【一等奖小学科学教学论文】从做手工到学结构:小学制作类科学课的教学逻辑重构与实践路径——以“做个穿绳板”一课为例

[摘要]《义务教育科学课程标准（2022年版）》强调科学课程应融合探究实践与工程思维。然而，小学制作类科学课教学陷入“手工化”困境，重技能模仿而轻科学思考。针对这一问题，文章以结构与功能这一概念为理论框架，重构教学逻辑，实现从操作导向向思维导向的课堂转型；同时构建“需求分析—工具探究—迭代优化—迁移升华”四阶段教学路径，使学生经历完整的工程实践闭环，助推科学思维的深度发展，为小学科学落实技术与工程领域教学要求、推进课堂深度学习提供可落地的实践范式。

[关键词]科学制作课；结构与功能；工程思维；教学重构；小学科学

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）提出在广义的理解中，科学也包括技术与工程11。科学课程目标强调学生通过技术与工程实践，发展系统性、迭代性与创新性的问题解决能力。制作类活动是落实小学科学教学目标的重要载体。然而，在实际教学中，这类活动容易陷入“手工化”困境：课程取向固守操作规范本位，教学偏重技能模仿与标准化成品制作。这一教学倾向虽能有效锻炼学生的动手能力，却在一定程度上削弱了科学课程本应具备的思维性、探究性与设计性。

围绕工具使用或产品制作开展的制作类课程，一般包含明确的操作步骤、特定的工具需求以及实体成果产出等教学内容，内含工具结构与功能对应的科学原理、“设计一制作一测试一改进”的工程迭代思维，完整呈现依托真实情境问题开展技术实践的探究过程。但这类课程常被窄化为操作训练课：教师分步示范，学生按序模仿，评价标准完全以作品规整度为核心。学生单纯依赖教师预设流程完成产品构建，难以领悟制作类活动所蕴含的科学原理、工程决策过程及系统优化思维。

基于此，本文以苏教版科学二年级上册“做个穿绳板”一课为例，对小学制作类科学课进行教学逻辑重构，探索小学“思维本位”科学教学的有效实施路径。

结构与功能是贯穿物质科学、生命科学、地球与宇宙科学以及技术与工程领域的基础性概念[2]，被新课标列为跨学科概念之一[1]16。这一概念存在双向辩证关系：一个物体或系统的结构（包括成分、组成、形状、排列等[3]）决定了它所具有的功能或性质；反之，特定的功能需求也会影响甚至决定结构的形成与演变。引入结构与功能作为贯穿性概念后，教学逻辑主要体现在以下三个层面。

教师将工具作为探究对象，引导学生观察其结构特征，如部件形态、纹理密度与排列方式、螺旋导程等，并据此推理该结构所能实现的功能类型，包括粗加工、精修形、排屑、打磨等，进而自主归纳出合理的使用方法。这一过程能帮助学生建立“结构一功能一方法”因果链条，从机械模仿行为转变为有逻辑依据的工程判断。在不同类型的制作任务中，教师可通过“先呈现工具，后引导观察”的教学策略，引导学生在结构特征与使用方法之间形成因果推理，从而将工具教学从纯技能训练提升为工程认知能力的培养。

教师引导学生以产品的功能定位为起点，逆向推导结构应满足的设计标准。学生先明确为实现该产品功能需完成的任务，然后依据该功能任务，分析结构须具备的关键特征。不同制作任务的具体标准虽有差异，但其内在逻辑具有一致性：功能为结构设计划定不可突破的底线要求，而结构依托实体形态，将功能诉求转化为具象技术实现。教师须引导学生认识到同一功能可通过不同结构方案实现，但关键设计标准的缺失必然导致功能失效。学生通过从功能到结构的逆向推演，能形成“设计服务于功能”的工程意识[4]，而非盲目堆砌材料或照搬固定样例。

制作类活动流程须遵循“设计一制作一测试一归因一调整一再测试”的循环路径，实现“设计一测试一改进”的迭代闭环。学生完成初步制作后，以实际功能表现作为评价依据。在此基础上，教师引导学生将观察到的功能缺陷与具体结构问题建立因果联系，继而指导学生选择合适的工具与方法进行有针对性的结构调整，并在调整后重新测试验证。该过程使学生亲历功能反馈驱动结构优化的完整机制，理解制作流程迭代是工程设计中实现结构与功能动态匹配的常规路径。经过循环训练，学生在面对新的制作任务时，能够自觉将功能实现程度作为检验标准，并从结构角度系统地寻找改进方向，从而使结构与功能概念从抽象表述转化为可迁移的实践认知框架。

综上，工具层面奠定“以构推用”的认知基础，产品层面确立“因需设构”的目标定向，过程层面提供“迭代适配”的实践机制。三者依次支撑、循环深化，共同将结构与功能概念转化为可操作的课堂实践逻辑。

基于结构与功能跨学科概念三个层面的逻辑重建，本文提出“需求分析一工具探究一迭代优化一迁移升华”四阶段教学实施路径：结构与功能作为思维主线贯穿始终；需求分析确立教学设计起点，遵循功能决定结构的底层逻辑；工具探究活动落实“结构决定功能与方法”的推理逻辑；经由迭代优化呈现结构与功能的动态匹配关系；迁移升华阶段引导学生抽象提炼“形式追随功能”的跨情境通用原理。四个阶段并非线性递进的封闭流程，而是围绕结构与功能概念形成的螺旋上升结构。各个阶段相互嵌套、彼此支撑，共同助力学生工程思维与科学素养的发展。

在需求分析环节中，教师创设问题情境，引导学生识别需求并归纳核心功能；通过呈现存在结构缺陷的样例，促使学生自主推导合格产品应满足的结构标准，帮助学生从任务被动执行者转变为问题主动定义者，使其初步建立“功能决定结构”的工程意识。

在“做个穿绳板”课堂中，首先，教师提出问题：“练习系鞋带有何不便？能否设计工具解决?”学生识别出弯腰累、多人练习需多双鞋等困难，归纳出理想工具应具备的核心功能。其次，教师出示孔位错乱、边缘粗糙的缺陷穿绳板，学生对比缺陷样品、开展功能需求分析后，自主推导出合格穿绳板的结构标准为双排孔对齐、孔径适中、边缘光滑。当被问及“为何需要双排对齐的孔”时，学生的回答“鞋带需交叉穿过，不对齐容易穿错”，表明其正从遵从教师指令转向依据需求设计结构的内在理解，初步建立“功能决定结构”的工程思维方式。这一教学设计以解决真实问题为开端，赋予学习情境实际运用价值。同时，工程思维培养环节之一的需求分析[5]也在探究进程中自然凸显。