深度融合：科學與工程在小學科學教學中的創新實踐一、引言1.1研究背景與意義在當今社會，科學技術迅猛發展，對人才的綜合素質提出了更高要求。小學科學教育作為基礎教育的重要組成部分，肩負著培養學生科學素養和創新能力的重任。將科學與工程進行融合，是小學科學教育順應時代發展的必然選擇。科學旨在揭示自然規律、探索未知世界，而工程則是運用科學原理來設計、建造和優化產品、系統或流程，以滿足社會的特定需求。兩者雖側重點有所不同，但卻緊密相連、相輔相成。在小學科學教學中融入工程內容，能夠讓學生更深入地理解科學知識，體會科學知識在實際生活中的應用價值。例如，在學習“電路”知識時，引導學生設計并搭建簡單的電路，制作一個簡易的臺燈。這一過程中，學生不僅需要掌握電流、電壓、電阻等科學概念，還需要運用這些知識來解決工程實踐中的問題，如選擇合適的燈泡、電線，設計合理的電路連接方式等。通過這樣的實踐活動，學生對科學知識的理解不再停留在書本上的抽象概念，而是能夠將其與實際操作相結合，真正掌握知識的內涵。從教育目標來看，科學與工程的融合有助于培養學生多方面的能力。在工程設計和實踐過程中，學生需要提出問題、分析問題并嘗試找到解決方案，這能夠鍛煉他們的問題解決能力。例如，在進行橋梁設計活動時，學生需要考慮橋梁的結構、承載能力、材料選擇等諸多因素，針對可能出現的問題，如橋梁的穩定性不足、材料強度不夠等，運用所學知識進行分析，并提出改進措施。這一過程中，學生的思維能力得到了充分的鍛煉，他們學會從多個角度思考問題，運用邏輯推理和批判性思維來解決問題。團隊合作能力也是學生未來發展不可或缺的重要能力。許多工程實踐項目都需要學生分組合作完成，在這個過程中，學生們需要相互溝通、協調、分工明確，共同為實現項目目標而努力。比如在制作機器人的項目中，有的學生負責設計機器人的外形結構，有的學生負責編寫控制程序，有的學生負責組裝調試，大家各司其職，又密切配合。通過這樣的團隊合作，學生學會傾聽他人的意見和建議，發揮自己的優勢，提高團隊協作效率，從而培養良好的團隊合作精神。創新能力更是未來人才必備的核心素養。科學與工程的融合為學生提供了廣闊的創新空間，學生在實踐過程中可以嘗試不同的方法和思路，提出獨特的創意和解決方案。以環保項目為例，學生可以運用所學的科學知識，設計出新型的環保產品，如利用廢舊材料制作的節能燈具、可回收利用的垃圾分類裝置等，這些創新實踐不僅能夠激發學生的創新思維，還能培養他們的社會責任感和環保意識。綜上所述，小學科學教育中科學與工程的融合具有重要的現實意義，它能夠豐富教學內容，創新教學方法，提高教學質量，培養出適應未來社會發展需求的創新型人才。1.2研究目的與方法本研究旨在深入探索科學與工程在小學科學教學實踐中的融合路徑與方法，通過對教學實踐的深入剖析，挖掘出最適合小學生認知水平和興趣特點的融合方式，以提高小學科學教學的質量，增強學生的學習效果，全面提升學生的科學素養與綜合能力。具體而言，期望通過研究，為一線教師提供具有可操作性的教學建議和教學模式，豐富小學科學教學的理論與實踐體系。在研究方法上，本研究將綜合運用多種研究方法，以確保研究的全面性、科學性和有效性。首先，采用文獻研究法，廣泛查閱國內外關于小學科學教育、科學與工程融合教育等方面的文獻資料，梳理相關研究成果和理論基礎，了解當前研究的現狀和趨勢，為后續研究提供堅實的理論支撐和研究思路。通過對大量文獻的分析，能夠把握科學與工程融合教育的發展脈絡，明確研究的重點和難點，避免研究的盲目性和重復性。案例分析法也是本研究的重要方法之一。深入選取具有代表性的小學科學教學案例，對其中科學與工程融合的教學實踐進行詳細分析，總結成功經驗和存在的問題。例如，選取一些在課程設計、教學活動組織、學生評價等方面具有特色的案例，分析其如何將科學知識與工程實踐有機結合，如何引導學生進行思考和實踐，以及在實施過程中遇到的困難和解決方法。通過對這些案例的深入剖析，能夠為其他教師提供實際的教學參考和借鑒，同時也有助于發現教學實踐中的共性問題和規律。行動研究法同樣不可或缺。本研究將與一線教師合作，在實際教學環境中開展行動研究。針對小學科學教學中科學與工程融合的教學內容、教學方法、教學評價等方面進行實踐探索和改進，在實踐中不斷總結經驗，調整教學策略，驗證研究假設，以提高教學實踐的效果。例如，在教學實踐中嘗試不同的教學方法和活動設計，觀察學生的反應和學習效果，根據反饋及時調整教學方案，不斷優化教學過程，從而探索出最適合學生的教學模式和方法。1.3國內外研究現狀在國外，科學與工程的融合教育起步較早，且受到廣泛關注。自20世紀中葉起，美國便開始在科學教育領域進行改革與探索，將工程教育納入其中。例如，美國國家科學教育標準（NationalScienceEducationStandards）明確提出，科學教育應涵蓋科學探究、科學知識與工程設計等方面，強調學生在學習科學知識的同時，要參與工程實踐活動，培養解決實際問題的能力。在這一理念的指導下，美國眾多小學開展了豐富多樣的科學與工程融合教學實踐。其中，基于項目的學習（Project-BasedLearning，PBL）模式在小學科學與工程融合教學中應用廣泛。在PBL教學模式下，學生以小組為單位，圍繞一個真實的問題或項目展開探究。例如，在“設計并建造一個小型風力發電裝置”的項目中，學生需要運用科學知識，如能量轉換原理、空氣動力學等，同時結合工程設計的方法，進行裝置的設計、選材、制作與調試。通過這樣的項目實踐，學生不僅加深了對科學知識的理解，還掌握了工程設計的流程和方法，提高了團隊協作能力和創新思維。此外，美國還開發了一系列具有代表性的科學與工程融合課程。如“下一代科學標準”（NextGenerationScienceStandards，NGSS）配套的課程資源，強調科學、技術、工程和數學（STEM）的跨學科整合。在這些課程中，通過設計各種與生活實際緊密相關的學習活動，引導學生運用多學科知識解決問題。例如，在學習生態系統相關知識時，設置“設計一個可持續發展的城市花園”的活動，學生需要綜合考慮植物的生長需求（生命科學知識）、土壤的性質（地球科學知識）、水資源的合理利用（工程技術知識）以及花園的布局設計（數學知識）等多個方面，從而實現科學與工程的有機融合。在歐洲，英國的小學科學教育注重培養學生的科學思維和實踐能力，將工程元素融入科學課程教學中。英國的科學課程強調通過實驗、探究和設計活動，讓學生體驗科學研究和工程實踐的過程。例如，在學習電路知識時，學生不僅要了解電流、電壓等科學概念，還要動手設計并搭建簡單的電路，制作一些與電路相關的小發明，如簡易門鈴、LED燈閃爍裝置等，通過這些實踐活動，提高學生對科學知識的應用能力和工程實踐能力。德國的小學科學教育則以“動手做”（Hands-on）為理念，注重學生的親身參與和體驗。在科學與工程融合教學方面，德國小學通過開展各種實踐項目，如制作小型機器人、搭建橋梁模型等，讓學生在實踐中學習科學知識，掌握工程技能。