巧用工程思維優(yōu)化探究性教學(xué)

狄倩倩

摘? 要? 工程思維具有現(xiàn)實(shí)性、約束性、綜合性和創(chuàng)新性的特點(diǎn)。以三年級(jí)《做個(gè)小茶包》為例，將工程思維巧妙地運(yùn)用到教學(xué)實(shí)踐中，從促進(jìn)工程問題的產(chǎn)生，到助力工程思維的呈現(xiàn)，再到加強(qiáng)工程思維邏輯，最后達(dá)成推動(dòng)工程思維進(jìn)階，讓學(xué)生通過這個(gè)過程能夠真正做到學(xué)以致用。

關(guān)鍵詞? 小學(xué)教學(xué)? 工程思維? 《做個(gè)小茶包》

中圖分類號(hào)：G424??????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.02.013

Using Engineering Thinking to Optimize Inquiry Teaching

——Take “make a small teabag” of Grade Three as an example

DI Qianqian

（Liyang Foreign Language Primary School， Changzhou， Jiangsu 213300）

Abstract： Engineering thinking has the characteristics of reality， restriction， comprehensiveness and innovation. Taking the third grade "make a small tea bag" as an example， the engineering thinking is skillfully applied to teaching practice， from promoting the generation of engineering problems， to helping the presentation of engineering thinking， and then strengthening the logic of engineering thinking， and finally achieving the promotion of the advanced engineering thinking， so that students can truly achieve learning and application through this process.

Keywords： primary teaching; engineering thinking; "make a small tea bag"

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出：人類為實(shí)現(xiàn)自己的需要，對(duì)已有物質(zhì)材料和生活環(huán)境加以系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)、加工、建造等，這便是工程。工程思維是工程實(shí)踐的靈魂，它具有現(xiàn)實(shí)性、約束性、綜合性和創(chuàng)新性的特點(diǎn)，要在實(shí)際的問題和決策中，嘗試用最恰當(dāng)?shù)姆椒ê凸ぞ哌M(jìn)行建模和工程實(shí)踐，力求最優(yōu)化原則。工程思維架起了探究發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的橋梁，為實(shí)際教學(xué)探尋新的思路，讓學(xué)以致用真正發(fā)生。以三年級(jí)《做個(gè)小茶包》為例，它以喝茶做引子，從怎樣讓茶水分離這個(gè)問題著手，進(jìn)行思考，在不斷地設(shè)計(jì)改良中有所發(fā)現(xiàn)并開始嘗試制作小茶包。通過反復(fù)的設(shè)計(jì)建模后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)并體會(huì)工具對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的重要性。這一課實(shí)際上是三年級(jí)《測量》一課的延伸。

創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，促進(jìn)工程問題的產(chǎn)生

基于現(xiàn)實(shí)生活的真實(shí)任務(wù)，能緊密聯(lián)系學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生思考問題，促進(jìn)工程問題的產(chǎn)生。真實(shí)的情境針對(duì)性更強(qiáng)，能激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，促進(jìn)他們剖析問題，自主地理解知識(shí)、體會(huì)構(gòu)建意義。

例如，在《做個(gè)小茶包》的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，因?yàn)閷W(xué)生在課前對(duì)茶葉的相關(guān)知識(shí)了解得很少，所以為了鋪墊和宣揚(yáng)溧陽的茶文化，教師用茶葉節(jié)相關(guān)視頻營造合適的氛圍：只要有客人來，熱情的溧陽人民都會(huì)請(qǐng)他喝杯溧陽茶。教師采用請(qǐng)客喝茶的方式請(qǐng)學(xué)生品嘗溧陽茶，以此增加課堂趣味，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)茶葉容易沾在嘴里這一真實(shí)情況。由此啟發(fā)思考：為什么茶葉容易沾在嘴里？從而產(chǎn)生工程問題：怎樣讓茶水分離。

開展結(jié)構(gòu)教學(xué)，助力工程思維的呈現(xiàn)

