如何在教育实践中结合科学与技术?

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一开始,伽利略在比萨发现教堂吊灯的轻微摆动,与吊钟摆动的周期时间似乎是一样的,于是便产生出“摆具有等时性”的猜测。随后,他用脉搏跳动数简单计算了一下摆动周期,发现果然是等时的。然而,伽利略并没有马上公布这一重大发现,而是思考“摆的等时性”与什么因素有关,并又做了一系列的实验。他发现,摆的周期与摆的质量和幅度无关,而是与摆线的长度有关,并且还通过物理推导计算出单摆的周期只取决于摆线长度的平方根。实际上,在伽利略之前的几百年,阿拉伯人就发现了摆的等时性。然而他们并没有通过理性思维去把握本质,但身为科学家的伽利略抓住了这一点,成为“摆的等时性”真正的发现者。

但是,并不是只有了解了科学才能产生技术。许多技术是在人类还没有搞清楚科学原理的前提下产生的。例如,火药是古代中国最重要的技术发明之一,但这一发明与化学无关,而是源于古代炼丹家在炼制丹药时,发现将硝石、硫磺、木炭按照一定比例混合起来加热,极易燃烧和爆炸,从而无意地发明了火药。

如何在教育实践中结合科学与技术?

科技教师在设计活动的过程中,可以通过已知的科学知识指导技术设计,也可以通过经验改善技术,从而发现科学原理。

“愤怒的小鸟”投石机就是一个经典的科技教育题材,许多老师将其开发成为STEAM课程。它很好地阐述了如何将“用科学知识引导技术应用”和“通过技术认识科学”这两个理念结合起来。

在制作前,科技教师通过探究和讲解的方式将“能量转化”知识传递给学生,使学生能够认识到弹性势能转化为动能的关系,并根据这一科学规律思考增加弹性势能的方法。这些方法就是技术,学生们学习思考的过程就是“用科学知识引导技术应用”。

在测试如何让小球投得更远的活动中,学生们尝试用各种角度投掷小球,最后发现,以45°角左右投射出的小球距离是最远的。“最佳投射角度”就是技术,然而它并非从科学理论中来,而是学生对经验的总结。当学生完成探索后,教师可以分析讲解为什么45°角是最佳角度,帮助学生认识其中的科学原理。这就是“通过技术认识科学”。

(部分图片来自网络)


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