同時，德國還強調跨學科合作，鼓勵學生在科學、數學、技術等多個學科領域之間進行知識的融合與應用，培養學生的綜合素養。在國內，隨著教育改革的不斷深入，小學科學教育中科學與工程的融合也逐漸受到重視。2017年頒布的《小學科學課程標準》明確將“技術與工程”作為一個獨立的領域納入課程內容，強調學生要了解技術與工程的基本概念和方法，參與技術與工程實踐活動，培養創新意識和實踐能力。這一標準的頒布，為小學科學與工程融合教學提供了明確的指導方向。近年來，國內許多小學積極開展科學與工程融合教學的實踐探索。一些學校借鑒國外先進的教育理念和教學模式，結合本校實際情況，開發了具有特色的校本課程。例如，部分學校開展了“小小發明家”課程，讓學生在課程中運用所學科學知識，進行創意設計和發明制作。學生們從生活中的問題出發，提出創意設想，然后通過繪制設計圖、選擇材料、制作模型等一系列工程實踐過程，將創意轉化為實際作品。在這個過程中，學生不僅提高了科學素養和工程實踐能力，還培養了創新精神和解決實際問題的能力。同時，國內的教育研究人員也對小學科學與工程融合教學進行了大量的理論研究和實證研究。研究內容涵蓋了融合教學的模式、方法、課程設計、教學評價等多個方面。例如，有研究提出了“問題驅動式”的科學與工程融合教學模式，以實際問題為導向，引導學生在解決問題的過程中學習科學知識和工程方法。通過設置一系列具有挑戰性的問題，激發學生的學習興趣和探究欲望，讓學生在思考和實踐中不斷深化對知識的理解和應用。然而，目前國內小學科學與工程融合教學在實施過程中仍存在一些問題。部分教師對科學與工程融合的理念理解不夠深入，在教學中難以將兩者有機結合；教學資源相對匱乏，缺乏適合小學生的科學與工程融合教材和教學設備；教學評價體系不夠完善，難以全面準確地評價學生在科學與工程融合學習中的成果和能力提升。二、科學與工程在小學科學教學中的融合理論2.1相關概念界定科學是一個廣泛而深刻的領域，它致力于揭示自然規律，探索宇宙萬物的本質和運行機制。通過系統的觀察、實驗、分析和理論構建，科學家們試圖理解自然界中的各種現象，從微觀的原子、分子世界到宏觀的天體運行，從生命的起源和進化到物質的結構和性質。科學知識是人類對自然世界的認識成果，它具有系統性、邏輯性和實證性的特點。例如，物理學中的牛頓力學定律，通過對物體運動的觀察和實驗總結，揭示了力與運動的基本關系；生物學中的細胞學說，闡述了生物體的基本結構和功能單位，為生命科學的發展奠定了基礎。在小學科學教學中，科學知識的傳授不僅僅是讓學生記住一些科學概念和事實，更重要的是培養學生的科學思維和探究能力。通過引導學生觀察自然現象，提出問題，設計實驗進行驗證，讓他們體驗科學探究的過程，學會運用科學方法解決問題。比如在學習“聲音的產生”時，教師可以引導學生通過敲擊鼓面、撥動琴弦等實驗，觀察物體的振動與聲音產生之間的關系，從而讓學生理解聲音是由物體振動產生的這一科學原理。工程則是運用科學原理和技術手段，將自然資源轉化為滿足人類需求的產品、系統或服務的創造性活動。工程的核心在于設計和建造，它需要綜合考慮多方面的因素，如功能需求、材料選擇、成本控制、環境影響等。以橋梁工程為例，工程師在設計橋梁時，需要根據橋梁的用途、跨度、地形等因素，選擇合適的結構形式和建筑材料，確保橋梁的安全性和穩定性，同時還要考慮橋梁的美觀性和經濟性。在小學科學教學中，工程教育旨在培養學生的實踐能力和創新精神。通過開展一些簡單的工程項目，如制作簡易的機器人、搭建橋梁模型、設計環保小裝置等，讓學生在實踐中運用所學的科學知識，鍛煉他們的動手能力和解決實際問題的能力。例如在制作簡易機器人的項目中，學生需要了解機器人的基本結構和工作原理，運用電子電路、機械傳動等方面的知識，選擇合適的材料和零部件，設計并組裝出能夠完成特定任務的機器人。小學科學教學中的科學與工程融合，是指將科學知識的學習與工程實踐活動有機結合起來，讓學生在學習科學知識的同時，通過參與工程實踐，深入理解科學知識的應用價值，提高他們的綜合能力。這種融合不是簡單地將科學和工程的內容疊加在一起，而是要找到兩者之間的內在聯系，以問題為導向，引導學生運用科學知識解決工程實踐中的問題，在工程實踐中深化對科學知識的理解和掌握。例如，在學習“電路”知識后，組織學生開展“設計并制作一個智能臺燈”的項目。學生需要運用電路原理，設計臺燈的電路連接方式，選擇合適的燈泡、開關、電線等材料，同時還要考慮臺燈的外觀設計、功能實現等工程因素。在這個過程中，學生不僅鞏固了電路知識，還提高了他們的設計能力、動手能力和創新能力。2.2融合的理論基礎科學與工程在小學科學教學中的融合并非憑空而來，而是有著堅實的理論基礎作為支撐。這些理論從不同角度闡述了知識的獲取、學習的本質以及課程設計的原則，為科學與工程的融合提供了有力的理論依據和指導方向。綜合課程理論認為，知識原本是一個有機的整體，不應被人為地分割成孤立的學科。傳統的學科課程雖然在知識的系統性傳授方面有一定優勢，但容易導致學生知識結構的碎片化，難以培養學生綜合運用知識解決實際問題的能力。而綜合課程強調打破學科界限，將不同學科的知識和方法進行有機整合，使學生能夠從整體上認識世界，理解不同知識之間的內在聯系。在小學科學教學中融合科學與工程，正是綜合課程理論的具體實踐。例如，在“設計并制作一個簡易的太陽能熱水器”的教學活動中，學生需要運用到物理學中的熱傳遞原理（科學知識），同時還需要考慮熱水器的結構設計、材料選擇等工程問題。通過這樣的融合教學，學生不僅能夠掌握科學知識，還能學會運用工程思維和方法解決實際問題，實現知識的融會貫通，提高綜合素養。建構主義學習觀強調學生的主動參與和知識的建構過程。在建構主義看來，學習不是被動地接受知識，而是學生在已有經驗的基礎上，通過與環境的互動，主動地構建對知識的理解。學生在學習科學與工程的過程中，并非是簡單地記憶科學概念和工程方法，而是通過參與實際的項目和活動，如設計橋梁模型、制作機器人等，在實踐中不斷探索、嘗試、反思和調整，從而構建起對科學知識和工程原理的深刻理解。例如，在制作橋梁模型時，學生需要根據所學的力學知識，設計橋梁的結構，并通過實際搭建和測試，不斷改進模型，使其能夠承受一定的重量。在這個過程中，學生通過親身體驗和動手操作，將抽象的科學知識轉化為實際的能力，實現知識的內化和建構。同時，建構主義強調學習情境的重要性，認為學習應該在真實、具體的情境中進行，這樣更有利于學生理解知識的實際應用價值。科學與工程的融合教學為學生提供了豐富的真實情境，使學生能夠在解決實際問題的過程中學習和應用知識，激發學生的學習興趣和主動性。2.3小學科學課程標準中的科學與工程小學科學課程標準是指導小學科學教學的重要依據，它為科學與工程在教學中的融合提供了明確的方向和要求。