1.設(shè)計(jì)有結(jié)構(gòu)的活動(dòng)，呈現(xiàn)工程思維的可操作化

有結(jié)構(gòu)的活動(dòng)設(shè)計(jì)指的是活動(dòng)內(nèi)容的詳略安排、層次性和各部分出現(xiàn)的時(shí)機(jī)等。它倡導(dǎo)整體感悟、整體融合，使學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)，理解知識(shí)的邏輯關(guān)系，充分感受和把握探究性學(xué)習(xí)的知識(shí)和方法結(jié)構(gòu)，形成比較完善的科學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)和思維結(jié)構(gòu)。工程思維就是在理念的指導(dǎo)之下，根據(jù)一定的功能和要求巧妙構(gòu)思，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系，選擇組合優(yōu)化成自然要素、技術(shù)要素、人文要素、社會(huì)要素、環(huán)境要素等各種功能要素，使它們彼此關(guān)聯(lián)，相互耦合，成為一個(gè)結(jié)構(gòu)化的、功能化的、效率化的復(fù)雜系統(tǒng)。工程思維一定要有自我完善、修改的過程。有結(jié)構(gòu)的活動(dòng)中，工程實(shí)踐為推動(dòng)學(xué)生的工程思維奠定基礎(chǔ)。

例如，本節(jié)課的整體架構(gòu)是：追本溯源，壺內(nèi)的文章壺外做，三次提升。怎樣讓茶水分離？教師提示學(xué)生：你們的水都是從這個(gè)壺里倒出來的，你們能對(duì)這個(gè)壺進(jìn)行改進(jìn)嗎？之后出示實(shí)物壺和圖，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)的時(shí)候思考并畫一畫。

第一次提升是把學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)引導(dǎo)到壺上，讓他們來畫，有的學(xué)生會(huì)畫濾網(wǎng)。教師展示帶濾網(wǎng)的壺，讓學(xué)生討論使用濾網(wǎng)有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？怎么改進(jìn)？有的學(xué)生說濾網(wǎng)不能完全讓茶水分離，但是把網(wǎng)眼調(diào)小又容易導(dǎo)致堵塞。

第二次提升是濾網(wǎng)的升級(jí)版——濾杯，但它同樣有茶葉渣被倒出、泡茶時(shí)要水多、清洗困難、攜帶不方便等缺點(diǎn)。濾網(wǎng)、濾杯的這些缺點(diǎn)怎么解決呢？這時(shí)學(xué)生的思維局限在壺內(nèi)，想不到壺內(nèi)的文章可以壺外做，這是工程思維更高的一次躍升。

于是第三次提升出現(xiàn)了：制作便捷的小茶包。茶包的設(shè)計(jì)和制作，是在對(duì)壺的改進(jìn)基礎(chǔ)上，逐步呈現(xiàn)學(xué)生的工程思維：為什么要做小茶包，追溯源頭是因?yàn)闉V網(wǎng)、濾杯有缺點(diǎn)，攜帶不方便，清洗困難，還容易碎等，那做什么樣的小茶包比較好呢？這也是需要考慮的問題。

2.提供有結(jié)構(gòu)的材料，呈現(xiàn)工程思維的高效化

小學(xué)生的自制能力差，對(duì)材料有旺盛的好奇心和求知欲，一旦材料的擺放、操作流程等不清晰，會(huì)讓學(xué)生的操作漫無目的，停不下來，使得他們的課堂表現(xiàn)和思維都變得混亂。有結(jié)構(gòu)的材料對(duì)選擇和擺放位置、順序等都有嚴(yán)格的要求，具備啟發(fā)性、典型性、可操作性、自主選擇性、課外衍生性等特征，同時(shí)也要明確使用目的、要求、時(shí)間和空間。教師通過精心設(shè)計(jì)、提供有結(jié)構(gòu)、有價(jià)值的材料，這是開展探究性教學(xué)的基礎(chǔ)，也是工程思維序列化得以清晰顯露并高效化實(shí)施的一大助力。

