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人教鄂教版《科学》二年级上册以《义务教育小学科学课程标准》（以下简称《课标》）为依据，以“家乡与祖国”为主线选择、组织教学内容，根据学生的年龄特点设计教学活动，帮助他们建构科学概念，使他们了解科学技术与人类生活的密切关系，培养他们的科学探究能力和科学态度。为了帮助一线教师更好地把握二年级上册教材的设计思路，并在教学中较好地落实《课标》相关要求，实现教材的编写意图，本文简要介绍和分析本册教材的整体结构、各单元教学内容的设计思路和教学注意事项。
本册教材的整体结构
二年级上册教材由4个单元组成，每个单元有3课，全册共计12课。本册教材所包含的内容以及各课内容与《课标》规定的低年级学习目标之间的对应关系参见表1。
通过表1可以看出，本册教材涉及物质科学、生命科学和工程与技术等三大领域的内容，并与《课标》规定的低年级学习目标有较好的对应关系。
各单元的设计思路和教学注意事项
本册教材每个单元各课之间存在怎样的内在联系？教学过程中需要注意什么？下面围绕这些问题对教材进行分析。
1.《植物的生活》单元设计思路
本册第一单元《植物的生活》的教学重点是落实《课标》中“7.1、8.1、15.1”这三条低年级学习目标（见表1）。为此，本单元依次安排了《养植物》《谁的植物长得好》《我们离不开植物》三课内容，各课的“科学实践活动”和“拓展与应用”内容见表2。
本单元前两课的教学重点是使学生通过学习，认识到植物需要水和阳光来维持生存和生长。为此，在第1课《养植物》中，教師首先指导学生观察身边常见植物的生长环境，对植物的生长条件形成初步的感性认识。在此基础上，指导学生亲手栽种一盆植物，并让他们仿照植物在自然界中的生长环境，把植物放在合适的地方养护一至两周，养护过程中定期记录自己的养护方法和植物的生长变化。在第2课《谁的植物长得好》中，教师让学生把自己养的植物带到班里进行展示，并与同学交流各自的养护方法和植物的生长变化。通过交流，使学生认识到水和阳光对植物生长的重要性。
本单元最后一课《我们离不开植物》的教学重点应当是让学生通过交流，了解植物的用途，认识植物与人类生活的密切关系，初步养成珍惜植物资源的意识。此外，按照教材的设计，学生在第1课观察植物生长环境的过程中，还要随时记录观察到的物体（如蚂蚁、蚯蚓、水、石头），并且按照“有生命”“无生命”把它们分成两类，通过交流，初步建立“生物”概念。
教材中“拓展与应用”内容的选取、编排也体现出编者的精心设计，这些内容对于拓展学生的视野、激发学生的兴趣具有十分重要的意义。比如，第1课的“拓展与应用”内容“没有土壤可以养植物吗”，利用几幅图片向学生介绍了一些没有土壤也能生长的植物，目的是使学生通过阅读和思考认识到，土壤不是植物生长的必需条件。第2课的“拓展与应用”内容“不同环境中的植物”，利用几幅图片向学生展示了生活在沙漠、房顶、岩石、池塘等不同环境中的植物，目的是使学生通过阅读和思考认识到，不同环境中的植物虽然生长条件（如有无土壤、水量多少）可能不同，但都离不开水和阳光，水和阳光是植物生存和生长的必需条件。第3课的“拓展与应用”内容“神奇的植物——黄花蒿”，通过介绍我国科学家屠呦呦利用常见植物黄花蒿，研制出药效神奇的抗疟药物青蒿素，因此获得诺贝尔科学奖项的故事，使学生进一步体会植物与人类生活的密切关系，同时渗透爱国主义教育。
2.《水和空气》单元设计思路
第二单元《水和空气》的教学重点是落实《课标》中“2.1、2.2、3.1”三条低年级学习目标（见表1）。本单元依次安排了《水》《把它们放进水里》《空气》三课内容，各课的“科学实践活动”和“拓展与应用”内容见表3。
从表3可以看出，本单元首先引导学生认识水的特征，了解水的用途。其次让他们了解水对某些物质的溶解现象，学习与溶解相关的科学知识，了解生活中的溶解现象。最后让他们观察空气，认识空气的主要特征，并把空气与水进行比较，认识两者的相同与不同，为中年级建构液体和气体的概念打下基础。
针对低年级学生以感性认识为基础的认知特点，本单元设计了丰富的动手动脑活动，旨在激发学生的学习兴趣，加深他们对相关知识的理解。比如，第4课《水》的教学重点是认识水的颜色、形状、气味等基本特征。为此，编者为本课的科学实践活动设计了三个环节：第一个环节指导学生观察水的形状，让他们通过把水倒进形状不同的容器、改变盛水塑料袋的形状等活动，认识到水没有固定的形状，水的形状会随着容器形状的改变而改变。第二个环节引导学生运用多种感官观察水的颜色、气味和味道，认识水的特征。第三个环节启发学生根据水的特征完成一项任务——从几杯液体中找出水并说出自己的做法和理由，引导学生巩固所学知识，培养他们运用所学知识解决实际问题的意识和能力。