2017年頒布的《小學科學課程標準》明確將“技術與工程”作為一個獨立的領域納入課程內容，這一舉措標志著科學與工程的融合在小學科學教育中得到了官方的重視和推動。從課程性質來看，小學科學課程具有基礎性、實踐性和綜合性。基礎性體現在為學生的終身學習和發展奠定基礎，讓學生掌握基本的科學知識和技能，培養科學思維和方法。實踐性則強調學生通過親身參與科學探究和實踐活動來學習科學，這為科學與工程的融合提供了良好的實踐平臺。例如，在學習“材料的性能”時，學生可以通過實驗探究不同材料的特性，然后運用這些知識進行工程設計，如制作一個簡易的書架，選擇合適的材料以確保書架的穩定性和實用性。這種實踐活動不僅讓學生加深了對科學知識的理解，還提高了他們的工程實踐能力。綜合性要求打破學科界限，整合不同學科的知識和方法。科學與工程的融合正是這種綜合性的體現，它涉及到科學、數學、技術等多個學科領域的知識運用。以“設計并制作一個太陽能熱水器”為例，學生需要運用物理學中的熱傳遞知識（科學領域），計算熱水器的集熱面積和保溫性能（數學領域），選擇合適的材料和制作工藝（技術領域），通過這樣的項目，實現多學科知識的融合與應用，培養學生的綜合素養。在課程目標方面，小學科學課程旨在培養學生的科學素養，包括科學知識、科學探究、科學態度以及科學、技術、社會與環境的關系等方面。在科學知識目標中，要求學生了解技術是人類能力的延伸，技術推動人類社會的發展和文明的進程。這就需要學生在學習科學知識的同時，關注技術與工程的應用，體會科學知識如何轉化為實際的技術和工程成果。例如，在學習“簡單機械”知識后，引導學生設計并制作一個省力的滑輪裝置，通過這個過程，學生不僅掌握了簡單機械的原理，還了解了如何將科學知識應用于工程實踐，實現技術創新。科學探究目標強調培養學生的問題解決能力和創新思維。科學與工程的融合教學為學生提供了更多的探究機會和問題情境。在工程實踐中，學生需要發現問題、提出解決方案，并通過實驗和測試來驗證方案的可行性。例如，在進行“橋梁設計”項目時，學生需要考慮橋梁的結構、承載能力、材料選擇等問題，針對這些問題進行探究和實驗，嘗試不同的設計方案，不斷優化和改進，從而培養他們的問題解決能力和創新思維。科學態度目標注重培養學生的好奇心、求知欲、嚴謹認真的科學精神以及合作交流的能力。在科學與工程融合的教學活動中，學生通過參與各種實踐項目，如小組合作制作機器人，能夠充分激發他們的好奇心和求知欲。在項目實施過程中，需要學生嚴謹認真地對待每一個環節，如機器人的電路連接、程序編寫等，培養他們的科學精神。同時，小組合作也鍛煉了學生的合作交流能力，大家共同探討問題、分享想法，提高團隊協作水平。科學、技術、社會與環境目標要求學生了解科學技術對社會和環境的影響，培養學生的社會責任感和環保意識。科學與工程的融合教學可以通過一些實際案例，讓學生認識到科學技術在改善人們生活的同時，也可能對環境造成影響。例如，在學習“能源的利用”時，引導學生探討傳統能源和新能源的優缺點，以及能源開發和利用對環境的影響，鼓勵學生設計一些節能環保的工程方案，如小型風力發電裝置或太陽能照明系統，培養他們的環保意識和社會責任感。從課程內容來看，小學科學課程涵蓋了物質科學、生命科學、地球與宇宙科學、技術與工程四個領域。技術與工程領域的內容包括設計與制作、技術與生活、技術與自然等方面，這些內容與其他科學領域相互關聯、相互滲透。在學習“植物的一生”（生命科學領域）時，可以引導學生設計并制作一個植物生長觀察裝置，運用工程技術手段來創造適合植物生長的環境，如調節光照、溫度、濕度等，同時觀察植物在不同環境下的生長情況，將生命科學知識與工程技術相結合，加深學生對知識的理解和應用。在物質科學領域，學習“電路”知識后，學生可以進行電路設計和制作的實踐活動，如制作一個簡易的門鈴或燈光控制系統，將科學知識轉化為實際的工程應用。在地球與宇宙科學領域，學習“地球的運動”時，學生可以制作地球儀或模擬地球公轉和自轉的裝置，通過工程制作來直觀地展示地球的運動規律，增強學生的空間想象力和對科學知識的理解。三、科學與工程融合的教學案例分析3.1“用紙造一座‘橋’”案例3.1.1教學目標與內容“用紙造一座‘橋’”這一教學案例旨在通過實際操作，讓學生深入理解結構與力的關系，掌握基本的工程設計方法，培養學生的創新思維和實踐能力。在教學內容上，首先引導學生認識不同類型橋的結構特點，如梁橋、拱橋、懸索橋等。通過展示圖片、視頻等資料，讓學生觀察各種橋的形狀、支撐方式和受力特點，了解橋是如何通過合理的結構設計來承受車輛、行人等荷載的。例如，梁橋主要依靠梁體來承受壓力和拉力，拱橋則是利用拱形結構將壓力傳遞到兩端的橋墩上，懸索橋通過懸索將橋面的荷載傳遞到橋塔上。學生需要學習材料的特性和選擇方法。了解紙張的物理性能，如強度、柔韌性、抗彎曲能力等，明白不同類型的紙張在造橋過程中的優缺點。通過實驗探究，比較不同厚度、材質的紙張在承受重量時的表現，讓學生學會根據實際需求選擇合適的紙張材料。例如，較厚的卡紙可能具有更強的抗彎曲能力，但柔韌性較差；而較薄的宣紙柔韌性好，但強度相對較低。在此基礎上，學生運用所學的結構知識和材料知識，進行橋梁的設計與制作。設計環節要求學生考慮橋的跨度、寬度、承重能力等因素，繪制設計草圖，標注尺寸和結構特點，并說明設計思路和原理。在制作過程中，學生需要運用剪、折、粘等手工技能，將紙張材料轉化為實際的橋梁模型。例如，學生可以通過折疊紙張增加其厚度，提高抗彎曲能力；采用三角形、梯形等穩定的結構形狀來增強橋梁的穩定性。3.1.2教學過程與方法教學過程以問題驅動和項目式學習為主要方法，引導學生主動參與、積極探究。在課程導入環節，教師展示一些現實生活中橋梁的圖片和視頻，引發學生對橋梁結構和功能的興趣。然后提出問題：“如果讓你用紙造一座橋，你會怎么做？”激發學生的思考和討論，從而引出本節課的主題。在知識講解階段，教師通過多媒體演示、實物展示等方式，向學生介紹橋的結構類型、材料特性以及工程設計的基本流程和方法。例如，利用動畫演示不同類型橋在受力時的變形情況，讓學生直觀地理解結構與力的關系；展示不同材料的樣本，讓學生通過觀察、觸摸等方式感受材料的特性。設計階段，學生以小組為單位進行討論和設計。每個小組根據給定的材料和任務要求，如橋的跨度、寬度、承重能力等，制定設計方案。在設計過程中，小組成員充分發揮想象力，提出各種創意和想法，并運用所學知識進行分析和論證。例如，有的小組提出采用拱橋結構，因為拱形可以將壓力分散，提高橋的承重能力；有的小組則考慮在紙張表面粘貼一些支撐物，增加橋的強度。教師在這個過程中巡視各小組，給予指導和建議，幫助學生解決遇到的問題。制作環節，學生按照設計方案，運用紙張、剪刀、膠水等材料和工具進行橋梁的制作。在制作過程中，學生需要不斷調整和優化設計，解決實際操作中出現的問題。例如，在粘貼紙張時，可能會出現接口不牢固的情況，學生需要思考如何改進粘貼方法；在搭建橋梁結構時，可能會發現結構不夠穩定，學生需要嘗試調整結構形狀或增加支撐點。