設(shè)計思維導(dǎo)向下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)實踐研究

陳金冬

設(shè)計思維是一套創(chuàng)新式解決問題的方法學(xué)，也就是一種以解決方案為導(dǎo)向的思維形式。它不是從某一個問題入手，而是從目標(biāo)或者要達(dá)成的成果入手，找出解決方案的過程。設(shè)計思維在小學(xué)科學(xué)技術(shù)與工程學(xué)習(xí)中有著重要的作用。如果采用設(shè)計思維作為教學(xué)設(shè)計的理念，將會為學(xué)生打開創(chuàng)新設(shè)計的大門。

設(shè)計思維與小學(xué)科學(xué)教學(xué)的適切性

2017版的《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“人們?yōu)榱松a(chǎn)和生活更加便利、快捷、舒適，創(chuàng)造了豐富多彩的人工世界?！薄凹夹g(shù)的核心是發(fā)明，是人們對自然的利用和改造?！薄肮こ碳夹g(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計，工程是運用科學(xué)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計、解決實際問題和制造產(chǎn)品的活動?！笨v觀技術(shù)與工程在目標(biāo)、關(guān)鍵性、過程和評價上有一些共性。

目標(biāo)的一致性，即教學(xué)目的都是為了解決實際問題，為學(xué)習(xí)和生活服務(wù);設(shè)計的關(guān)鍵性，即設(shè)計想法是產(chǎn)品創(chuàng)造的靈魂，是解決問題的可行性方案;過程的一致性，即學(xué)生都在經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的過程;評價的一致性，即實踐作品與實際需求的匹配度是衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要依據(jù)。

“比較水的多少”案例的來源

“比較水的多少”選自教科版3年級上冊，首先直接展示3個不同形狀的瓶子，讓學(xué)生思考哪個瓶子里水多，哪個瓶子里水少。學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗，用多種辦法比較水的多少。但是人的直觀感覺有時會出現(xiàn)錯誤，為了能準(zhǔn)確比較水的多少，學(xué)生開始設(shè)計并制作一個刻度杯（量筒的原型）。不同學(xué)生的刻度杯的單位是不一樣的，就導(dǎo)致測量結(jié)果的交流有困惑，從而引出相對精密的測量儀器——量筒。接著讓學(xué)生學(xué)習(xí)使用量筒，精確地比較水的多少。

本節(jié)課的重點和難點是經(jīng)歷人類發(fā)明量筒的過程。知道液體具有一定的體積，液體的體積可以用量筒測量。然而教材把時間均勻地分布在3個活動上，每個活動都做不充分。因此汲取設(shè)計思維的精髓作為教學(xué)設(shè)計的理念，讓學(xué)生從量筒發(fā)展史入手，設(shè)計并制作一個量水的工具，然后不斷修改優(yōu)化，解決現(xiàn)有的量水問題。

設(shè)計思維導(dǎo)向下的活動設(shè)計

用設(shè)計思維作為活動設(shè)計的導(dǎo)向，以工程設(shè)計過程為主導(dǎo)，根據(jù)學(xué)生的情況對本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)和活動進(jìn)行重新定位和調(diào)整。

設(shè)計思維導(dǎo)向下的目標(biāo)取向

教材的目標(biāo)和設(shè)計思維導(dǎo)向下的目標(biāo)都重視對科學(xué)概念的理解，重視學(xué)生的體驗，鼓勵學(xué)生用多種方法解決問題。不同的是，設(shè)計思維導(dǎo)向下的目標(biāo)更重視產(chǎn)品的設(shè)計和制作過程，讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)設(shè)計需求、設(shè)計、制作、測試和改進(jìn)產(chǎn)品的過程，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

設(shè)計思維導(dǎo)向下的活動調(diào)整

設(shè)計思維導(dǎo)向下的活動簡化了認(rèn)識量筒的過程，把比較誰多誰少放在了運用環(huán)節(jié)，把比較水多多少這個難點內(nèi)容做實做透。設(shè)計思維導(dǎo)向下的教學(xué)活動調(diào)整，為學(xué)生打開了古人設(shè)計和發(fā)明量筒的大門。學(xué)生經(jīng)歷量筒的形成和發(fā)展過程，不僅知道工具的使用方法，更重要的是學(xué)會了創(chuàng)造工具。

設(shè)計思維導(dǎo)向下的課堂教學(xué)

創(chuàng)設(shè)情境，挖掘設(shè)計需求

創(chuàng)設(shè)情境是小學(xué)科學(xué)課常用的課堂導(dǎo)入方式，旨在創(chuàng)造真實的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。設(shè)計思維導(dǎo)向下的情境與人們通常所說的情境既有相似之處，又有略微的區(qū)別。它強調(diào)真實性，在整個教學(xué)活動中要求真實的情境、真實的問題，并且真實地解決。

古代買賣酒場景：老板我要1杯酒，老板我要2杯，老板我要10杯酒……買酒的客人特別多，1天下來賣酒的師傅就累得不行了。他想：如果有一個量酒的工具，不管多少杯，我只要量1次就可以了，那該多好呀！

這樣的情境非常真實，讓學(xué)生有身臨其境的感覺。買賣酒場景播放完畢，教師提問：“如果你是賣酒的師傅，你覺得用這樣的小瓢量方便嗎？”促發(fā)與賣酒師傅進(jìn)行共情，體驗到人們一小瓢一小瓢賣酒的辛苦及麻煩。學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題之后，教師點出本課主題：設(shè)計并制作一個量水工具。設(shè)計思維導(dǎo)向下的情境更多地是為了暴露真實的生活需求，為學(xué)生發(fā)現(xiàn)提煉設(shè)計需求服務(wù)。