第5课《把它们放进水里》的教学重点是引导学生通过活动建立溶解概念，认识溶解现象的特点，知道有些物质能够溶解在一定量的水里，有些物质很难溶解在水里。本课的科学实践活动“把它们放进水里会怎样”由三个环节组成。第一个环节是把几种物质放进水里后充分搅拌，观察有什么现象发生——学生会发现有的物质能够溶解在水里，有些物质很难溶解在水里，在此基础上建立“溶解”概念。第二个环节是指导学生观察酸梅晶在水里的溶解过程，认识溶解现象的特点。第三个环节是指导学生不断地往一定量的水里加盐，观察食盐不能继续溶解的现象，从而认识到物质在一定量的水里的溶解量是有限的。
第6课《空气》的教学重点是认识空气的基本特征。为此，编者为本课科学实践活动“观察空气”设计了三个环节：第一个环节让学生想办法证明袋子里面有空气，切身感受空气的客观存在。第二个环节启发学生仿照“观察水”的做法，运用多种感官感知空气，并用科学的语言描述空气的颜色、气味等特征。第三个环节是借助气球观察空气的形状——通过改变气球的形状认识到空气没有固定的形状。 除了上述科学实践活动，第4课《水》、第5课《把它们放进水里》的拓展与应用环节还补充介绍了一些与水的用途密切相关的生活现象，目的是拓展学生的视野，使他们进一步体会科学与人类生活的密切关系，激发他们对水的研究兴趣，并为中、高年级相关知识的学习打下基础。第6课《空气》的拓展与应用活动“比较水和空气”的设计意图则是引导学生对空气和水进行比较，发现两者的相同点和不同点，为中年级学习固体、液体和气体的概念打下基础。
3.《推和拉》单元的设计思路
第三单元《推和拉》的教学重点是落实《课标》中第5.1条低年级的学习目标（见表1）。为此，本单元安排了《拉力》《推力》《巧用力》三课内容，每课都根据二年级学生的年龄特点安排了丰富多彩的教学活动（见表4）。
第7课《拉力》的科学实践活动“体验拉力”由拉人游戏、拉重物、拉橡皮筋和弹簧三个环节组成。通过拉人游戏，学生能切身感受到拉力的存在，并且发现拉力有大小的不同;通过拉重物，学生能认识到力能使物体的位置发生改变;通过拉橡皮筋和弹簧，学生能认识到力能改变物体的形状。
第8课《推力》的设计意图是在第7课的基础上巩固并加深学生对力的认识。为此，编者为本课的科学实践活动“体验推力”设计了三个环节：第一个环节组织学生做推人游戏，使学生通过游戏和交流，发现推力和拉力的方向不同，由此认识到力不仅有大小之分，还有方向之别。第二个环节引导学生通过推重物发现推力跟拉力一样，也能改变物体的位置;第三个环节引导学生通过推皮球和海绵，发现推力跟拉力一样，也能改变物体的形状。
本單元的最后一课《巧用力》的设计思路是：引导学生综合运用前面两课所学的知识解决问题，培养学生的迁移能力。根据二年级学生的年龄特点，编者以“趣味运动会”作为本课科学实践活动的标题，精心设计了两人平移重物、三人运球的游戏，启发学生根据力有大小和方向的特点，小组成员通力合作完成任务，赢得比赛。
本单元的科学实践活动多以体验、游戏形式为主，难度不大，这样设计是考虑到二年级学生对“力”这种抽象概念的认知基础薄弱，必须借助具体、生动的体验活动才能形成丰富的感性认识，初步建构“力”的概念，为中、高年级对力和运动的进一步学习打下良好的认识基础。
4.《制作小船》单元的设计思路
第四单元《制作小船》是本册教材的STEM单元，教学重点是落实《课标》“工程与技术”领域的低年级学习目标（见表1）。考虑到二年级学生的原有生活经验、认知水平和动手制作能力有限，本单元引导学生从生活中常见的船出发，通过交流认识船的主要结构和一些用途不同的船，体会工程技术的发展给人类生活带来的便利、快捷和舒适。在此基础上，教师指导学生设计、制作一只小船，培养他们的设计、制作与交流能力。
按照上述设计思路，本单元安排了三课内容：第10课《认识船》、第11课《设计和制作小船》、第12课《改进小船》，每课的“科学实践活动”和“拓展与应用”内容详见表5。
第10课《认识船》的教学重点是引导学生基于日常生活经验以及对某种船的认真观察，认识船的基本结构。在此基础上，学生通过阅读和交流，认识更多结构不同、用途各异的船，为下节课设计小船的活动打下基础。为此，教材安排了一个科学实践活动“船由哪些部分构成”和一个拓展与应用活动“各种各样的船”。通过这些活动，学生能对常见船的基本结构和船的主要用途形成较为深刻的认识。
第11课《设计和制作小船》是在第10课的基础上，指导学生设计一种船——包括画出小船的设计图并在图上标出各部分所用的材料，然后按照设计图选择合适的材料和工具制作小船。
第12课《改进小船》，承接第11课设计、制作小船的活动，组织学生展示、测试作品，相互评价每只小船的优点和不足，并根据测试结果和大家提出的合理化建议，对小船的设计进行改进，最终较好地完成制作小船的任务。
通过上面的分析可以看出，本单元三课之间相互关联，从引导学生认识船的基本结构入手，到指导学生画出一份小船设计图并按照图纸的要求选择材料和工具进行制作，再到对作品的测试、交流与改进。这样，通过整个单元的学习，学生可以对工程设计的一般流程和基本要求形成比较深刻的印象，为中、高年级独立完成工程设计任务打下较好的基础。
5.教学注意事项