教師鼓勵學生發揮創造力，大膽嘗試不同的制作方法和技巧。完成制作后，進入展示與測試環節。每個小組展示自己的作品，并介紹設計思路、制作過程和創新點。然后進行承重測試，通過在橋上放置重物，檢驗橋的承重能力是否達到要求。在測試過程中，其他小組成員可以提出問題和建議，共同探討如何改進橋梁的設計和制作。例如，有的小組發現自己的橋在承重時出現了局部變形，其他小組可以幫助分析原因，提出改進措施。最后是總結與反思階段，教師引導學生回顧整個學習過程，總結經驗教訓。學生分享自己在設計和制作過程中的收獲和體會，反思存在的問題和不足之處。教師對學生的表現進行評價，肯定優點，指出不足，并對學生的創新思維和實踐能力給予鼓勵和表揚。同時，教師還可以引導學生思考如何將所學知識應用到實際生活中，培養學生的知識遷移能力和解決實際問題的能力。3.1.3教學效果與反思通過“用紙造一座‘橋’”的教學活動，學生在多個方面取得了顯著的收獲。在知識與技能方面，學生深入理解了橋的結構原理和材料特性，掌握了工程設計和制作的基本方法和技能。他們學會了如何運用科學知識解決實際問題，如根據橋的承重要求選擇合適的紙張材料，運用結構知識設計出穩定的橋梁結構。在這個過程中，學生的動手能力得到了充分鍛煉，他們能夠熟練地使用剪刀、膠水等工具進行橋梁的制作。在思維能力方面，學生的創新思維和批判性思維得到了培養。在設計環節，學生們大膽提出各種創意和想法，嘗試不同的結構和制作方法，展現出了豐富的想象力和創新精神。在展示與測試環節，學生們能夠對自己和他人的作品進行客觀評價，分析作品的優點和不足，并提出改進建議，這鍛煉了他們的批判性思維能力。在團隊合作方面，小組合作的學習方式讓學生學會了與他人溝通、協作，提高了團隊合作能力。在設計和制作過程中，小組成員分工明確，相互配合，共同完成任務。例如，有的成員負責設計草圖，有的成員負責裁剪紙張，有的成員負責粘貼組裝，大家在合作中充分發揮各自的優勢，提高了工作效率。然而，在教學過程中也發現了一些問題。部分學生在設計時過于依賴教師的指導，缺乏獨立思考和創新能力。在今后的教學中，教師應更加注重引導學生自主思考，鼓勵學生大膽嘗試，培養學生的創新意識。同時，教學資源的限制也對教學效果產生了一定影響，如紙張材料的種類和數量有限，可能無法滿足學生多樣化的設計需求。在未來的教學中，教師可以提前準備更加豐富的教學資源，為學生提供更多的選擇和可能性。此外，在時間安排上，由于學生在制作過程中遇到的問題較多，導致展示與測試環節時間緊張，部分學生未能充分展示自己的作品和想法。在今后的教學中，教師需要更加合理地安排教學時間，確保每個教學環節都能順利進行。3.2“設計制作小夜燈”案例3.2.1項目概念與目標設定“設計制作小夜燈”這一項目以滿足學生日常生活中對夜間照明的實際需求為導向，旨在通過讓學生親身參與小夜燈的設計與制作過程，深入理解電路知識，并將其靈活應用于實際問題的解決中。小夜燈作為一種常見的家居用品，在夜間能夠提供柔和的光線，方便人們在黑暗中活動，同時又不會過于刺眼影響休息。對于小學生來說，設計制作小夜燈不僅具有實用性，還能極大地激發他們的學習興趣和探索欲望。從知識目標來看，學生需要掌握電路的基本組成部分，如電源、導線、開關、用電器等，理解電流的形成和通路原理。在學習過程中，學生要能夠識別不同類型的電子元件，了解其功能和特性，如燈泡的發光原理、電阻的作用、電容的特性等。例如，學生需要明白燈泡是通過電流通過燈絲，使燈絲發熱發光來實現照明功能的；電阻則可以用來調節電路中的電流大小，保護其他電子元件。學生還需要學會繪制簡單的電路圖，能夠根據電路圖進行電路的連接和調試。繪制電路圖是將抽象的電路概念轉化為直觀圖形的過程，有助于學生更好地理解電路的結構和工作原理。在連接電路時，學生要掌握正確的連接方法，確保電路的穩定性和安全性。通過實際操作，學生能夠更加深入地理解電路知識，提高動手能力和實踐能力。從能力目標來講，該項目著重培養學生的創新思維和實踐能力。在設計小夜燈的過程中，學生需要充分發揮想象力，思考如何將科學知識與創意相結合，設計出具有獨特功能和外觀的小夜燈。例如，有的學生可能會想到在小夜燈中加入光控或聲控功能，使其能夠根據環境光線或聲音的變化自動開關；有的學生則可能會在小夜燈的外觀設計上獨具匠心，將其設計成動物、植物等有趣的形狀。這種創新思維的培養不僅有助于學生在科學領域的學習，還能為他們未來的發展奠定基礎。實踐能力的提升也是項目的重要目標之一。學生需要運用所學的電路知識，選擇合適的材料和工具，將設計方案轉化為實際的小夜燈作品。在制作過程中，學生需要學會使用各種工具，如螺絲刀、鉗子、電烙鐵等，掌握基本的手工制作技能。同時，學生還需要面對實際操作中出現的各種問題，如電路連接錯誤、元件損壞等，并通過思考和嘗試找到解決問題的方法。這一過程鍛煉了學生的動手能力和解決問題的能力，使他們在實踐中不斷成長和進步。3.2.2設計思維與項目實施在“設計制作小夜燈”項目中，設計思維貫穿于整個項目實施過程，它為學生提供了一種系統的解決問題的方法，幫助學生從發現問題到最終實現解決方案。首先是需求分析階段，學生通過觀察日常生活，發現夜間照明存在的問題和需求。例如，有些學生可能覺得傳統小夜燈的光線過于單一，不能滿足不同場景的需求；有些學生則認為小夜燈的開關操作不夠便捷，希望能夠實現自動控制。針對這些問題，學生進行深入思考和討論，明確小夜燈的設計需求，如燈光亮度可調節、具有自動感應功能、外觀美觀且安全等。在這個過程中，學生學會從用戶的角度出發，關注實際需求，培養敏銳的觀察力和問題意識。接下來是方案設計階段，學生根據需求分析的結果，運用所學的科學知識和已有的生活經驗，提出各種設計方案。學生們可以通過頭腦風暴的方式，集思廣益，激發創意。在討論過程中，學生們各抒己見，有的提出利用光敏電阻實現光控功能，當環境光線變暗時小夜燈自動亮起；有的建議使用聲音傳感器實現聲控功能，通過拍手或說話來控制小夜燈的開關。對于燈光亮度調節，學生們探討了使用滑動變阻器或PWM（脈沖寬度調制）技術來實現。在外觀設計方面，學生們更是發揮了豐富的想象力，有的設計成可愛的卡通形象，有的則采用簡約的現代風格。每個方案都有其獨特之處，學生們通過對比分析，評估各個方案的優缺點，最終選擇出最適合的設計方案。在確定設計方案后，學生開始進行制作。制作過程中，學生需要根據設計方案選擇合適的材料和工具。常見的材料包括電路板、電子元件（如燈泡、電阻、電容、傳感器等）、外殼材料（如塑料、木材等）、導線等。工具則有螺絲刀、鉗子、電烙鐵、萬用表等。在選擇材料時，學生要考慮材料的性能、價格、可用性等因素。例如，選擇燈泡時要考慮其亮度、功率、壽命等參數；選擇外殼材料時要考慮其安全性、美觀性和加工難度。在制作過程中，學生按照電路圖將電子元件焊接到電路板上，注意焊接的順序和質量，確保電路連接正確。