頭腦風(fēng)暴，匯集設(shè)計創(chuàng)意

學(xué)生發(fā)現(xiàn)設(shè)計需求后，就需要通過設(shè)計解決冋題。冋題解決的關(guān)鍵是設(shè)計創(chuàng)意。在40分鐘短暫的課堂時間內(nèi)，常用的激發(fā)設(shè)計創(chuàng)意的方法就是頭腦風(fēng)暴。

頭腦風(fēng)暴有其特定的操作方法。它的起點是設(shè)計需求，終點是修改設(shè)計解決需求。從明確需求到解決需求的過程一般有2條路徑（圖1）?！氨容^水的多少”的設(shè)計需求是：1個能夠量取多種體積的量水工具。由于這個問題比較簡單，所以選擇了第1條路徑，即：直接讓學(xué)生獨立思考，記錄突發(fā)靈感，形成初步的問題解決方案，然后小組討論并選擇最佳創(chuàng)意，最后全班交流修改設(shè)計。

學(xué)生完成設(shè)計之后，在教師的組織下，主要圍繞設(shè)計需求、設(shè)計材料和設(shè)計的可操作性這3個角度開展交流。在活動中，筆者收集到了學(xué)生的解決創(chuàng)意，主要有量體積的刻度杯、比高度的量瓶和稱重量的稱重杯這3種設(shè)計思路。學(xué)生充分考慮到材料的適用性，選擇了能夠直觀看到刻度的透明直筒的杯子做刻度杯;為了增加產(chǎn)品的實用性，他們把刻度設(shè)計成了防水的。

設(shè)計思維導(dǎo)向下的設(shè)計創(chuàng)意分享，一定是圍繞設(shè)計需求開展的。只有解決了實際問題才是好的設(shè)計，只有用最簡單的方法高效解決了問題才是好的創(chuàng)意。在這樣的研討下，分享的學(xué)生能夠得到全班同學(xué)的建議，聽眾能夠獲取其他小組的設(shè)計精髓，可謂事半功倍。

動手操作，制作產(chǎn)品原型

制作是活動的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，創(chuàng)造者需要尋找適合的材料，將設(shè)計創(chuàng)意變成產(chǎn)品。小學(xué)生的動手操作能力比較弱，需要教師細(xì)致地指導(dǎo)。教師在制作指導(dǎo)的時候要有選擇地挑選那些直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的操作。在引導(dǎo)的過程中不斷追問，讓學(xué)生自己總結(jié)操作的要點。以刻度杯法為例，教師可以用如下的方法引導(dǎo)。

教師：在制作刻度杯的時候有什么需要注意的嗎？

學(xué)生：（演示）量一小杯水，倒到長筒杯子里去，在水位處畫1條刻度。

教師：你們也是這樣想的嗎？為了讓工具更準(zhǔn)確，制作過程中有沒有需要注意的地方？

學(xué)生：刻度要均勻？

追問：怎樣做到刻度均勻？

學(xué)生：每次小杯子里倒的水要一樣多。每次要1小杯倒?jié)M，但是不能溢出來、漏出去。

追問：漏出去會怎樣？

學(xué)生：會讓刻度變得不準(zhǔn)。

學(xué)生：倒出的時候，要倒干凈。

……

在制作的過程中，教師還應(yīng)關(guān)注學(xué)生的小組分工合作情況，讓每一個孩子有事做。經(jīng)過教師的細(xì)致指導(dǎo)，學(xué)生的制作活動變得更加順利。圖2展示了學(xué)生的3種創(chuàng)意產(chǎn)品，產(chǎn)品制作的完成是學(xué)生對自我的肯定，增加了學(xué)生的成功體驗和學(xué)習(xí)動力。

場景測評，獲得使用反饋

教學(xué)和評價是課程實施的2個重要環(huán)節(jié)，相輔相成。評價既是對教學(xué)效果的檢測，也與教學(xué)過程的相互交融，從而促進(jìn)與保障學(xué)生的發(fā)展。思維導(dǎo)向下的課堂評價主要分成3個部分，設(shè)計想法、小組合作和產(chǎn)品性能評價。每一個維度的評價都有多個評價細(xì)則，右表是“比較水的多少”這一課的評價細(xì)則。

思維導(dǎo)向下的評價主體多元、方式多樣。不僅有以教師為主體的評價，也有教師對學(xué)生，以及學(xué)生對學(xué)生的評價。針對產(chǎn)品的評價，要在真實的場景中獲得使用的反饋，根據(jù)使用反饋進(jìn)一步修改自身設(shè)計。教師在教學(xué)中應(yīng)該注重對學(xué)生合作學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)成果的評價。

在小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)中，無不滲透著設(shè)計思維。特別是工程與設(shè)計類型的課，時刻能夠找到設(shè)計思維的印跡。這一類課均可以吸取設(shè)計思維的精髓，以設(shè)計思維為教學(xué)設(shè)計理念，讓學(xué)生體驗設(shè)計的一般過程，并用設(shè)計思維創(chuàng)造性地解決問題。在設(shè)計思維導(dǎo)向下的小學(xué)科學(xué)課堂中，學(xué)生能夠體驗真實的情境并發(fā)現(xiàn)設(shè)計需求，通過頭腦風(fēng)暴的方式形成設(shè)計方案，根據(jù)設(shè)計方案制作出產(chǎn)品，使學(xué)生的設(shè)計思維和創(chuàng)新思維得到飛躍式的發(fā)展。