在实际教学过程中，教师要按照教材的设计意图，落实《课标》规定的低年级学习目标，根据学校和学生的具体情况，采取合适的教学方式，引导学生通过观察、实验、交流等多种方式主动获取相关知识，亲身体验探究过程，全面培养学生的科学素养，要尽量避免讲授式教学。比如，在第一单元教学中，为了使学生认识到水和阳光对植物的生存和生长的重要性，教师要想方设法让学生体验“栽种—养护—观察—记录—交流”的过程，引导他们发现水和阳光的重要作用。同时要指导学生实事求是地记录、汇报自己的养护情况，适时培养他们的科学精神。教师不应简化教学过程，把栽种、养护、交流等主动的探究活动改成看图、看视频、听教师讲故事、讲知识等被动的学习活动。
在第二单元教学中，教师可能会发现学生对水的特征描述有误的情况。此时，教师不宜马上指出学生的错误并告诉正确答案，而应针对学生的错误，及时安排能够引发他们认知冲突的教学活动，使他们在解决认知冲突的过程中发现错误所在，进而主动纠正错误，形成正确的认识。通过这种自我纠错的教学过程，学生对所学知识会更加信服，印象会更加深刻。比如，学生描述水的颜色时，有的学生会说水是白色的，教师不宜马上指出这种说法不对，甚至直接告诉学生水是无色的，而应拿出一杯水和一杯牛奶，让学生观察、比较两者的颜色，说说两者有什么不同，引导学生发现并纠正原有的错误认识。
在第三单元教学中，教师要注意及时提出活动要求，引导学生结合各种体验活动来学习力的知识。要避免课堂气氛热热闹闹，只有动手没有动脑的现象发生。 在第四单元教学中，教师要特别注意引导学生通过设计、制作、测试、交流、改进小船的活动，了解工程技术工作的一般流程，使学生学会按照要求画出简单的小船设计图（图上要标明各部分所用材料），并且按照设计图的要求，选择材料进行制作，避免发生设计、制作“两张皮”的现象。
四 制作小船 10认识船 16.2 体会生活中的科技产品给人们带来的便利、快捷和舒适
11设计和制作小船 17.3 使用工具对材料进行简单加工
18.3 利用提供的材料和工具，通过口述、图示等方式表达自己的设计与想法，并完成任务;对自己和他人的作品提出改进建议
12改进小船
2017年颁布的《义务教育小学科学课程标准》（以下简称《课标》）新增了“技术与工程”领域的学习内容，旨在让学生综合所学的各方面知识，体验科学技术对个人生活和社会发展的影响，体会“做”的成功和乐趣，养成通过“动手做”解决问题的习惯。技术与工程教育始于美国，其主要目标是为了培养理工科人才，提升国家的科技实力。当前美国、日本及一些欧洲发达国家把技术与工程教育作为一种综合的教育模式——STEM（科学、技术、工程和数学），在不同的教育阶段与科学课程相互融合加以实施，取得了很好的效果。人教鄂教版小学《科学》教材借鉴和吸收了国内外STEM教育的经验和研究成果，通过STEM单元将传统的科学教育和技术与工程教育融合在一起，培养学生的创新能力和工程思维。
技术与工程单元内容及分布
《课标》关于“技术与工程”领域有三个主要概念：
16.人们为了使生产和生活更加便利、快捷、舒适，创造了丰富多彩的人工世界。
17.技术的核心是发明，是人们对自然的利用和改造。
18.工程的关键是设计，工程是运用科学和技术进行设计、解决实际问题和制造产品的活动。
这三个主要概念又分解为若干个子概念，分别在小学低、中、高不同阶段进行学习。这三个主要概念涉及技术、工程与生产、生活的关系，体现了对技术的理解，以及技术与工程的核心能力“设计”“制造”和“解决问题”。为了落实《课标》中“技术与工程”领域的学习目标，人教鄂教版小学《科学》教材结合自身特色，在每一册的最后一个单元安排了一个“技术与工程”领域单元，共计12个STEM单元（见表1）。
这些STEM单元严格遵照《课标》要求，按照学习进阶的方式，分成低、中、高三个阶段实施。在同一年级段，各单元对应的学习目标有一定的侧重，具体表现在“设计能力”“制作能力”“科学探究”和“對技术和工程的理解”的逻辑上升上。例如，在低年级有《制作小物品》《制作指南针》《制作小船》《从自然世界到人工世界》四个单元，《制作小物品》作为技术和工程的起始单元，主要让学生认识一些工具和学习使用工具，为以后各个单元的制作产品打下基础。小物品的结构比较单一，设计比较简单，随意度较大，学生可以用简单的草图表达自己的设计意图。《制作指南针》中的指南针相对于制作的小物品来说，结构更加复杂，需要选择一定的材料进行设计，涉及的科学知识也更多，难度有所提升。在《制作小船》单元，制作的小船结构更为复杂，每个结构和功能都有一定的对应关系，对设计和选择材料有更高的要求。最后的《从自然世界到人工世界》单元，让学生在前三个单元学习的基础上，对技术和工程有进一步的理解，了解技术与我们生活、社会的关系，了解发明创造的意义。在不同的年级，STEM单元具有一定的进阶性：根据《课标》要求，按照“科学探究”“设计能力”“制作能力”和“对技术和工程的理解”四个梯度层层递进、循环上升，最终达成学习目标。
STEM单元的编写思路