同時，學生還要進行外殼的制作和組裝，將電路板和其他部件安裝到外殼中，完成小夜燈的整體制作。在這個過程中，學生需要具備一定的動手能力和耐心，嚴格按照操作規程進行操作，避免出現錯誤和安全事故。3.2.3成果評價與學生反饋在“設計制作小夜燈”項目完成后，對學生的成果進行全面、客觀的評價至關重要，這不僅有助于學生了解自己的學習成果和不足之處，還能為教師改進教學提供參考依據。評價從多個維度展開，包括小夜燈的功能實現、設計創意、制作工藝以及學生在項目實施過程中的表現等。從功能實現維度來看，主要考察小夜燈是否達到了預期的照明效果，如燈光亮度是否合適，能否實現亮度調節、自動感應等功能。例如，對于設計了光控功能的小夜燈，要測試其在不同光線環境下的自動開關是否靈敏可靠；對于具有亮度調節功能的小夜燈，要檢查其調節范圍是否滿足實際需求。如果小夜燈在功能實現上存在問題，如燈光閃爍不穩定、自動感應功能失靈等，需要分析原因，判斷是電路設計不合理、元件選擇不當還是制作過程中的失誤導致的。設計創意維度注重評價小夜燈的設計是否具有獨特性和創新性。獨特的外觀設計能夠吸引眼球，如將小夜燈設計成動物造型、植物造型或具有藝術感的幾何形狀等。創新的功能設計則能體現學生的思維能力，如在小夜燈中加入藍牙連接功能，通過手機APP控制燈光的顏色、亮度和開關，或者增加定時功能，讓小夜燈在設定的時間自動開啟或關閉。具有新穎創意的小夜燈能夠展示學生的創造力和想象力，在評價中應給予充分肯定。制作工藝維度主要評估小夜燈的制作質量，包括電子元件的焊接是否牢固、整齊，電路板的布局是否合理，外殼的組裝是否緊密、美觀等。焊接質量直接影響小夜燈的穩定性和可靠性，如果焊接不牢固，可能會導致電路接觸不良，影響小夜燈的正常工作。電路板布局合理能夠方便維修和調試，同時也能提高小夜燈的整體性能。外殼組裝緊密、美觀不僅能提升小夜燈的外觀形象，還能保證其安全性。學生在項目實施過程中的表現也是評價的重要內容，包括團隊合作能力、問題解決能力、學習態度等。在團隊合作方面，觀察學生在小組中的溝通協作情況，是否能夠積極參與討論、分工明確、相互配合，共同完成項目任務。例如，在制作過程中，有的學生負責電路設計，有的學生負責材料采購，有的學生負責焊接組裝，大家相互協作，確保項目順利進行。問題解決能力體現在學生面對制作過程中出現的各種問題時，能否積極思考、主動嘗試，運用所學知識和技能找到解決問題的方法。學習態度則反映在學生對項目的投入程度、是否認真對待每一個環節、是否積極尋求改進等方面。除了教師評價，收集學生對項目的反饋與建議也不可或缺。可以通過問卷調查、小組討論、個別訪談等方式，了解學生在項目實施過程中的感受、收獲以及遇到的困難和問題。有些學生表示，通過參與這個項目，他們對電路知識的理解更加深入，動手能力得到了很大提高，同時也體驗到了團隊合作的重要性。他們認為在項目中遇到的最大困難是電路調試，由于缺乏經驗，經常出現電路連接錯誤，導致小夜燈無法正常工作。針對這一問題，學生建議教師在教學過程中增加電路調試的指導時間，提供更多的實踐機會。還有學生提出，希望在項目中能夠有更多的材料選擇，以滿足他們的創意需求。這些反饋和建議為教師優化教學內容和方法提供了寶貴的參考，有助于教師更好地滿足學生的學習需求，提高教學質量。3.3“污水處理競賽”案例3.3.1情境創設與問題驅動在“污水處理競賽”的教學案例中，教師精心創設了一個貼近現實生活的情境：假設所在的城市面臨著嚴重的水污染問題，河流、湖泊中的水質惡化，影響了居民的生活和生態環境。學生們作為環保小衛士，需要運用所學知識，設計并制作出高效的污水凈化器，以解決這一嚴峻的問題。為了增強情境的真實性和吸引力，教師展示了一系列關于水污染的圖片、視頻資料，讓學生直觀地感受到水污染對環境和人類生活造成的危害。如渾濁不堪的河流中漂浮著各種垃圾和死魚，散發著刺鼻的氣味；周邊居民因無法獲取清潔的水源，生活受到極大影響。這些真實的畫面激發了學生內心的責任感和解決問題的欲望，使他們迅速進入到學習狀態中。教師提出了一系列具有啟發性和挑戰性的問題，如“污水中主要含有哪些污染物？”“如何利用科學原理去除這些污染物？”“在設計污水凈化器時需要考慮哪些因素？”這些問題引導學生深入思考，促使他們主動去探索相關的科學知識。學生們分組展開討論，各抒己見，有的小組認為污水中可能含有泥沙、有機物、重金屬等污染物；有的小組提出可以利用過濾、沉淀、吸附等方法去除污染物。通過討論，學生們對污水的成分和處理方法有了初步的認識，為后續的工程實踐奠定了基礎。3.3.2知識運用與工程實踐在“污水處理競賽”案例中，學生們在教師的引導下，運用所學的科學知識，積極投入到污水凈化器的設計與制作中。在知識運用方面，學生們首先深入學習了污水處理的基本原理。他們了解到污水中的污染物可以分為不同類型，針對不同類型的污染物需要采用不同的處理方法。對于不溶性的固體雜質，如泥沙等，可以通過過濾的方法去除。學生們運用濾紙、濾網等材料制作過濾器，利用過濾原理，使污水通過過濾器，將固體雜質留在濾紙上，從而實現固液分離。例如，在制作簡易過濾器時，學生們將濾紙折疊成漏斗狀，放入漏斗中，然后將漏斗固定在支架上，將污水緩慢倒入漏斗中，觀察過濾后的水變得更加清澈。對于溶解性的有機污染物，學生們學習了利用微生物分解的方法。他們了解到某些微生物能夠以有機物為食，通過新陳代謝將有機物分解為無害的物質。為了模擬這一過程，學生們在污水中加入適量的活性污泥，活性污泥中含有豐富的微生物。然后，他們將污水放置在適宜的環境中，如保持一定的溫度和氧氣含量，讓微生物充分發揮作用。經過一段時間的培養，學生們檢測污水中的有機物含量，發現明顯降低。在工程實踐環節，學生們根據所學的知識和討論的結果，開始設計污水凈化器的結構。他們充分發揮想象力和創造力，繪制出各種不同的設計草圖。有的小組設計了多層過濾結構，先通過粗濾網去除較大的固體顆粒，再通過細濾網進一步過濾細小的雜質，最后通過活性炭吸附去除異味和殘留的有機物。在設計過程中，學生們考慮到了水流速度、過濾面積、材料成本等因素，力求使污水凈化器達到最佳的處理效果。確定設計方案后，學生們選擇合適的材料和工具進行制作。他們利用塑料瓶、吸管、紗布、活性炭等常見材料，制作出污水凈化器的原型。在制作過程中，學生們遇到了各種問題，如材料的連接不牢固、過濾器的密封性不好等。但他們并沒有氣餒，而是積極思考解決辦法。例如，對于材料連接不牢固的問題，他們嘗試使用膠水、膠帶等進行固定；對于過濾器密封性不好的問題，他們調整紗布的鋪設方式，確保過濾器能夠緊密貼合。通過不斷地嘗試和改進，學生們成功制作出了污水凈化器。3.3.3實踐意義與教育價值“污水處理競賽”案例具有重要的實踐意義和教育價值，對學生的環保意識和綜合能力培養產生了積極而深遠的影響。在環保意識培養方面，通過參與這一案例，學生們深刻認識到水污染問題的嚴重性和緊迫性。他們親眼目睹了水污染對環境和人類生活造成的危害，了解到污水處理對于保護水資源、維護生態平衡的重要性。