本課用到的材料是：茶壺設(shè)計(jì)圖、四種茶包紙、線、熱封機(jī)、電子秤、直尺、剪刀、塑料藥匙、一次性塑料杯等。學(xué)生對(duì)電子秤、熱封機(jī)、剪刀等很感興趣，會(huì)一直不停地摸索，如何將這些動(dòng)手的欲望轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ趟季S的力量？這就需要教師設(shè)計(jì)有結(jié)構(gòu)的材料。

例如，茶葉的選擇是有講究的，同樣是1克，綠茶比鐵觀音的體積稍微大些，取的時(shí)候時(shí)間也會(huì)長一些，而單片的鐵觀音更重，可能帶來的稱量誤差更大。茶葉不能直接放在電子秤上稱量，選擇什么樣的輔助稱量工具就很重要，既要便于稱量的，又要為后續(xù)的操作埋下伏筆。一開始教師選擇的是一次性過濾紙，但是稱完之后還要倒在杯子里，很麻煩，而且三年級(jí)的學(xué)生動(dòng)手能力有限，很難完美地將茶葉全部運(yùn)至紙上。后來考慮到是在單位水量里放入茶葉，用100毫升的燒杯替代，實(shí)驗(yàn)的效果更好。但是專業(yè)人士提醒：茶葉很輕只有2克，一個(gè)燒杯重30～40克，這會(huì)帶來更大的機(jī)械誤差。最后綜合教學(xué)活動(dòng)和學(xué)生的操作，教師選擇的是一次性塑料杯。

選取茶葉的工具也要恰當(dāng)，直接上手不衛(wèi)生，用硅膠鑷子雖然精細(xì)，但對(duì)學(xué)生的控制力要求比較高，費(fèi)時(shí)間;教師還找了茶道上的工具也不合適;最后選擇了實(shí)驗(yàn)室常用的塑料藥匙，操作難度低又比較容易找。

在初次嘗試制作茶包時(shí)，只提供每小組4種茶包紙、茶葉、線、訂書機(jī)等材料，把這些材料放在抽屜里。在學(xué)生研究完茶包紙的材質(zhì)后，進(jìn)行茶葉分量的探討時(shí)，再根據(jù)需求適時(shí)地提供電子秤和塑料藥匙。第二次制作時(shí)提供選擇出來的最好的玉米纖維網(wǎng)布、剪刀、直尺、熱封機(jī)支撐學(xué)生的工具需求。物品的分開擺放是體現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)化的重要一環(huán)。教師指導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)電子秤、直尺、剪刀、熱封機(jī)的操作與使用，學(xué)習(xí)簡單的加工方法，初步認(rèn)識(shí)生活中常見的工具，意識(shí)到人們的生活離不開各種工具。如操作和使用電子秤，比較桿秤、盤秤、電子秤等稱重工具的準(zhǔn)確性，體會(huì)使用工具更準(zhǔn)確，讓標(biāo)準(zhǔn)化大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。通過材料結(jié)構(gòu)的不斷摸索，課堂上工程思維的呈現(xiàn)越來越清晰。

3.構(gòu)建有結(jié)構(gòu)的板書，呈現(xiàn)工程思維的可視化

板書設(shè)計(jì)是教學(xué)設(shè)計(jì)的畫龍點(diǎn)睛之筆。有結(jié)構(gòu)的板書能將抽象的知識(shí)形象化、復(fù)雜的知識(shí)條理化，對(duì)教學(xué)內(nèi)容起到提綱挈領(lǐng)、加深印象的作用，有益于學(xué)生掌握知識(shí)，凸顯工程思維進(jìn)階的過程。學(xué)生圍繞怎樣讓茶水分離進(jìn)行一系列的思維活動(dòng)，并最終讓茶包標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)成為可能。教師把學(xué)生工程思維的每個(gè)節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)變的過程都體現(xiàn)在板書上。