技术与工程教育注重和生活的联系，注重问题的解决，重视设计和测试在工程中的作用，多采取项目学习的方式进行，学习评价更加开放、多元。基于技术与工程教育的特点，人教鄂教版《科学》教材的STEM单元在编写上注重创设真实的情境，通过生活情境引出问题，围绕问题或任务开展探索，在科学探索的基础上进行工程设计、制作或解决问题。这个过程可以反复进行，通过测试和评议反馈信息，不断改进，直到完成项目并进行项目评价（如图1）。
与其他单元不同，STEM单元用同一个情境贯穿始终，创设的情境来自学生的生活，这也和本套教材注重学生生活经验圈这个线索相吻合。12个STEM单元的情境都基于学生的生活经验圈，从家庭和身边的问题，到学校、社区的问题，再到对田野和浩瀚宇宙的探索，由近及远，按照学生的生活经验圈逐渐扩展。引出问题后，利用研讨、观察、调查、实验等手段寻找解决方案，在此基础上产生设计方案。
不同年级对设计能力有一定的进阶性：低年级在给定材料的基础上，利用草图、简笔画或口述的方式进行设计;中年级结合设计草图，搜集材料和工具，进行研讨并修正自己的设计;高年级结合经济成本、环境、社会效益等多种因素进行设计，对一个系统工程进行考虑。工程设计、产品制作、测试和改进可以反复进行，根据测试反馈问题解决的情况，不断修正自己的设计和制作，直到最终的评价。
例如，《制作小船》单元，单元起始结合学生的实际生活，提出问题：我们都见过哪些船？想不想制作一个小船模型？然后明确任务：小船模型具有船的基本结构;能够平稳行驶;可以承载一定的重物。学生围绕这些要求开展探索：
观察船，了解船的基本结构。
在给定的材料范围内选择材料，画出船的草图并说明是用什么材料制作的。
进行制作，制作完成后进行测试。如果测试发现有问题，再修改自己的设计。
对制作的小船模型，从完成任务、创新、美观、小组合作等多个角度进行评价，评价不分等级，突出多元化，让学生获得成功的体验。
教学活动和课时安排见表2。
与《制作小船》单元类似，其他11个STEM单元也是按照项目学习和问题解决的模式进行设计，一般安排5～6课时进行教学。 STEM单元在教材体系中的作用
人教鄂教版《科学》教材将“技术与工程”领域的学习内容以单独的STEM单元进行设计，主要基于以下目的：
1.凸显技术与工程教育的重要性，更好地实现课程标准的学习目标
学生动手能力、解决问题的能力偏弱，创造性不足，是我国基础教育普遍存在的问题。多年的研究和实践表明，STEM教育在培养学生这些能力方面具有无可替代的作用。人教鄂教版《科学》教材将技术与工程作为一个个STEM教育单元进行设计，强化并凸显其价值。通过动手与动脑相结合的STEM活动，培养学生的实践能力和创新能力，在问题解决的科学实践中体会科技与生活、科技与社会之间的关系，最终实现课程标准的学习目标。
2.体现科学课程的综合性，整合不同领域的知识
综合性是小学科学课程的一个特性。小学生对于周围世界的认知没有分科意识，他们对自然的认识是整体的。小学《科学》教材要符合学生的认知特点，体现综合性。过去，小学《科学》教材在实际编写中往往分领域组织单元内容，这样容易让学生习得条块分割的知识。STEM教育本身具有综合性，通过问题解决，将不同领域的知识加以整合，将科学、技术、工程、数学，甚至艺术有机地结合在一起。此教材利用STEM教育单元，将本册和以往学习的不同领域的知识有机地结合在一起，避免知识的条块分割，让学生对科学形成一个整体认识。
例如，三年级下册《动力小车》单元，涉及的科学知识有力、运动、气球的反沖等知识，和本册《物体的运动》《周围的空气》《学习用品中的科学》等课紧密相关，利用这些知识理解问题、解决问题，能够使学生对科学与技术之间的关系理解得更加深入，同时也是对这些知识再次进行综合学习。
再如，六年级下册《飞向太空》单元，主要是让学生认识人类探索宇宙的工具，尝试制作“火箭”，并制订一个“火星定居”计划，这些活动涉及地球运动、太阳系、生态环境等知识，和本册《生物与环境》《无限宇宙》《地球的运动》等单元内容紧密相关。通过制作“火箭”、制订“火星定居计划”，可以将这些不同领域的知识有机地结合在一起。
3.培养学生的工程思维
“技术与工程”领域不同于一般的科学知识领域，其思维方式主要是工程思维。工程思维是工程设计、研究和实践中形成的思维，其核心是问题解决能力，需要综合运用各种知识和技术解决问题，强调设计、实践和建构的作用。人教鄂教版小学《科学》教材将“技术与工程”和一般的科学单元分开设计，避免与以发现、解释为主导的科学思维相混淆，以更好地训练和培养学生的工程思维。STEM单元的六个主要环节也体现着工程项目的一般流程：通过聚焦问题、科学探索、工程设计、产品制作、测试与改进、项目评价，开展跨领域、跨学科的开放式学习，通过问题解决将科学不同领域的知识及不同学科的知识进行有机融合，来培养学生的问题解决能力，提高他们的工程思维能力。