這種親身經歷和深刻認識激發了學生的環保責任感，使他們從內心深處樹立起保護環境的意識。在日常生活中，學生們更加注重節約用水，減少污水排放，積極宣傳環保知識，成為環保理念的傳播者和踐行者。從綜合能力培養角度來看，該案例對學生的多方面能力提升起到了顯著的促進作用。學生們在設計和制作污水凈化器的過程中，需要運用所學的科學知識，如物理、化學、生物等學科知識，解決實際問題。這鍛煉了他們的知識運用能力和問題解決能力，使他們學會將理論知識與實踐相結合。在設計污水凈化器時，學生們需要考慮到各種因素，如結構設計、材料選擇、成本控制等，這培養了他們的工程思維能力和創新能力。學生們在制作過程中遇到問題時，能夠積極思考、嘗試不同的方法解決問題，展現出了創新精神和勇于探索的品質。團隊合作能力在這一案例中也得到了充分的鍛煉。學生們以小組為單位進行競賽，小組成員之間需要密切配合、分工協作。有的成員負責設計，有的成員負責材料采購，有的成員負責制作，有的成員負責測試。在合作過程中，學生們學會了傾聽他人的意見和建議，發揮各自的優勢，共同完成任務。這不僅提高了團隊的工作效率，還培養了學生的團隊合作精神和溝通能力。此外，該案例還培養了學生的批判性思維和反思能力。在展示和交流環節，學生們對自己和他人的作品進行評價，分析優點和不足。他們能夠從不同角度思考問題，提出改進建議，這有助于培養批判性思維。同時，在反思自己的設計和制作過程中，學生們總結經驗教訓，認識到自己的不足之處，為今后的學習和實踐提供了參考。四、融合教學的策略與方法4.1整合教材資源在小學科學教學中，實現科學與工程的融合，挖掘教材中科學與工程的融合點至關重要。教師需要深入鉆研教材，敏銳地捕捉那些隱藏在科學知識背后的工程元素，將其巧妙地揭示出來，為學生呈現出一個更加完整、立體的知識體系。以蘇教版小學科學教材為例，在“電路”單元中，教材不僅介紹了電流、電壓、電阻等科學概念，還安排了讓學生連接簡單電路的實驗活動。教師在教學過程中，可以進一步挖掘這一內容，引導學生思考如何運用這些電路知識設計一個具有特定功能的電路，如制作一個簡易的防盜報警裝置。在這個裝置中，當有物體觸碰電路時，電路連通，發出警報聲。這一過程中，學生需要運用電路知識解決實際問題，實現科學與工程的融合。又如在“植物的一生”單元，教材講述了植物的生長過程和生命周期等科學知識。教師可以引導學生從工程的角度思考，如何為植物創造一個適宜的生長環境，如設計一個自動澆水的花盆。學生需要考慮花盆的結構設計、儲水裝置的選擇、澆水的時間和水量控制等工程因素，將植物生長的科學知識應用到實際的工程設計中。在挖掘融合點的基礎上，教師還需要對教學內容進行重組，以更好地促進科學與工程的融合。根據學生的認知規律和教學目標，打破教材原有章節的限制，將相關的科學知識和工程實踐內容進行有機整合。可以以一個主題項目為核心，將不同學科領域、不同章節的知識圍繞這個項目展開。例如，以“環保小衛士”為主題項目，整合科學教材中“物質的變化”“能源的利用”等章節知識，以及工程領域的設計與制作方法。在這個項目中，學生首先學習物質的變化原理，了解垃圾的分類和處理方法，然后運用這些知識設計并制作一個垃圾分類裝置。學生需要考慮裝置的功能需求，如能夠自動識別不同類型的垃圾、方便投放和清理等，同時還要選擇合適的材料和制作工藝，確保裝置的實用性和耐用性。通過這樣的項目式學習，學生不僅能夠掌握科學知識，還能在工程實踐中提高解決實際問題的能力。在教學內容的選擇上，教師應注重與實際生活的緊密聯系，選取具有現實意義和趣味性的內容。以“設計制作太陽能熱水器”為例，這一內容既涉及到熱傳遞、能量轉換等科學知識，又需要運用工程設計的方法進行熱水器的結構設計和材料選擇。通過這樣的教學內容，學生能夠深刻體會到科學與工程在生活中的實際應用，增強學習的積極性和主動性。同時，教師還可以引入一些前沿的科學技術和工程案例，拓寬學生的視野，激發學生的創新思維。例如，介紹3D打印技術在工程制造中的應用，讓學生了解這一新興技術的原理和優勢，鼓勵學生嘗試運用3D打印技術設計和制作一些簡單的物品。4.2小組合作學習小組合作學習是科學與工程融合教學中一種行之有效的教學組織形式，它能夠充分發揮學生的主體作用，培養學生的合作與交流能力，提高教學效果。在實施小組合作學習時，合理分組是關鍵的第一步。教師應充分考慮學生的多種因素，確保分組的科學性和合理性。根據學生的性格特點進行分組是一個重要的考量因素。性格開朗、善于表達的學生與性格內向、較為沉穩的學生相互搭配，能夠形成優勢互補。在小組討論中，性格開朗的學生可以積極發表自己的觀點，帶動討論的氛圍；而性格內向的學生則可以從不同的角度思考問題，提出一些獨到的見解。例如，在“設計制作小夜燈”的項目中，性格開朗的學生可以負責與小組成員溝通設計思路，協調分工；性格內向的學生則可以專注于電路設計和元件選擇的細節工作，為項目的順利進行提供技術支持。學習能力也是分組時需要重點關注的方面。將學習能力較強和較弱的學生分在同一小組，能夠實現互幫互助、共同進步。學習能力強的學生可以在知識理解和應用方面給予學習能力較弱的學生指導和幫助，激發他們的學習興趣和動力；學習能力較弱的學生則可以在實踐操作等方面發揮自己的優勢，為小組貢獻自己的力量。在“用紙造一座‘橋’”的教學活動中，學習能力強的學生可以幫助學習能力較弱的學生理解橋的結構原理，指導他們進行設計；而學習能力較弱的學生可能在手工制作方面更有耐心和技巧，能夠將橋梁模型制作得更加精致。興趣愛好的相似性也有助于提高小組合作的效率。具有相同興趣愛好的學生在小組合作中更容易產生共鳴，積極參與討論和實踐活動。在“污水處理競賽”案例中，對環保感興趣的學生組成一組，他們會更加主動地收集資料，深入研究污水處理的方法，發揮各自的特長，為設計出高效的污水凈化器而努力。在合理分組的基礎上，明確小組成員的分工至關重要。每個小組應根據項目任務的特點和成員的優勢，合理分配角色和任務。一般來說，小組中可以設置組長、記錄員、匯報員、操作員等角色。組長負責組織協調小組的各項活動，確保小組工作的順利進行。在“設計制作小夜燈”項目中，組長要制定項目計劃，安排每個成員的工作任務，定期組織小組討論，解決項目實施過程中出現的問題。記錄員負責記錄小組討論的過程和結果，以及項目實施過程中的重要數據和信息。在“用紙造一座‘橋’”的活動中，記錄員要詳細記錄小組在設計過程中的各種創意和想法，以及在測試過程中橋梁的承重數據等，為后續的總結和反思提供依據。匯報員負責向全班展示小組的成果和匯報項目實施的過程。匯報員需要具備良好的表達能力和溝通能力，能夠清晰、準確地傳達小組的工作內容和成果。在“污水處理競賽”的展示環節，匯報員要向其他小組介紹本小組設計的污水凈化器的原理、結構和處理效果，回答其他小組提出的問題。操作員則主要負責項目的實際操作，如在制作小夜燈時進行電路連接、元件焊接等工作；在建造橋梁模型時進行材料的裁剪、組裝等操作。