【一等奖小学科学教学论文】从历史演进到哲学认知的科学教育实践——教材《工具与技术》单元编写逻辑

【摘要】：教科版小学科学《工具与技术》单元(新教材)的编写，基于“坚持素养导向、突显科学思维、加强进阶贯通”的教材编写理念及“四螺旋结构”框架，以独轮车为核心载体，构建“课标依据—技术哲学内核—历史演进脉络—学生实践载体”的四维融合逻辑，通过“观察工具—拆解技术—动手制作—拓展应用”的递进设计，将技术与科学的互动关系、技术史等抽象内容转化为具象学习活动。同时，依托“四螺旋结构”实现学科核心素养、跨学科概念、学习内容领域与教学环节的有机融合，最终达成培养学生工程思维、历史思维与系统思维的目标，为小学技术与工程领域教学提供“从具象到抽象、从实践到思维”的实施路径。

【关键词】：小学科学；教材编写；技术本质；技术演化；STS

小学科学教育作为培养公民科学素养的基础载体，其核心使命不仅在于知识传递，更在于引导学生理解科学、技术与社会的深层关联。《义务教育科学课程标准(2022年版)》明确提出“凸显实践、注重关联、强调跨学科”的要求，尤其强调在技术与工程领域需引导学生“认识简单机械及其应用”“理解技术与工程的实践过程”，这为教材编写确立了“素养导向”的核心方向。教科版小学科学新教材的编写严格遵循这一要求，以“坚持素养导向、突显科学思维、加强进阶贯通”为原则，通过大单元结构、情境化设计等方式，将抽象的科学概念与技术原理转化为可感知、可实践的学习内容。同时，教材创新性地采用“四螺旋结构”，将学科核心素养、跨学科概念、学习内容领域与单元及课时设计有机融合1]，形成“认知—实践一思维”相互促进的学习闭环，为学生科学素养的阶梯式发展提供支撑。

《工具与技术》单元作为落实上述理念的典型载体，其编写面临三重核心命题：一是如何将技术与科学的发展史融入小学阶段的学习内容，避免单纯的知识罗列，转而通过具象工具展现“科学原理支撑技术创新、技术需求推动科学探究”的互动关系：二是如何平衡“抽象理论”与“具象实践”，让小学生在动手操作中理解技术的本质(如技术的组合性、系统性)；三是如何通过单元设计培养学生的工程思维、历史思维与系统思维，实现从“知识学习”到“素养养成”的跨越。

基于此，本单元以“独轮车”为核心载体，构建“四维融合”的编写逻辑，如图1所示。其以课标要求锚定科学观念目标，以布莱恩·阿瑟技术哲学思想(如“技术组合进化”“模块化”)为理论内核，以工具与技术的历史演进为脉络，以学生实践活动为转化路径。通过“观察工具一拆解技术一动手制作—拓展应用”的递进设计，既让学生在古今工具对比中感知技术进化的逻辑，又在工程实践中理解科学与技术的协同关系，最终实现“科学观念—科学思维探究实践一态度责任”的综合育人目标。这一编写思路既贴合教科版教材“大单元整合、情境化学习”的特色，也为小学阶段技术与工程领域的教学提供了“从具象到抽象、从实践到思维”的可行路径。

图1“工具与技术”单元“四维融合”编写逻辑

小学科学教学模式从探究型教学向思维型教学转变的大背景下，高阶思维培养被作为教学的核心目标[2]。工具与技术是连接科学理论与生活实践的核心载体，其教育价值不仅在于知识传递，更在于高阶思维与学科核心素养的培育。从科学—技术—社会(STS)的互动关系来看，工具与技术是人类改造自然、适应社会的基本手段，小学阶段的相关教育能帮助学生建立“科学认知—技术应用—社会影响”的关联意识3]。同时，这一教育过程培养学生的工程思维(如“明确任务—设计—制作—测试”的流程意识)、创新意识(如对工具结构的改进尝试)和技术认知(如理解工具与技术的协同关系），为其后续理解复杂技术系统奠定基础。工程(含工具与技术实践)是“具象化的科学、技术与社会”，小学阶段的启蒙教育正是让学生通过具象体验感知这种关联性的关键[4]。

《工具与技术》单元以“从生活到科学、从认知到实践”为路径，通过独轮车这一实物载体串联起工具使用、技术探究与工程实践。这一设计呼应了布莱恩·阿瑟“技术是现象的集合”的观点——独轮车作为“现象集合”的具象化工具，其本身的结构设计和使用场景中，囊括了杠杆、轮轴、斜面、滑轮等简单机械原理(科学现象)，能让学生直观感知“技术是科学原理与实践需求的结合”[5]。单元通过引导学生完成“观察工具—拆解技术一动手制作”的递进式探究活动，帮助学生建立对“技术本质(如技术的目的性与系统性)”“科学与技术关系(如科学原理支撑技术应用)”的初步认知，最终在“推动社会发展的工具和技术”一课中，通过运输工具演变、中国空间站等案例，实现从具象工具到宏观技术系统的认知跃升。

单元编写以“四维融合”为核心逻辑，实现科学教育与技术教育的有机统一。

一是以课标要求为依据，紧扣“认识简单机械及其应用”“理解技术与工程的实践过程”等课标要求，将科学观念、科学思维、探究实践与态度责任目标融入具体活动，如通过“制作独轮车”落实“工程设计流程”相关要求，通过“分析运输工具发展”达成“理解工具与技术协同进化”的目标。

二是以技术哲学为内核，渗透“技术组合进化”“模块化”等思想，如通过独轮车“车身、轮子、扶手”的模块化设计(组装技术)、运输工具中“动力技术+材料技术+组装技术”的组合应用，让学生感知“技术是已有元素的组合与优化”。

三是以历史演进为脉络，通过“独轮车→电动汽车”“蒸汽机车→现代列车”“独木舟→现代轮船”的古今对比，展现工具与技术“由简入繁、协同进化”的历史逻辑—工具迭代(如车辆从木质到复合材料)依赖技术发展(材料技术、动力技术)，而工具进步又为技术应用提供新场景(如电动汽车推动电力技术优化)，这一设计体现了“技术演化是自身创生与环境适应的统一”的观点。

四是以学生实践为载体，通过“模拟独轮车杠杆实验”“搭建斜面”“分析中国空间站技术应用”等可操作活动，让学生在亲身体验中理解技术原理，让学生在亲身体验中理解“同一种工具可应用多种技术”“同一种技术可服务多种工具”的核心关系，符合“工程是设计方案物化结果”的实践本质。