“技术与工程”领域是我国小学科学教育的一个新的领域，在开始阶段，教育观念还需要进一步转变，师资队伍、材料准备等方面会面临一定的挑战，这些都需要一个过程。另外，当前我国STEM教育刚刚起步，在理论和实践方面都还有许多问题，需要我们进一步探讨。人教鄂教版小学《科学》教材也将不断吸收国内外成功的经验和研究成果，并把它们转化为教育实践，实现《课标》的要求，把小学阶段的技术与工程教育夯实、做好。
人民教育出版社课程教材研究所（100081）
本册教材的整体结构
二年级上册教材由4个单元组成，每个单元有3课，全册共计12课。本册教材所包含的内容以及各课内容与《课标》规定的低年级学习目标之间的对应关系参见表1。
通过表1可以看出，本册教材涉及物质科学、生命科学和工程与技术等三大领域的内容，并与《课标》规定的低年级学习目标有较好的对应关系。
各单元的设计思路和教学注意事项
本册教材每个单元各课之间存在怎样的内在联系？教学过程中需要注意什么？下面围绕这些问题对教材进行分析。
1.《植物的生活》单元设计思路
本册第一单元《植物的生活》的教学重点是落实《课标》中“7.1、8.1、15.1”这三条低年级学习目标（见表1）。为此，本单元依次安排了《养植物》《谁的植物长得好》《我们离不开植物》三课内容，各课的“科学实践活动”和“拓展与应用”内容见表2。
本单元前两课的教学重点是使学生通过学习，认识到植物需要水和阳光来维持生存和生长。为此，在第1课《养植物》中，教師首先指导学生观察身边常见植物的生长环境，对植物的生长条件形成初步的感性认识。在此基础上，指导学生亲手栽种一盆植物，并让他们仿照植物在自然界中的生长环境，把植物放在合适的地方养护一至两周，养护过程中定期记录自己的养护方法和植物的生长变化。在第2课《谁的植物长得好》中，教师让学生把自己养的植物带到班里进行展示，并与同学交流各自的养护方法和植物的生长变化。通过交流，使学生认识到水和阳光对植物生长的重要性。
本单元最后一课《我们离不开植物》的教学重点应当是让学生通过交流，了解植物的用途，认识植物与人类生活的密切关系，初步养成珍惜植物资源的意识。此外，按照教材的设计，学生在第1课观察植物生长环境的过程中，还要随时记录观察到的物体（如蚂蚁、蚯蚓、水、石头），并且按照“有生命”“无生命”把它们分成两类，通过交流，初步建立“生物”概念。
教材中“拓展与应用”内容的选取、编排也体现出编者的精心设计，这些内容对于拓展学生的视野、激发学生的兴趣具有十分重要的意义。比如，第1课的“拓展与应用”内容“没有土壤可以养植物吗”，利用几幅图片向学生介绍了一些没有土壤也能生长的植物，目的是使学生通过阅读和思考认识到，土壤不是植物生长的必需条件。第2课的“拓展与应用”内容“不同环境中的植物”，利用几幅图片向学生展示了生活在沙漠、房顶、岩石、池塘等不同环境中的植物，目的是使学生通过阅读和思考认识到，不同环境中的植物虽然生长条件（如有无土壤、水量多少）可能不同，但都离不开水和阳光，水和阳光是植物生存和生长的必需条件。第3课的“拓展与应用”内容“神奇的植物——黄花蒿”，通过介绍我国科学家屠呦呦利用常见植物黄花蒿，研制出药效神奇的抗疟药物青蒿素，因此获得诺贝尔科学奖项的故事，使学生进一步体会植物与人类生活的密切关系，同时渗透爱国主义教育。
2.《水和空气》单元设计思路
第二单元《水和空气》的教学重点是落实《课标》中“2.1、2.2、3.1”三条低年级学习目标（见表1）。本单元依次安排了《水》《把它们放进水里》《空气》三课内容，各课的“科学实践活动”和“拓展与应用”内容见表3。
从表3可以看出，本单元首先引导学生认识水的特征，了解水的用途。其次让他们了解水对某些物质的溶解现象，学习与溶解相关的科学知识，了解生活中的溶解现象。最后让他们观察空气，认识空气的主要特征，并把空气与水进行比较，认识两者的相同与不同，为中年级建构液体和气体的概念打下基础。
针对低年级学生以感性认识为基础的认知特点，本单元设计了丰富的动手动脑活动，旨在激发学生的学习兴趣，加深他们对相关知识的理解。比如，第4课《水》的教学重点是认识水的颜色、形状、气味等基本特征。为此，编者为本课的科学实践活动设计了三个环节：第一个环节指导学生观察水的形状，让他们通过把水倒进形状不同的容器、改变盛水塑料袋的形状等活动，认识到水没有固定的形状，水的形状会随着容器形状的改变而改变。第二个环节引导学生运用多种感官观察水的颜色、气味和味道，认识水的特征。第三个环节启发学生根据水的特征完成一项任务——从几杯液体中找出水并说出自己的做法和理由，引导学生巩固所学知识，培养他们运用所学知识解决实际问题的意识和能力。
第5课《把它们放进水里》的教学重点是引导学生通过活动建立溶解概念，认识溶解现象的特点，知道有些物质能够溶解在一定量的水里，有些物质很难溶解在水里。本课的科学实践活动“把它们放进水里会怎样”由三个环节组成。第一个环节是把几种物质放进水里后充分搅拌，观察有什么现象发生——学生会发现有的物质能够溶解在水里，有些物质很难溶解在水里，在此基础上建立“溶解”概念。第二个环节是指导学生观察酸梅晶在水里的溶解过程，认识溶解现象的特点。第三个环节是指导学生不断地往一定量的水里加盐，观察食盐不能继续溶解的现象，从而认识到物质在一定量的水里的溶解量是有限的。