操作員需要具備較強的動手能力和實踐經驗，能夠按照設計方案準確地完成各項操作任務。為了確保每個成員都能明確自己的職責，教師可以在小組合作開始前，組織學生進行討論，共同確定每個角色的具體職責和任務。教師還可以提供一份詳細的分工表，讓學生了解自己在小組中的角色和工作內容。同時，教師要鼓勵學生在項目實施過程中，根據實際情況靈活調整分工，充分發揮每個成員的優勢。在小組合作學習過程中，教師要注重培養學生的合作與交流能力。引導學生學會傾聽他人的意見和建議是非常重要的。在小組討論時，教師可以要求學生認真傾聽其他成員的發言，不隨意打斷他人，然后再發表自己的看法。例如，在“設計制作小夜燈”的討論環節，教師可以引導學生思考：“這位同學的設計思路有哪些優點？我們可以從中得到什么啟發？”通過這樣的引導，讓學生學會尊重他人的想法，發現他人的優點，從而更好地進行合作。鼓勵學生積極表達自己的觀點也是培養合作與交流能力的關鍵。教師要營造一個寬松、民主的氛圍，讓學生敢于發表自己的見解。對于一些性格內向、不敢發言的學生，教師要給予更多的鼓勵和引導，幫助他們樹立自信心。比如，在“用紙造一座‘橋’”的設計討論中，教師可以提問一些內向的學生：“你對這個設計有什么不同的看法？我們很想聽聽你的想法。”通過這樣的方式，激發學生表達自己觀點的積極性。當小組成員之間出現意見分歧時，教師要引導學生學會協商和妥協，尋求最佳的解決方案。在“污水處理競賽”中，對于污水凈化器的設計方案，小組成員可能會有不同的意見。教師可以引導學生從科學原理、實際效果、成本等多個角度進行分析和比較，讓學生在討論中達成共識。例如，教師可以說：“大家的想法都有一定的道理，我們來分析一下，哪種方案在處理效果、成本和可行性方面更有優勢。”通過這樣的引導，培養學生的協商能力和團隊合作精神。4.3運用現代教育技術現代教育技術的飛速發展為小學科學與工程融合教學帶來了新的機遇和活力。借助電子書包、3D打印等先進技術，能夠為學生創造更加豐富、生動、高效的學習環境，顯著提升教學效果。電子書包作為一種新型的數字化學習工具，具有資源豐富、便捷攜帶、互動性強等優勢，在小學科學教學中發揮著重要作用。教師可以充分利用電子書包的資源庫，為學生提供大量與科學和工程相關的學習資料，如科普視頻、虛擬實驗、電子圖書等。在學習“地球的公轉與自轉”這一內容時，教師可以通過電子書包向學生推送相關的科普視頻，讓學生直觀地看到地球在宇宙中的運動軌跡和姿態，幫助學生更好地理解這一抽象的科學概念。電子書包還可以提供虛擬實驗平臺，讓學生在虛擬環境中進行科學實驗和工程設計。例如，在學習“電路”知識時，學生可以利用電子書包中的虛擬電路實驗軟件，模擬連接各種電路，觀察電路中電流的流動和燈泡的亮滅情況，還可以嘗試改變電路元件的參數，探索電路的變化規律。這種虛擬實驗不僅可以避免實際操作中的安全風險，還可以讓學生更加自由地進行實驗探究，激發學生的學習興趣和創新思維。3D打印技術以其獨特的逐層打印方式，能夠實現復雜結構的快速成型，為小學科學教學帶來了全新的體驗。在科學教學中，教師可以利用3D打印技術制作各種模型，幫助學生更好地理解科學概念。在講解地球內部結構時，教師可以利用3D打印技術制作出地球內部結構的模型，清晰地展示地殼、地幔和地核的層次和結構，讓學生直觀地感受到地球內部的奧秘。在學習“植物的結構”時，3D打印的植物模型可以讓學生從不同角度觀察植物的根、莖、葉、花等器官的形態和結構，加深對植物知識的理解。3D打印技術還可以讓學生參與到教具的制作過程中，增強學習的趣味性和互動性，激發學生的學習興趣。在“設計制作小夜燈”項目中，學生可以利用3D打印技術制作小夜燈的外殼，根據自己的創意設計出獨特的形狀和外觀。學生可以先在計算機上繪制小夜燈外殼的三維模型，然后通過3D打印機將模型打印出來。這種親身參與制作的過程，不僅能夠鍛煉學生的動手能力和實踐能力，還能培養學生的創新精神和設計能力。在“用紙造一座‘橋’”的教學活動中，學生可以使用3D打印技術打印出橋梁的關鍵結構部件，如橋墩、橋拱等，然后再與其他材料組合搭建橋梁模型。通過3D打印技術制作的部件精度高、質量好，能夠提高橋梁模型的穩定性和承重能力，同時也讓學生感受到現代科技在工程實踐中的應用魅力。4.4創設真實情境創設貼近生活的真實情境是科學與工程融合教學中的關鍵環節，它能為學生提供一個將理論知識與實際應用緊密結合的平臺，激發學生的學習興趣和探究欲望，使學生在解決實際問題的過程中更好地理解和掌握科學與工程知識。在小學科學教學中，教師可以從日常生活、社會熱點問題以及自然現象等多個角度入手，創設真實情境。以“電路”知識教學為例，教師可以創設這樣一個生活情境：假設學生家中的某個房間突然停電了，需要學生運用所學的電路知識來排查故障原因。學生們首先要思考電路的基本組成部分，如電源、導線、開關、用電器等，然后逐一檢查各個部分是否正常工作。在這個過程中，學生需要判斷是保險絲熔斷、電線短路還是電器損壞等問題，并嘗試找出解決問題的方法。這種貼近生活的情境讓學生深刻體會到電路知識在日常生活中的重要性，激發他們主動運用科學知識解決問題的積極性。社會熱點問題也是創設真實情境的重要素材。在學習“能源與環境”相關知識時，教師可以引入當前全球關注的能源危機和環境污染問題，如石油資源的日益枯竭、大氣污染的加劇等。教師可以提出問題：“面對這些問題，我們如何利用科學與工程知識開發新能源，減少環境污染？”引導學生思考太陽能、風能、水能等新能源的開發和利用方式，以及如何設計環保的能源利用系統。學生們可以分組討論，提出各種創意和方案，如設計一個小型太陽能發電站，或者開發一種高效的污水處理裝置。通過這樣的情境創設，學生不僅能夠學習到科學知識，還能培養社會責任感和環保意識，關注社會熱點問題，為解決實際問題貢獻自己的智慧。自然現象同樣可以為創設真實情境提供豐富的資源。在學習“天氣與氣候”知識時，教師可以結合當地的天氣變化情況，創設情境。比如，最近當地經常出現暴雨天氣，導致城市內澇嚴重。教師可以引導學生思考：“為什么會出現這樣的天氣現象？如何運用科學知識預測天氣變化？在工程方面，我們可以采取哪些措施來減少城市內澇的影響？”學生們通過查閱資料、觀察天氣數據等方式，了解暴雨形成的原因和機制，學習天氣預報的方法。在工程實踐方面，學生們可以設計城市排水系統的改進方案，如增加排水管道的直徑、建設雨水收集設施等。通過這樣的情境教學，學生能夠將科學知識與自然現象緊密聯系起來，提高解決實際問題的能力。為了使學生更好地融入創設的真實情境，教師可以組織學生開展實地考察、調研等活動。在學習“植物的生長”知識時，教師可以帶領學生到校園花園或附近的農田進行實地觀察，讓學生親身體驗植物的生長環境和生長過程。學生們可以觀察不同植物的形態、結構，了解它們的生長需求，如陽光、水分、土壤等。