科学与工程是STEM教育的两个重要的方面。科技老师对于小学科学课堂上的实验已经非常熟悉了，但对于尝试将科学实验与工程问题结合起来的尝试还比较少。这里我们以小学二年级的实验“固体、液体和气体”为例，看看美国的科学课堂如何将工程实践和传统小学实验室活动的有机结合。
案例背景
这个案例选自《中国科技教育》2015年第8期，教师将科学实验活动与工程实践相结合，学生通过合作决定自己采用何种探究过程和解决方法，将工程实践融入科学学习中，提高其批判性思维和基于探究的解决问题能力。
课程以《新一代科学教育标准》（NGSS）作为设计标准。NGSS是美国国家研究会制定的新一代STEM教育的标准，标准中强调了工程教育的重要性，将工程教育融入于科学课程，让学生有更广泛的体验STEM教育的技能、问题和机会，强化科学概念。
活动导入
要求学生自己制作一个冰柜来解释物质（果汁）从液体变为固体（棒冰）的变化，以此作为他们实验室工作的一部分。
活动过程
1、了解冰淇淋机
教师手机家用冰淇淋机的例子并告诉学生，他们要对冰淇淋机进行假设：它们是如何设计出来的、设计元素的背后目的、每个组成部分的设计目的及它为什么出现在这里。学生需要分组对冰淇淋机进行“逆工程研究”。
“逆工程研究”怎么进行呢？我们可以这么做：
- 学生小组合作，检查冰淇淋机的构造，讨论里面部件长怎么样；
- 高度参与活动，并且分享背景知识和一些制作冰淇淋的经验；
- 学生对制作冰淇淋机的原料和冰块放在哪个部分产生疑惑，出现两个猜测： 猜测1：冰会放入中间金属圆筒中。 猜测2：冰、盐、原料混合后放入金属圆筒中。 经过讨论后，学生发现原料会混合后放入金属圆筒中，而冰放在金属圆筒和外壁之间的空隙中。 少量学生能想到盐和冰要混合在一起。 没有学生能够理解盐和冰为什么要混合。
2、设计冰淇淋机-绘图
教师要求学生绘制出一个冰淇淋机的草图，并标注出各个部件。画好之后对这些部件的用途进行猜测。
3、设计与制作冰淇淋机
教师给学生发放制作冰淇淋机的材料列表，包括一个戴盖的筒、冰、盐、报纸和透明胶带。
学生反馈
- 学生使用教师发放的材料制作一个冰淇淋机；
- 每个小组向全班汇报他们的设计计划和思考，交流之后，改进他们的方案；
- 学生以小组为单位制作冰淇淋机，通过简单的冷冻果汁汽水测试他们的机器。如果果汁能够冻成冰棒，说明试验成功。如果试验没有成功，还有一次机会改进他们的方案。
活动成果评估
教师检查学生记录在科学笔记本上的设计、改进和结论时，能够评估出很多东西，如学生对隔热性、空气的作用，以及液体转化为固体需要的能量转化等知识的理解程度。
通过对课程的调整和改善，教师能够对学生批判性地看待问题，创造性地解决问题以及对预测进行检验的能力进行评估。
课程设计与NGSS有着密切的关联，我们可以从下表看出活动与NGSS关系。
本活动选自科技学堂课程《科学与工程在课堂中的整合》，除了这个活动，课程还为科技教师提供了25个不同的科技活动，帮助科技教师进一步了解NGSS，将先进的STEM教育理念运用于课堂之中。点击下方小程序报名学习吧。
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