邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[NSTA专栏]探究与设计——从科学和工程学视角看粒子运动和热能

文_ Jordan Holub Jerrid Kruse 翻译_罗利玲

2021-01/总第298期

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美国《新一代科学教育标准》(NGSS)将工程学添加到科学课程中(NGSS Lead the States,2013)。虽然工程学是一个重要的体系,但我们也不想丢失探究式科学教育的长处。工程学和科学都需要批判性思维。然而,科学的目标是了解自然世界,工程学的目标是解决问题。虽然解决问题很重要,但我们应该谨慎,不要让工程学取代科学课程(Kruse和Wilcox,2017b)。因此,我们尽可能地将探究式科学教育与工程学相结合。这节课,我们将让学生进行探究,研究温度如何影响粒子运动。然后,学生利用他们学习到的粒子运动知识,参与到工程设计中,开发热能传递最小化模型(MS-PS3-3)。  

Clough(2006)将科学的本质归纳为科学的运作方式、科学的基本假设,以及社会与科学的相互影响和相互作用。我们通过简短但频繁的讨论,引导学生思考科学家的工作方式。当学生关注科学的本质(即科学家的工作方式和思维方式)时,他们就会对科学兴趣浓厚,因为他们开始觉得科学是创新的、变革的和协作的。 

Pleasants和Olson(2018)指出,工程学的本质(NOE)回答了诸如“什么是工程?”“工程师做什么?”以及“工程与科学有何联系,又有何不同?”之类的问题。与科学的本质一样,了解工程学的本质可能有助于提升学生对工程学的兴趣,但也可以帮助他们了解工程学对科学和数学的依赖(Kruse和Wilcox,2017b),以及工程技术的局限性(Kruse和Wilcox,2017a;Kruse等,2017)。当学生作为公民参与社会科学问题时,这样的理解对他们很有帮助(Lee和Lee,2015)。为了帮助学生更好地了解工程师的工作方式,我们问了学生一些关于工程学的本质方面的问题,都是很具体同时也很有反思性的问题(Kruse等,2017)。 


演示

我们首先让学生用实物投影仪观察演示。我们将1滴食用色素放入400毫升的室温水烧杯中。要求学生分享他们在食用色素扩散过程中观察到的内容。学生给出诸如“食用色素正在扩散”或“水在变色”之类的答案。然后我们问:“温度是如何影响颜色运动的呢?”为了让学生作出预测,我们问:“如果水变热或变冷,你们觉得会怎么样?”学生通常会说诸如“在更热的水中扩散得更快”“冷水将永远不会混合”“食用色素的颜色会有所不同”或“没有差异”之类的回答。该演示持续约5分钟。


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