学原理，也就是明确需求制定目标，第二个环节就是工程的关键是设计。在这个环节中学能分析材料，并绘制简单的草图，说出自己的思路。第三个环节就是设计方案物化，包括制作、测试及评价优化过程，在课时安排上，一般按照第一课时定义和界定问题，第二课时设计即绘制草图，第三课时制作与测试，第四课时评价优化来进行。

模型制作强调规范和流程，基于项目的研究是围绕真实情境开展学习的学习方式，要通过技术与工程的方法设计制作装置或模型，利用装置或模型进行深入研究，发展学生的实践能力和创造能力。然而工程技术类的课程，不同的项目体现的重点不同也就是凸显的目标不同。如制作小车应更多关注小车的动力选择，（材料选择、成本权衡）设计是否有创意、新颖，新车发布会如何介绍你的小车（评价）。如制作保温箱时，教师应更多的关注指导学生如何处理材料达到我们的要求上，也就是设计（细节）环节至关重要，学生才能顺利制作。制作净水器要制作符合要求的净水器，关键是学生要理解净水原理，知道材料的孔隙与去除杂质的颗粒大小相匹配，活性炭的作用等，知道了这些制作起来就容易多了。

这类课程的实施，首先是教师要在选择项目时，明确找准要达成的目标，设计的活动围绕目标达成进行。进行教学设计时找到学生的薄弱点，也可以说是产品制作的关键点，教师的的作用就是在学生薄弱点和制作关键点之间搭设脚手架，让学生顺利完成产品的制作。

四、反思

1.通过研究我们发现在工程技术领域进行基于项目是学习的开展没有一个具体环节比例的模式。不同的项目体现的重点不同也就是凸显的目标不同。如制作小车我们应更多关注小车的动力选择，（材料选择、成本权衡）设计是否有创意、新颖，新车发布会如何介绍你的小车（评价）。制作净水器要制作符合要求的净水器，关键是学生要理解净水原理，知道材料的孔隙与去除杂质的颗粒大小相匹配，活性炭的作用等。

2.此类课程的实施，首先是教师要在选择项目时，明确找准要达成的目标，设计的活动围绕目标达成进行。进行教学设计时找到学生的薄弱点，也可以说是产品制作的关键点，教师的作用就是在学生薄弱点和制作关键点之间搭设脚手架，让学生顺利完成产品的制作。

本文系北京市教育科学“十三五”规划 2020 年度一般课题《“基于项目学习”小学科学“技术与工程领域”案例设计与实施的研究》（课题立项编号：CDDB2020351）的研究成果