淺析工程實(shí)踐課中學(xué)生的思維培養(yǎng)

謝云 史瑞娣

摘要小學(xué)科學(xué)中的工程實(shí)踐課主要是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究、技術(shù)設(shè)計(jì)、工程建造及數(shù)學(xué)運(yùn)用等思維和技能的綜合性課程，是科學(xué)與工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科整合的課程。工程實(shí)踐課以項(xiàng)目任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，借助科學(xué)與工程、技術(shù)等學(xué)科整合的平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生的探究思維、設(shè)計(jì)思維、工程思維和數(shù)學(xué)思維的課堂，親歷工程建造的完整環(huán)節(jié)，從而提升學(xué)生的思維品質(zhì)、動(dòng)手能力、合作素養(yǎng)、創(chuàng)新精神等核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 工程實(shí)踐課 學(xué)科整合 核心素養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.015

On the Thinking Training of Middle School Students in Engineering Practice Course

XIE Yun[1]， SHI Ruidi[2]

（[1] Yixing Yangxi Primary School， Yixing， Jiangsu 214200；[2] Yixing Xinzhuang Primary School， Yixing， Jiangsu 214200）

Abstract： The engineering practice course in primary school science is a comprehensive course to cultivate students’ thinking and skills such as scientific inquiry， technical design， engineering construction and mathemati？ cal application. It is an integrated course of science and engineering， technology， mathematics and other disci？ plines. Driven by project tasks， the engineering practice course， with the help of the integration platform of sci？ ence and engineering， technology and other disciplines， cultivates students’ inquiry thinking， design thinking， en？ gineering thinking and mathematical thinking in the classroom， and experiences the whole process of engineering construction， so as to improve students’ thinking quality， practical ability， cooperation literacy， innovation spirit and other core literacy.

Keywords： engineering practice course； discipline integration； core literacy

小學(xué)科學(xué)中的工程實(shí)踐課主要是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究、技術(shù)設(shè)計(jì)、工程建造及數(shù)學(xué)運(yùn)用等思維和技能的綜合性課程，是科學(xué)與工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科整合的課程。筆者有幸參與了江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃鄉(xiāng)村教師專(zhuān)項(xiàng)重點(diǎn)資助課題《科學(xué)、工程、技術(shù)整合的教學(xué)案例研究》，實(shí)實(shí)在在地感受到工程實(shí)踐課對(duì)學(xué)生思維品質(zhì)、動(dòng)手能力、合作意識(shí)、創(chuàng)新精神等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)大有裨益。

整合中蘊(yùn)含科學(xué)的探究思維

工程實(shí)踐課的教學(xué)首先是建立在科學(xué)概念的基礎(chǔ)上，每一件科技產(chǎn)品或者項(xiàng)目實(shí)踐中都蘊(yùn)含著科學(xué)的知識(shí)。因此教師要善于啟發(fā)學(xué)生探究這些科學(xué)知識(shí)和原理，從而完成并完善產(chǎn)品。

1.探究在產(chǎn)品展示后

教學(xué)中，教師先展示產(chǎn)品讓學(xué)生觀(guān)察，再設(shè)計(jì)問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生探究產(chǎn)品中的科學(xué)知識(shí)。例如《吹氣球神器》一課，如何讓塑料瓶“吹”氣球呢？教師按照學(xué)生的思維，制作了塑料瓶口套氣球這一簡(jiǎn)單“產(chǎn)品”后，通過(guò)擠壓塑料瓶的演示，讓學(xué)生觀(guān)察現(xiàn)象，接著追問(wèn)：“為什么擠壓塑料瓶能把氣球吹大，而松開(kāi)塑料瓶，氣球又會(huì)變小呢？”學(xué)生很快就明白了空氣的流動(dòng)性特點(diǎn)，而探究清楚空氣流動(dòng)性的知識(shí)能夠?yàn)橹谱骱透倪M(jìn)吹氣球神器打下基礎(chǔ)。又如《彈跳玩具》一課，在展示玩具的彈跳性后，教師啟發(fā)學(xué)生思考：“我們制作的玩具為什么能彈跳呢？”學(xué)生發(fā)現(xiàn)玩具中用到了橡皮筋，這涉及彈力的知識(shí)，而利用彈力是制作彈跳玩具的關(guān)鍵。

2.探究在產(chǎn)品優(yōu)化前

教師在優(yōu)化產(chǎn)品過(guò)程中設(shè)計(jì)問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生通過(guò)比較分析，找到產(chǎn)品優(yōu)化的竅門(mén)——科學(xué)規(guī)律，從而有助于改進(jìn)完善。如《建橋梁》一課，在測(cè)試完各小組的橋梁承重力后，啟發(fā)學(xué)生：“為什么有的橋梁承重力大，有的卻很小呢？仔細(xì)觀(guān)察這些橋梁，想想這跟什么有關(guān)呢？”學(xué)生探究后發(fā)現(xiàn)橋梁的結(jié)構(gòu)與承重力存在一定的關(guān)系，然后根據(jù)發(fā)現(xiàn)改進(jìn)了橋梁。