第6课《空气》的教学重点是认识空气的基本特征。为此，编者为本课科学实践活动“观察空气”设计了三个环节：第一个环节让学生想办法证明袋子里面有空气，切身感受空气的客观存在。第二个环节启发学生仿照“观察水”的做法，运用多种感官感知空气，并用科学的语言描述空气的颜色、气味等特征。第三个环节是借助气球观察空气的形状——通过改变气球的形状认识到空气没有固定的形状。 除了上述科学实践活动，第4课《水》、第5课《把它们放进水里》的拓展与应用环节还补充介绍了一些与水的用途密切相关的生活现象，目的是拓展学生的视野，使他们进一步体会科学与人类生活的密切关系，激发他们对水的研究兴趣，并为中、高年级相关知识的学习打下基础。第6课《空气》的拓展与应用活动“比较水和空气”的设计意图则是引导学生对空气和水进行比较，发现两者的相同点和不同点，为中年级学习固体、液体和气体的概念打下基础。
3.《推和拉》单元的设计思路
第三单元《推和拉》的教学重点是落实《课标》中第5.1条低年级的学习目标（见表1）。为此，本单元安排了《拉力》《推力》《巧用力》三课内容，每课都根据二年级学生的年龄特点安排了丰富多彩的教学活动（见表4）。
第7课《拉力》的科学实践活动“体验拉力”由拉人游戏、拉重物、拉橡皮筋和弹簧三个环节组成。通过拉人游戏，学生能切身感受到拉力的存在，并且发现拉力有大小的不同;通过拉重物，学生能认识到力能使物体的位置发生改变;通过拉橡皮筋和弹簧，学生能认识到力能改变物体的形状。
第8课《推力》的设计意图是在第7课的基础上巩固并加深学生对力的认识。为此，编者为本课的科学实践活动“体验推力”设计了三个环节：第一个环节组织学生做推人游戏，使学生通过游戏和交流，发现推力和拉力的方向不同，由此认识到力不仅有大小之分，还有方向之别。第二个环节引导学生通过推重物发现推力跟拉力一样，也能改变物体的位置;第三个环节引导学生通过推皮球和海绵，发现推力跟拉力一样，也能改变物体的形状。
本單元的最后一课《巧用力》的设计思路是：引导学生综合运用前面两课所学的知识解决问题，培养学生的迁移能力。根据二年级学生的年龄特点，编者以“趣味运动会”作为本课科学实践活动的标题，精心设计了两人平移重物、三人运球的游戏，启发学生根据力有大小和方向的特点，小组成员通力合作完成任务，赢得比赛。
本单元的科学实践活动多以体验、游戏形式为主，难度不大，这样设计是考虑到二年级学生对“力”这种抽象概念的认知基础薄弱，必须借助具体、生动的体验活动才能形成丰富的感性认识，初步建构“力”的概念，为中、高年级对力和运动的进一步学习打下良好的认识基础。
4.《制作小船》单元的设计思路
第四单元《制作小船》是本册教材的STEM单元，教学重点是落实《课标》“工程与技术”领域的低年级学习目标（见表1）。考虑到二年级学生的原有生活经验、认知水平和动手制作能力有限，本单元引导学生从生活中常见的船出发，通过交流认识船的主要结构和一些用途不同的船，体会工程技术的发展给人类生活带来的便利、快捷和舒适。在此基础上，教师指导学生设计、制作一只小船，培养他们的设计、制作与交流能力。
按照上述设计思路，本单元安排了三课内容：第10课《认识船》、第11课《设计和制作小船》、第12课《改进小船》，每课的“科学实践活动”和“拓展与应用”内容详见表5。
第10课《认识船》的教学重点是引导学生基于日常生活经验以及对某种船的认真观察，认识船的基本结构。在此基础上，学生通过阅读和交流，认识更多结构不同、用途各异的船，为下节课设计小船的活动打下基础。为此，教材安排了一个科学实践活动“船由哪些部分构成”和一个拓展与应用活动“各种各样的船”。通过这些活动，学生能对常见船的基本结构和船的主要用途形成较为深刻的认识。
第11课《设计和制作小船》是在第10课的基础上，指导学生设计一种船——包括画出小船的设计图并在图上标出各部分所用的材料，然后按照设计图选择合适的材料和工具制作小船。
第12课《改进小船》，承接第11课设计、制作小船的活动，组织学生展示、测试作品，相互评价每只小船的优点和不足，并根据测试结果和大家提出的合理化建议，对小船的设计进行改进，最终较好地完成制作小船的任务。
通过上面的分析可以看出，本单元三课之间相互关联，从引导学生认识船的基本结构入手，到指导学生画出一份小船设计图并按照图纸的要求选择材料和工具进行制作，再到对作品的测试、交流与改进。这样，通过整个单元的学习，学生可以对工程设计的一般流程和基本要求形成比较深刻的印象，为中、高年级独立完成工程设计任务打下较好的基础。
5.教学注意事项
在实际教学过程中，教师要按照教材的设计意图，落实《课标》规定的低年级学习目标，根据学校和学生的具体情况，采取合适的教学方式，引导学生通过观察、实验、交流等多种方式主动获取相关知识，亲身体验探究过程，全面培养学生的科学素养，要尽量避免讲授式教学。比如，在第一单元教学中，为了使学生认识到水和阳光对植物的生存和生长的重要性，教师要想方设法让学生体验“栽种—养护—观察—记录—交流”的过程，引导他们发现水和阳光的重要作用。同时要指导学生实事求是地记录、汇报自己的养护情况，适时培养他们的科学精神。教师不应简化教学过程，把栽种、养护、交流等主动的探究活动改成看图、看视频、听教师讲故事、讲知识等被动的学习活动。
