基于工程思維培養(yǎng)的科學(xué)教學(xué)模式探析

莊周建

我國(guó)著名學(xué)者錢學(xué)森認(rèn)為：探討思維的規(guī)律和方法是人類知識(shí)發(fā)展的必經(jīng)之路，他提出了建立思維科學(xué)的構(gòu)想，并對(duì)思維科學(xué)的基本原理、理論體系、結(jié)構(gòu)框架做出了獨(dú)特的架構(gòu)?？茖W(xué)思維與工程思維作為思維科學(xué)的重要內(nèi)容，兩者之間既存在諸多的差異又具有一定的聯(lián)系。科學(xué)思維為工程思維提供了一定的理論指導(dǎo)與方法論的啟發(fā)，工程思維是學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，是科學(xué)創(chuàng)新必備的思維能力。從小培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，有助于提高學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，幫助學(xué)生理解和體會(huì)工程對(duì)個(gè)人與社會(huì)的意義。要在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，必須把握好工程思維與科學(xué)思維的融合點(diǎn)，挖掘科學(xué)教材中工程思維的滲透點(diǎn)。我作為一名小學(xué)科學(xué)教師，深知工程思維對(duì)學(xué)生發(fā)展的重要性，在科學(xué)教學(xué)中嘗試開(kāi)展工程思維培養(yǎng)，摸索出一套基于工程思維培養(yǎng)的科學(xué)教學(xué)模式，現(xiàn)以《搭支架》教學(xué)為例，淺談如何在科學(xué)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)工程思維與科學(xué)思維的完美融合。

一、情境誘驅(qū)，催萌工程建造之心

科學(xué)活動(dòng)以探究為手段，以發(fā)現(xiàn)為核心，工程活動(dòng)以建造為核心，工程思維具有現(xiàn)實(shí)性、實(shí)踐性等特點(diǎn)。工程思維培養(yǎng)基于工程活動(dòng)項(xiàng)目，是以實(shí)踐為載體的做思融合的過(guò)程。工程思維培養(yǎng)的小學(xué)科學(xué)教學(xué)首要任務(wù)是精選科學(xué)內(nèi)容，精設(shè)教學(xué)情境，以點(diǎn)燃學(xué)生的工程建造興趣，誘發(fā)學(xué)生動(dòng)手制作的熱情，催萌工程建造之心。

教學(xué)是不是直接饋贈(zèng)，而需教師的循循善誘，誘發(fā)學(xué)生探究欲望，誘導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)。為了激發(fā)學(xué)生工程建造之心，我采用情境誘驅(qū)，借助具體的情境點(diǎn)燃學(xué)生興趣，激發(fā)學(xué)生工程建造之意，驅(qū)使學(xué)生主動(dòng)探究，悄然引出工程建造項(xiàng)目，讓學(xué)生明晰工程活動(dòng)任務(wù)。南通的寶塔眾多，有文峰塔、支云塔、電視塔等等，在教學(xué)《搭支架》一課中，我利用當(dāng)?shù)囟嗨膬?yōu)勢(shì)，拍攝制作了一個(gè)精美的課件，借助現(xiàn)代信息技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了一個(gè)真實(shí)優(yōu)美的情境，美輪美奐的寶塔吸引了學(xué)生注意，我趁機(jī)引導(dǎo)學(xué)生欣賞造型各異的寶塔，從中感受、領(lǐng)悟?qū)毸拿烂?，從而引出搭高塔的工程活?dòng)主題，激發(fā)學(xué)生親手制作高塔的欲望。

二、自設(shè)方案，啟航工程活動(dòng)之旅

完整的工程活動(dòng)涵括了工程設(shè)計(jì)、工程制造、工程運(yùn)行三個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都離不開(kāi)工程思維的支撐。工程思維是人們?cè)谶M(jìn)行造物塑形的工程研究和實(shí)踐活動(dòng)中的一種獨(dú)特思維方式，是一種從主體目的性出發(fā)的思維，具有科學(xué)性、邏輯性、創(chuàng)造性、審美性等特征，強(qiáng)調(diào)規(guī)律性和目的性的統(tǒng)一。