在實地考察過程中，教師可以引導學生思考如何運用工程技術手段改善植物的生長環境，如設計自動灌溉系統、搭建溫室大棚等。通過實地考察和調研，學生能夠更加直觀地感受科學與工程在實際生活中的應用，增強學習的實效性。教師還可以利用多媒體資源，如圖片、視頻、動畫等，為學生呈現更加生動、形象的真實情境。在學習“宇宙探索”知識時，教師可以播放一些關于宇宙星空、衛星發射、太空探索的視頻資料，讓學生仿佛置身于浩瀚的宇宙之中。通過觀看這些視頻，學生能夠更加直觀地了解宇宙的奧秘和科學技術在宇宙探索中的應用，激發他們對科學的好奇心和探索欲望。五、融合教學的實施困境與突破5.1實施困境分析在小學科學教學中，實現科學與工程的融合面臨著諸多挑戰，這些挑戰在教師工程素養、教學資源以及評價體系等方面均有體現。教師作為教學活動的組織者和引導者，其工程素養的高低直接影響著科學與工程融合教學的質量。然而，當前許多小學科學教師在工程素養方面存在明顯不足。在知識儲備上，小學科學教師大多接受的是傳統的師范教育，其專業背景主要集中在科學教育或相關理科領域，對工程知識的系統學習相對較少。這導致他們在面對工程相關內容時，往往缺乏深入的理解和把握。在講解“橋梁設計”時，教師可能對橋梁的結構力學原理、材料選擇的工程標準等知識掌握不夠扎實，無法為學生提供全面、準確的指導。在教學能力方面，部分教師缺乏將工程知識與科學教學有機結合的能力。他們習慣于傳統的科學教學模式，注重知識的傳授，而忽視了工程實踐活動的設計和組織。在教學過程中，難以引導學生運用科學知識解決工程問題，無法有效地培養學生的工程思維和實踐能力。有些教師在組織“制作小夜燈”的教學活動時，僅僅簡單地介紹一下制作步驟，而沒有引導學生思考電路設計的原理、如何優化小夜燈的性能等工程問題，使得學生的學習停留在表面，無法真正實現科學與工程的融合。教學資源的缺乏也是制約科學與工程融合教學的重要因素。在教材資源方面，雖然近年來一些教材開始注重科學與工程的融合，但整體上仍存在不足。部分教材中工程內容的呈現方式較為單一，缺乏生動性和趣味性，難以激發學生的學習興趣。教材中關于工程實踐活動的設計不夠豐富，且與實際生活聯系不夠緊密，導致學生在學習過程中難以將所學知識應用到實際情境中。在學習“簡單機械”時，教材可能只是簡單地介紹了幾種簡單機械的原理和應用，而沒有設計相關的工程實踐活動，讓學生親身體驗簡單機械在實際生活中的作用。實驗設備和材料的不足也給教學帶來了很大困難。科學與工程融合教學需要大量的實驗設備和材料來支持學生的實踐活動。然而，許多學校的實驗室設備陳舊、老化，無法滿足教學需求。一些學校缺乏先進的電子設備、3D打印機等現代化教學工具，限制了學生對新興工程技術的學習和探索。在“設計制作小夜燈”的教學中，如果學校沒有足夠的電子元件和實驗工具，學生就無法進行電路連接和調試等實踐操作，影響教學效果。實驗材料的種類和數量也往往有限，學生在進行工程實踐時，可能無法選擇到合適的材料，從而限制了他們的創意和設計。評價體系不完善同樣對科學與工程融合教學產生了負面影響。當前，小學科學教學評價仍然以傳統的紙筆測試為主，主要考查學生對科學知識的記憶和理解，而對學生在工程實踐中的表現、能力提升以及情感態度等方面的評價相對較少。這種評價方式無法全面、準確地反映學生在科學與工程融合學習中的成果和進步。在“用紙造一座‘橋’”的教學活動中，傳統評價方式可能只關注學生對橋梁結構知識的掌握情況，而忽視了學生在設計、制作過程中所展現出的創新思維、團隊合作能力以及解決問題的能力。評價標準不夠明確和科學，也是一個突出問題。對于學生在工程實踐中的作品和表現，缺乏具體、量化的評價指標，導致評價結果主觀性較強。在評價學生制作的污水凈化器時，可能沒有明確的標準來衡量其凈化效果、設計合理性等方面，使得評價結果不夠客觀、公正。這不僅無法為學生提供有效的反饋和指導，也難以激發學生參與科學與工程融合學習的積極性。5.2突破策略探討針對小學科學教學中科學與工程融合所面臨的實施困境，需要采取一系列切實可行的突破策略，以推動融合教學的順利開展，提升教學質量。提升教師的工程素養是關鍵。學校應加強對小學科學教師的專業培訓，定期組織教師參加工程知識與技能的培訓課程。這些課程可以涵蓋工程設計原理、材料科學、機械結構等方面的內容，邀請專業的工程師或高校相關領域的教師進行授課，使教師系統地學習工程知識。學校可以組織教師參加為期一周的工程素養提升培訓，課程內容包括工程制圖、3D打印技術應用、簡單機械設計等，通過理論學習和實踐操作相結合的方式，讓教師深入了解工程領域的知識和技能。學校還可以鼓勵教師參與工程相關的學術研討會和交流活動，拓寬教師的視野，了解工程領域的最新發展動態和研究成果，促進教師之間的經驗分享和交流。教師自身也應積極提升工程素養，利用業余時間自主學習工程知識，閱讀相關的專業書籍和文獻，關注工程領域的前沿技術和應用案例。教師可以加入一些科學與工程教育的專業社群，在社群中與其他教師和專業人士交流學習心得，共同探討教學中遇到的問題和解決方案。在“設計制作小夜燈”的教學準備過程中，教師可以通過閱讀相關的電子電路書籍和在網絡上搜索資料，深入了解電路設計的原理和方法，為教學提供更豐富的知識儲備。拓寬教學資源渠道對于科學與工程融合教學至關重要。學校應加大對科學與工程教學資源的投入，購置先進的實驗設備和豐富的實驗材料。配備專業的電子實驗套件，包括各種電子元件、電路板、面包板等，滿足學生在電路實驗中的需求；購置3D打印機、激光切割機等先進的制造設備，為學生提供創新實踐的工具。學校還可以建立科學與工程教學資源庫，整合各類教學資源，如教材、課件、實驗視頻、教學案例等，方便教師和學生查閱和使用。資源庫可以按照教學內容和年級進行分類，教師可以根據教學需要快速找到相關的教學資源，提高教學效率。除了學校自身的投入，還可以積極尋求社會資源的支持。與企業、科研機構合作，建立校外實踐基地，為學生提供更多接觸實際工程的機會。學校可以與當地的電子企業合作，建立電子技術實踐基地，定期組織學生參觀企業的生產車間，了解電子產品的生產流程和技術應用；邀請企業的工程師到學校開展講座和指導學生實踐活動，讓學生了解實際工程中的問題和解決方法。學校還可以利用網絡資源，開發在線教學平臺，提供豐富的網絡課程和虛擬實驗，拓寬學生的學習渠道。通過在線教學平臺，學生可以隨時隨地學習科學與工程知識，進行虛擬實驗操作，提高學習的自主性和靈活性。完善評價體系是科學與工程融合教學的重要保障。建立多元化的評價方式，綜合運用過程性評價、表現性評價和終結性評價。在“用紙造一座‘橋’”的教學活動中，過程性評價可以關注學生在設計和制作過程中的參與度、團隊合作能力、問題解決能力等，通過觀察學生的表現、記錄小組討論情況等方式進行評價；表現性評價可以通過學生展示自己制作的橋梁模型，評價其結構合理性、創新性、美觀性等方面；終結性評價則可以通過考試或作業的方式，考查學生對橋梁結構知識和工程設計方法的掌