整合中滲透技術(shù)的設(shè)計(jì)思維

技術(shù)是對(duì)自然的利用和改造，技術(shù)的核心在于設(shè)計(jì)。教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品制作過(guò)程中的問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生積極思考解決問(wèn)題的辦法，讓他們通過(guò)語(yǔ)言、文字、畫(huà)圖、制作模型等方法將自己的設(shè)計(jì)思路表達(dá)清楚。教師還要啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)造性思維設(shè)計(jì)和改進(jìn)產(chǎn)品。

1.多問(wèn)“怎么辦”：引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題

設(shè)計(jì)的前提在于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)的目標(biāo)是解決問(wèn)題。教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方案。例如《吹氣球神器》一課中，教師通過(guò)提問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生完成設(shè)計(jì)。氣球?yàn)槭裁创挡淮竽兀恳驗(yàn)槠恐锌諝庥邢?。那么要解決瓶中空氣不足的問(wèn)題，該怎么辦呢？學(xué)生自然地想到了在瓶身上戳洞的設(shè)計(jì)。在測(cè)試過(guò)程中，學(xué)生又發(fā)現(xiàn)了擠壓塑料瓶時(shí)，空氣會(huì)從小洞中跑出來(lái)，怎么辦？于是學(xué)生又設(shè)計(jì)了這樣的操作：擠壓時(shí)手指按住小洞，空氣只能“跑”進(jìn)氣球而不會(huì)“跑”到瓶外；松手時(shí)，同時(shí)松開(kāi)小洞，讓空氣再鉆進(jìn)瓶中，這樣就解決了瓶中空氣不足的問(wèn)題。后來(lái)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，松手時(shí)，空氣同樣會(huì)從氣球里跑回瓶中。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，教師應(yīng)多問(wèn)“怎么辦”，啟發(fā)學(xué)生思考并解決問(wèn)題。學(xué)生又想到了松手時(shí)，另一只手捏住氣球口，防止空氣回流。這樣，空氣單向閥的雛形便逐步形成了。

2.還能怎么辦：引導(dǎo)學(xué)生多元設(shè)計(jì)

多元化地設(shè)計(jì)就是創(chuàng)新思路，尋找不同的解決辦法，即在改進(jìn)產(chǎn)品的過(guò)程中，尋求最佳的解決問(wèn)題的效果。教師除了問(wèn)“怎么辦”外，還要問(wèn)“還能怎么辦”。如《吹氣球神器》一課，如果按照前文所描述的方法設(shè)計(jì)，那么需要兩只手相互配合，或者與同學(xué)合作來(lái)“吹”氣球，這是非常麻煩的事。合作不默契，可能還“吹”不大氣球。我們還有更好的設(shè)計(jì)方案嗎？學(xué)生想到如果只讓空氣進(jìn)入氣球，而不會(huì)回流，那么吹氣球就省事多了。教師充分肯定了學(xué)生的想法，并讓學(xué)生在記錄紙上自主設(shè)計(jì)這樣的裝置。學(xué)生最后設(shè)計(jì)出了簡(jiǎn)易的空氣單向閥，巧妙地解決了空氣回流的問(wèn)題，最終也制造出了吹氣球神器。又如《空氣動(dòng)力火箭》一課，產(chǎn)品原理是通過(guò)壓縮塑料瓶中的空氣，利用空氣的反沖力，使自制火箭發(fā)射出去。大多數(shù)學(xué)生的設(shè)計(jì)都是用皮管將火箭尾部和塑料瓶口相接，基本上能發(fā)射成功，最遠(yuǎn)射程可達(dá)10米。而有位學(xué)生卻進(jìn)行了反常規(guī)設(shè)計(jì)，他用細(xì)長(zhǎng)的塑料管做成發(fā)射筒，發(fā)射筒和塑料瓶用皮管連接，把火箭放進(jìn)發(fā)射管內(nèi)，采用內(nèi)置式火箭發(fā)射，射程竟達(dá)到了30米，大大提升了射程。多元設(shè)計(jì)能夠激發(fā)學(xué)生不同的思維方式，使產(chǎn)品取得意想不到的效果。

整合中培養(yǎng)工程的素養(yǎng)意識(shí)

工程是運(yùn)用科學(xué)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、解決實(shí)際問(wèn)題和制造產(chǎn)品的活動(dòng)。其核心在于建造。而在工程的建造過(guò)程中，教師不僅要幫助學(xué)生了解工程建造的基本步驟，還要注重培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全、合作等核心素養(yǎng)。

1.親歷工程建造的完整環(huán)節(jié)