在第二单元教学中，教师可能会发现学生对水的特征描述有误的情况。此时，教师不宜马上指出学生的错误并告诉正确答案，而应针对学生的错误，及时安排能够引发他们认知冲突的教学活动，使他们在解决认知冲突的过程中发现错误所在，进而主动纠正错误，形成正确的认识。通过这种自我纠错的教学过程，学生对所学知识会更加信服，印象会更加深刻。比如，学生描述水的颜色时，有的学生会说水是白色的，教师不宜马上指出这种说法不对，甚至直接告诉学生水是无色的，而应拿出一杯水和一杯牛奶，让学生观察、比较两者的颜色，说说两者有什么不同，引导学生发现并纠正原有的错误认识。
在第三单元教学中，教师要注意及时提出活动要求，引导学生结合各种体验活动来学习力的知识。要避免课堂气氛热热闹闹，只有动手没有动脑的现象发生。 在第四单元教学中，教师要特别注意引导学生通过设计、制作、测试、交流、改进小船的活动，了解工程技术工作的一般流程，使学生学会按照要求画出简单的小船设计图（图上要标明各部分所用材料），并且按照设计图的要求，选择材料进行制作，避免发生设计、制作“两张皮”的现象。
四 制作小船 10认识船 16.2 体会生活中的科技产品给人们带来的便利、快捷和舒适
11设计和制作小船 17.3 使用工具对材料进行简单加工
18.3 利用提供的材料和工具，通过口述、图示等方式表达自己的设计与想法，并完成任务;对自己和他人的作品提出改进建议
12改进小船
2017年颁布的《义务教育小学科学课程标准》（以下简称《课标》）新增了“技术与工程”领域的学习内容，旨在让学生综合所学的各方面知识，体验科学技术对个人生活和社会发展的影响，体会“做”的成功和乐趣，养成通过“动手做”解决问题的习惯。技术与工程教育始于美国，其主要目标是为了培养理工科人才，提升国家的科技实力。当前美国、日本及一些欧洲发达国家把技术与工程教育作为一种综合的教育模式——STEM（科学、技术、工程和数学），在不同的教育阶段与科学课程相互融合加以实施，取得了很好的效果。人教鄂教版小学《科学》教材借鉴和吸收了国内外STEM教育的经验和研究成果，通过STEM单元将传统的科学教育和技术与工程教育融合在一起，培养学生的创新能力和工程思维。
技术与工程单元内容及分布
《课标》关于“技术与工程”领域有三个主要概念：
16.人们为了使生产和生活更加便利、快捷、舒适，创造了丰富多彩的人工世界。
17.技术的核心是发明，是人们对自然的利用和改造。
18.工程的关键是设计，工程是运用科学和技术进行设计、解决实际问题和制造产品的活动。
这三个主要概念又分解为若干个子概念，分别在小学低、中、高不同阶段进行学习。这三个主要概念涉及技术、工程与生产、生活的关系，体现了对技术的理解，以及技术与工程的核心能力“设计”“制造”和“解决问题”。为了落实《课标》中“技术与工程”领域的学习目标，人教鄂教版小学《科学》教材结合自身特色，在每一册的最后一个单元安排了一个“技术与工程”领域单元，共计12个STEM单元（见表1）。
这些STEM单元严格遵照《课标》要求，按照学习进阶的方式，分成低、中、高三个阶段实施。在同一年级段，各单元对应的学习目标有一定的侧重，具体表现在“设计能力”“制作能力”“科学探究”和“對技术和工程的理解”的逻辑上升上。例如，在低年级有《制作小物品》《制作指南针》《制作小船》《从自然世界到人工世界》四个单元，《制作小物品》作为技术和工程的起始单元，主要让学生认识一些工具和学习使用工具，为以后各个单元的制作产品打下基础。小物品的结构比较单一，设计比较简单，随意度较大，学生可以用简单的草图表达自己的设计意图。《制作指南针》中的指南针相对于制作的小物品来说，结构更加复杂，需要选择一定的材料进行设计，涉及的科学知识也更多，难度有所提升。在《制作小船》单元，制作的小船结构更为复杂，每个结构和功能都有一定的对应关系，对设计和选择材料有更高的要求。最后的《从自然世界到人工世界》单元，让学生在前三个单元学习的基础上，对技术和工程有进一步的理解，了解技术与我们生活、社会的关系，了解发明创造的意义。在不同的年级，STEM单元具有一定的进阶性：根据《课标》要求，按照“科学探究”“设计能力”“制作能力”和“对技术和工程的理解”四个梯度层层递进、循环上升，最终达成学习目标。
STEM单元的编写思路
技术与工程教育注重和生活的联系，注重问题的解决，重视设计和测试在工程中的作用，多采取项目学习的方式进行，学习评价更加开放、多元。基于技术与工程教育的特点，人教鄂教版《科学》教材的STEM单元在编写上注重创设真实的情境，通过生活情境引出问题，围绕问题或任务开展探索，在科学探索的基础上进行工程设计、制作或解决问题。这个过程可以反复进行，通过测试和评议反馈信息，不断改进，直到完成项目并进行项目评价（如图1）。