本節(jié)課的第N次板書一開始沒有突出工程問題：怎樣讓茶水分離？也沒有把三次改進(jìn)的過程凸顯在板書上，所以課后調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的學(xué)生只認(rèn)識(shí)到我做了個(gè)小茶包，知道做茶包是有要求的，但是對(duì)于為什么要做茶包還是不太清楚。

第N+1次的板書更貼近教學(xué)要求，以盡可能精簡的文字、符號(hào)、線條反映更豐富的內(nèi)容。在出示沒有過濾作用的壺之后，怎么改進(jìn)壺的結(jié)構(gòu)成了大難題，單純用語言描述不夠直觀，對(duì)學(xué)生的影響有限，所以教師先讓學(xué)生想辦法，然后用先說再畫的方式體現(xiàn)在板書上，這樣的方式更能突顯工程思維的進(jìn)階。以“設(shè)計(jì)為主線，邊設(shè)計(jì)邊改進(jìn)，體現(xiàn)學(xué)生思維”為中心，分為科學(xué)探究活動(dòng)和工程活動(dòng)?？茖W(xué)探究活動(dòng)中，學(xué)生了解了茶水分離的知識(shí)與概念;工程活動(dòng)中，學(xué)生以“制作茶包和控制茶葉量”為題，經(jīng)歷工程設(shè)計(jì)的完整流程，了解不同材質(zhì)的茶包紙性能、工程實(shí)踐的各種限制條件、科學(xué)知識(shí)在工程建造中的應(yīng)用，從而加深對(duì)概念的理解。有結(jié)構(gòu)的板書增強(qiáng)了探究性教學(xué)的吸引力、啟發(fā)性和感染作用，培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力、概括能力。

構(gòu)造實(shí)物模型，加強(qiáng)工程思維的邏輯

工程思維起于思考，突出實(shí)戰(zhàn)，最終成于物品。明確方向后學(xué)生要不斷構(gòu)造實(shí)物模型，最終修建出一條通向正確方向的道路。

設(shè)計(jì)模型：所謂設(shè)計(jì)模型是指圍繞著設(shè)計(jì)方案，小組成員相互討論，明確設(shè)計(jì)和制作方案，最終畫出茶包的設(shè)計(jì)示意圖。設(shè)計(jì)模型前要確保學(xué)生對(duì)茶包的結(jié)構(gòu)有一定的認(rèn)識(shí)，這樣學(xué)生才能充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，靈動(dòng)地設(shè)計(jì)與制作。所以前置任務(wù)是：茶包由哪些部分組成？你能為這個(gè)一次性杯子設(shè)計(jì)并制作方便取用的小茶包嗎？以這個(gè)問題活躍思維，為后續(xù)的設(shè)計(jì)、制作奠定基礎(chǔ)。

驗(yàn)證模型：占據(jù)核心位置。學(xué)生在構(gòu)建模型時(shí)由于受各種因素的影響，可能會(huì)脫離設(shè)計(jì)方案。所以驗(yàn)證模型時(shí)要強(qiáng)調(diào)按圖施工，用“你們組選擇的是什么茶包紙，這個(gè)茶包紙有什么優(yōu)點(diǎn)”等問題來強(qiáng)化學(xué)生的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)他們的自我認(rèn)同感。再次驗(yàn)證模型時(shí)，可以通過泡茶等方式檢驗(yàn)茶包紙的性能以及加工手法是否妥當(dāng)。

評(píng)價(jià)模型：構(gòu)建模型后，各小組展示茶包模型，介紹本組茶包的特色。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生從設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、造型等方面對(duì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。

修正模型：生生互評(píng)的方式利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，并促使他們反思：什么樣的茶包紙才是最好的？適合大規(guī)模生產(chǎn)？1個(gè)茶包放多少茶葉合適？不同的茶葉泡開后舒展情況不同，合適的尺寸是多少？每個(gè)人的需求各不相同，怎么定制茶包？在反思中學(xué)生產(chǎn)生新的想法反饋課堂。由于受到課堂時(shí)間的影響，茶包模型不會(huì)太精致，教師可以把這些茶包當(dāng)作樣品交給學(xué)生，為后續(xù)的模型研究種下種子。