工程建造的基本步驟是提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、制作產(chǎn)品、調(diào)試檢測(cè)、改進(jìn)方案、完善產(chǎn)品。工程實(shí)踐課要讓學(xué)生親歷工程建造的完整環(huán)節(jié)，從而提升學(xué)生的工程思維和素養(yǎng)。但是讓學(xué)生經(jīng)歷完整的工程建造過(guò)程，往往一兩節(jié)課的時(shí)間是不夠的，這就需要教師對(duì)整個(gè)建造流程有所側(cè)重。例如《彈跳玩具》一課中，教師直接出示現(xiàn)成的圖紙讓學(xué)生修改，這樣就簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)方案的環(huán)節(jié)，把重心放在了制作產(chǎn)品和完善產(chǎn)品上。而《吹氣球神器》一課關(guān)鍵在設(shè)計(jì)及優(yōu)化如何讓空氣單向進(jìn)入氣球而不會(huì)回流這一方案上，產(chǎn)品的制作過(guò)程卻相對(duì)簡(jiǎn)化。當(dāng)然，側(cè)重什么樣的環(huán)節(jié)需要教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)際需求和自身預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)而定。

2.培養(yǎng)工程建造的素養(yǎng)意識(shí)

在建造產(chǎn)品的過(guò)程中，教師要讓學(xué)生明白不僅是完成產(chǎn)品而已，還需要培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全、合作等素養(yǎng)意識(shí)。如《彈跳玩具》一課中，教師安排小組長(zhǎng)先選出切割員、安全員、實(shí)驗(yàn)員和質(zhì)量監(jiān)督員。分工明確，各司其職，才能順利實(shí)施工程。由于接觸到切割機(jī)，安全提醒和監(jiān)督又是必不可少的，教師用課件出示了安全提醒。其中成本預(yù)算也是工程實(shí)施中的重要因素。教師要求各組節(jié)約紙板材料。下一個(gè)環(huán)節(jié)“研究彈跳高度與什么因素有關(guān)”，各組需要利用現(xiàn)有材料再制作玩具進(jìn)行對(duì)比研究。因此切割時(shí)不能浪費(fèi)紙板，要為下面的研究留有余地。

整合中運(yùn)用數(shù)學(xué)的思維方法

數(shù)學(xué)是研究數(shù)量、結(jié)構(gòu)、變化、空間以及信息等概念的一門(mén)學(xué)科，是學(xué)習(xí)和研究現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)必不可少的基本工具。教學(xué)中，教師如能合理巧妙地運(yùn)用數(shù)學(xué)思維方法，能夠準(zhǔn)確甚至高效地解決問(wèn)題。

1.數(shù)學(xué)思維解決問(wèn)題更準(zhǔn)確

產(chǎn)品制作完成后，要經(jīng)歷多次的檢測(cè)，才能知道產(chǎn)品的真實(shí)性能。求平均數(shù)、求和等數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用就能準(zhǔn)確合理地解決問(wèn)題。如《彈跳玩具》一課中，教師提出問(wèn)題“你的玩具能跳多高？”若學(xué)生只測(cè)量一次，偶然性較大。如果此時(shí)得出的結(jié)果不合理，必將影響接下來(lái)“探究彈跳玩具彈跳高度與什么有關(guān)”這一問(wèn)題的研究。教師讓學(xué)生測(cè)量3～5次，取平均數(shù)，這樣就能減少誤差。開(kāi)展競(jìng)賽活動(dòng)時(shí)，這樣操作也更公平合理。

2.數(shù)學(xué)思維解決問(wèn)題更高效

有時(shí)候巧妙運(yùn)用數(shù)學(xué)思維方法，能高效地解決問(wèn)題。如《測(cè)量一炷香的燃燒時(shí)間》一課中，如何在短時(shí)間內(nèi)測(cè)量出一炷香的燃燒時(shí)間呢？教師把這個(gè)問(wèn)題拋給學(xué)生，這時(shí)有學(xué)生建議點(diǎn)燃香的兩端，可讓測(cè)量時(shí)間縮短一半。有學(xué)生建議，測(cè)量一下香的長(zhǎng)度，再測(cè)量香燃燒一厘米的所需時(shí)間，然后計(jì)算出整支香的燃燒時(shí)間。還有學(xué)生想到只要先測(cè)量一分鐘燃燒了多長(zhǎng)的香，就能計(jì)算出燒掉整支香的所需時(shí)間。教師巧妙地激發(fā)了學(xué)生的數(shù)學(xué)思維，高效地解決了問(wèn)題，提高了工程實(shí)施的效率。

工程實(shí)踐課就是以項(xiàng)目任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，借助科學(xué)與工程、技術(shù)等學(xué)科整合的平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生的探究思維、設(shè)計(jì)思維、工程思維和數(shù)學(xué)思維的課堂，從而提升學(xué)生的思維品質(zhì)、動(dòng)手能力、合作素養(yǎng)、創(chuàng)新精神等核心素養(yǎng)。

（本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃鄉(xiāng)村教師專(zhuān)項(xiàng)重點(diǎn)資助課題《科學(xué)、工程、技術(shù)整合的教學(xué)案例研究》（XC-a/2016/04）研究成果。）