与其他单元不同，STEM单元用同一个情境贯穿始终，创设的情境来自学生的生活，这也和本套教材注重学生生活经验圈这个线索相吻合。12个STEM单元的情境都基于学生的生活经验圈，从家庭和身边的问题，到学校、社区的问题，再到对田野和浩瀚宇宙的探索，由近及远，按照学生的生活经验圈逐渐扩展。引出问题后，利用研讨、观察、调查、实验等手段寻找解决方案，在此基础上产生设计方案。
不同年级对设计能力有一定的进阶性：低年级在给定材料的基础上，利用草图、简笔画或口述的方式进行设计;中年级结合设计草图，搜集材料和工具，进行研讨并修正自己的设计;高年级结合经济成本、环境、社会效益等多种因素进行设计，对一个系统工程进行考虑。工程设计、产品制作、测试和改进可以反复进行，根据测试反馈问题解决的情况，不断修正自己的设计和制作，直到最终的评价。
例如，《制作小船》单元，单元起始结合学生的实际生活，提出问题：我们都见过哪些船？想不想制作一个小船模型？然后明确任务：小船模型具有船的基本结构;能够平稳行驶;可以承载一定的重物。学生围绕这些要求开展探索：
观察船，了解船的基本结构。
在给定的材料范围内选择材料，画出船的草图并说明是用什么材料制作的。
进行制作，制作完成后进行测试。如果测试发现有问题，再修改自己的设计。
对制作的小船模型，从完成任务、创新、美观、小组合作等多个角度进行评价，评价不分等级，突出多元化，让学生获得成功的体验。
教学活动和课时安排见表2。
与《制作小船》单元类似，其他11个STEM单元也是按照项目学习和问题解决的模式进行设计，一般安排5～6课时进行教学。 STEM单元在教材体系中的作用
人教鄂教版《科学》教材将“技术与工程”领域的学习内容以单独的STEM单元进行设计，主要基于以下目的：
1.凸显技术与工程教育的重要性，更好地实现课程标准的学习目标
学生动手能力、解决问题的能力偏弱，创造性不足，是我国基础教育普遍存在的问题。多年的研究和实践表明，STEM教育在培养学生这些能力方面具有无可替代的作用。人教鄂教版《科学》教材将技术与工程作为一个个STEM教育单元进行设计，强化并凸显其价值。通过动手与动脑相结合的STEM活动，培养学生的实践能力和创新能力，在问题解决的科学实践中体会科技与生活、科技与社会之间的关系，最终实现课程标准的学习目标。
2.体现科学课程的综合性，整合不同领域的知识
综合性是小学科学课程的一个特性。小学生对于周围世界的认知没有分科意识，他们对自然的认识是整体的。小学《科学》教材要符合学生的认知特点，体现综合性。过去，小学《科学》教材在实际编写中往往分领域组织单元内容，这样容易让学生习得条块分割的知识。STEM教育本身具有综合性，通过问题解决，将不同领域的知识加以整合，将科学、技术、工程、数学，甚至艺术有机地结合在一起。此教材利用STEM教育单元，将本册和以往学习的不同领域的知识有机地结合在一起，避免知识的条块分割，让学生对科学形成一个整体认识。
例如，三年级下册《动力小车》单元，涉及的科学知识有力、运动、气球的反沖等知识，和本册《物体的运动》《周围的空气》《学习用品中的科学》等课紧密相关，利用这些知识理解问题、解决问题，能够使学生对科学与技术之间的关系理解得更加深入，同时也是对这些知识再次进行综合学习。
再如，六年级下册《飞向太空》单元，主要是让学生认识人类探索宇宙的工具，尝试制作“火箭”，并制订一个“火星定居”计划，这些活动涉及地球运动、太阳系、生态环境等知识，和本册《生物与环境》《无限宇宙》《地球的运动》等单元内容紧密相关。通过制作“火箭”、制订“火星定居计划”，可以将这些不同领域的知识有机地结合在一起。
3.培养学生的工程思维
“技术与工程”领域不同于一般的科学知识领域，其思维方式主要是工程思维。工程思维是工程设计、研究和实践中形成的思维，其核心是问题解决能力，需要综合运用各种知识和技术解决问题，强调设计、实践和建构的作用。人教鄂教版小学《科学》教材将“技术与工程”和一般的科学单元分开设计，避免与以发现、解释为主导的科学思维相混淆，以更好地训练和培养学生的工程思维。STEM单元的六个主要环节也体现着工程项目的一般流程：通过聚焦问题、科学探索、工程设计、产品制作、测试与改进、项目评价，开展跨领域、跨学科的开放式学习，通过问题解决将科学不同领域的知识及不同学科的知识进行有机融合，来培养学生的问题解决能力，提高他们的工程思维能力。
“技术与工程”领域是我国小学科学教育的一个新的领域，在开始阶段，教育观念还需要进一步转变，师资队伍、材料准备等方面会面临一定的挑战，这些都需要一个过程。另外，当前我国STEM教育刚刚起步，在理论和实践方面都还有许多问题，需要我们进一步探讨。人教鄂教版小学《科学》教材也将不断吸收国内外成功的经验和研究成果，并把它们转化为教育实践，实现《课标》的要求，把小学阶段的技术与工程教育夯实、做好。
人民教育出版社课程教材研究所（100081）