古人云：“預(yù)則立不預(yù)則廢”。工程設(shè)計(jì)是工程建造前的準(zhǔn)備階段，是圓滿完成建造任務(wù)的先決條件，更是學(xué)生歷練工程思維的大好良機(jī)。為此，我們不要將工程建造的方法、步驟等直接告知學(xué)生，而要將工程設(shè)計(jì)權(quán)交給學(xué)生，為他們提供自主設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生去自設(shè)方案，啟航工程活動(dòng)之旅，自我磨煉工程思維。例如，在教學(xué)《搭支架》一課中，我在提出制造高塔的任務(wù)之后，沒(méi)有告訴學(xué)生如何去搭造一座高塔，而是讓學(xué)生小組合作，商討并設(shè)計(jì)制作方案。全體學(xué)生在設(shè)計(jì)中開(kāi)動(dòng)腦筋展開(kāi)工程思維，不僅考慮到塔的高度，還想到了塔的穩(wěn)定牢固，他們根據(jù)三角形支架所具有的穩(wěn)定性、用料少的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)用一個(gè)個(gè)三角形支架去拼搭高塔。各組學(xué)生精心設(shè)計(jì)方案，他們畫(huà)出了設(shè)計(jì)圖稿，選擇好制作材料，確定了連接方法。

三、制造建模，實(shí)現(xiàn)工程制造之夢(mèng)

“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”。工程思維的培養(yǎng)基于工程制造活動(dòng)，制造建模是工程活動(dòng)的核心階段，工程制造讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，親手去建立模型，完成制作成果。

制造建模是一個(gè)造型表現(xiàn)的過(guò)程，也是學(xué)生最為喜愛(ài)的過(guò)程，因?yàn)檫@是一個(gè)動(dòng)手動(dòng)腦的過(guò)程，是一個(gè)實(shí)踐創(chuàng)造的過(guò)程，是學(xué)生合作共享的過(guò)程，在此過(guò)程中，他們可以享受實(shí)踐之趣，嘗試制造之樂(lè)，摘取智慧之果。制造建模有效提高了學(xué)生的工程思維、科學(xué)思維、實(shí)踐能力、創(chuàng)造能力。例如，在教學(xué)《搭支架》一課中，當(dāng)學(xué)生設(shè)計(jì)了制作方案后，我給學(xué)生提供了吸管、游戲棒、蘆葦、膠帶、大頭針、棉線等多樣性的材料，讓各小組開(kāi)展高塔制作比賽。各組學(xué)生在組長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，合理分工，積極配合，動(dòng)手制作，他們一個(gè)個(gè)儼然小小工程師，慧心巧手完成了高塔的制作。工程制造是一個(gè)圓夢(mèng)的過(guò)程，學(xué)生將方案設(shè)計(jì)一步步實(shí)施，把設(shè)計(jì)變?yōu)樾袆?dòng)，將理想轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，圓了他們的初心。

“沒(méi)有最好只有更好”。學(xué)生在作品制作中往往不會(huì)一舉成功，而需要反復(fù)修改設(shè)計(jì)、重新制造模型。在各組初步完成了高塔后，我組織他們測(cè)量塔的高度，評(píng)估檢測(cè)塔的穩(wěn)定性和承受力，然后讓他們對(duì)各自的作品進(jìn)行二次創(chuàng)作，甚至三次、四次更改建模。制造建模的過(guò)程不是一蹴而就的，需要多番輪回，每次輪回中，學(xué)生都要經(jīng)歷評(píng)估檢測(cè)、修改設(shè)計(jì)、優(yōu)化建模的反復(fù)循環(huán)，在此過(guò)程中，學(xué)生工程思維、科學(xué)思維的品質(zhì)在無(wú)形中都會(huì)得到一定的提升。

讓我們以小學(xué)科學(xué)課堂為平臺(tái)，以工程思維培養(yǎng)為指向，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的同時(shí)關(guān)注學(xué)生工程思維。讓我們?cè)谛W(xué)科學(xué)教學(xué)中，通過(guò)情景誘驅(qū)，激發(fā)工程建造之心，讓學(xué)生自設(shè)方案，啟航工程活動(dòng)之旅，親手制造建模，實(shí)現(xiàn)工程制造之夢(mèng)，讓工程思維與科學(xué)思維有效對(duì)接。

【作者單位：南通市通州區(qū)通州小學(xué)? 江蘇】