本節(jié)課學(xué)生反復(fù)經(jīng)歷設(shè)計(jì)模型、驗(yàn)證模型、評(píng)價(jià)模型、修正模型4個(gè)過程。工程思維就是“逢山開路、遇水搭橋”，遇到什么問題就解決什么問題，在科學(xué)方法指引下不斷試錯(cuò)。在這4個(gè)過程中工程思維必須全面把握人與自然、與其他成員乃至整個(gè)人類社會(huì)的互動(dòng)關(guān)系，避免學(xué)生單純從技術(shù)的角度考慮工程問題，避免學(xué)生僅僅著眼于工程對(duì)象本身而忽視工程“系統(tǒng)”與“環(huán)境”的相互作用，培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力和實(shí)踐能力。

優(yōu)化評(píng)價(jià)指導(dǎo)，推動(dòng)工程思維的進(jìn)階

由于大腦的發(fā)育趨于成熟，三年級(jí)學(xué)生進(jìn)入心理快速發(fā)展期，對(duì)外部控制的依賴性逐漸減少，但是內(nèi)部的自控能力又尚未發(fā)展起來，還不能有效地調(diào)節(jié)和控制自己。外部表現(xiàn)為三年級(jí)學(xué)生爭強(qiáng)好勝，亟須積極評(píng)價(jià)，因?yàn)閮?nèi)部評(píng)價(jià)機(jī)制還沒成熟，所以注重外部評(píng)價(jià)獎(jiǎng)勵(lì)。適時(shí)評(píng)價(jià)、及時(shí)肯定學(xué)生的想法，可以提升他們的感性認(rèn)識(shí)，活躍工程思維，從而產(chǎn)生新問題的需要。課堂反饋時(shí)積極利用生生互評(píng)、教師指導(dǎo)來推進(jìn)工程思維的進(jìn)階。

例如茶包材料的改進(jìn)，我選擇從茶包紙這個(gè)角度切入：從提供的白紙、濾紙、棉布、玉米纖維網(wǎng)布中自選一種材料制作小茶包。在后續(xù)討論中發(fā)現(xiàn)棉布不透明且出茶速度慢、白紙容易破。從而引發(fā)第二次探究：選用什么材料，茶葉舒展時(shí)要留多少空間？學(xué)生在這個(gè)過程中明確了茶包四要素：茶葉量、茶包尺寸、茶包紙的選擇、制作方式。在討論茶包紙的材質(zhì)必須具備哪些特點(diǎn)時(shí)，大部分學(xué)生一開始選擇的是濾紙和棉布，前者是市面上常用的茶包紙，后者是根據(jù)自身的生活經(jīng)驗(yàn)做出的選擇，白紙沒有人選。在學(xué)生闡述理由后我給予積極評(píng)價(jià)：

確實(shí)如此，市面上的茶包大部分選用的都是濾紙。

棉布也合適，你是怎么發(fā)現(xiàn)的？它的吸水性很好，有利于茶水析出，日常生活中用得也多。

玉米纖維網(wǎng)布材質(zhì)有什么優(yōu)點(diǎn)呢？再仔細(xì)觀察下。

你的想法很有創(chuàng)意。

通過教師積極地評(píng)價(jià)指導(dǎo)和生生互評(píng)，學(xué)生在輕松的氛圍中學(xué)習(xí)積極性更高，工程思維更活躍。我們能很快得出茶包紙的選用標(biāo)準(zhǔn)——玉米纖維網(wǎng)布材質(zhì)衛(wèi)生、結(jié)實(shí)、透水、環(huán)保、通透，做茶包紙最好，讓工程思維的指向性更明確，快速進(jìn)階。