小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的工程思維培養(yǎng)

夏凌君

摘要：工程思維是指按某一特定的目標(biāo)，遵循一定的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行生產(chǎn)或建設(shè)，直至最后制造出符合預(yù)期的產(chǎn)品的一種思維方式。以《造房子》一課為例，通過明確主題、研究討論、設(shè)計(jì)實(shí)施、評(píng)價(jià)交流和拓展應(yīng)用這五個(gè)環(huán)節(jié)，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

關(guān)鍵詞：工程思維;設(shè)計(jì)制作;實(shí)踐能力;創(chuàng)新精神

伴隨“技術(shù)與工程”作為獨(dú)立教學(xué)內(nèi)容出現(xiàn)在2017年版的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，小學(xué)科學(xué)教育愈加重視培養(yǎng)學(xué)生基于問題解決和工程設(shè)計(jì)等的科學(xué)素養(yǎng)，尤其是培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。工程思維是指按某一特定的目標(biāo)，遵循一定的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行生產(chǎn)或建設(shè)，直至最后制造出符合預(yù)期的產(chǎn)品的一種思維方式。結(jié)合工程思維的內(nèi)涵，筆者以為，可以按照明確主題、研究討論、設(shè)計(jì)實(shí)施、評(píng)價(jià)交流和拓展應(yīng)用這五個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施教學(xué)，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。下面，以《造房子》一課為例具體說明。

一、明確主題

確定一個(gè)具有研究?jī)r(jià)值的主題并創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的情境，是學(xué)生工程思維培養(yǎng)的出發(fā)點(diǎn)。情境的創(chuàng)設(shè)，可以聯(lián)系學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活，在學(xué)生鮮活的日常生活環(huán)境中發(fā)現(xiàn)、挖掘情境資源。這樣，不僅能為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供認(rèn)知?？奎c(diǎn)，又能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。

《造房子》一課教學(xué)，教師首先結(jié)合學(xué)生的生活和已有認(rèn)知提出問題：“同學(xué)們，我們現(xiàn)在居住的都是高樓大廈，非常舒適安逸。但是，很多貧困山區(qū)的孩子至今仍住在很破舊的房子里，這些房子年久失修、屋頂漏雨，有些房子甚至存在倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。如果你是房屋建造師，你愿意為他們建造一座安全舒適的房子嗎？”學(xué)生當(dāng)然都十分愿意參與房子的建造。接著，教師啟發(fā)思考：“那你知道房子的建造流程嗎？”學(xué)生進(jìn)行深入思考，在小組內(nèi)部討論，然后全班交流，從而對(duì)房子的建造過程有初步的認(rèn)知和了解。在此過程中，學(xué)生明確了將要研究的問題，為后續(xù)的學(xué)習(xí)做好充分準(zhǔn)備。

二、研究討論

研究主題確定之后，教師可提出環(huán)環(huán)相扣的問題，幫助學(xué)生從已有經(jīng)驗(yàn)中搜集出相關(guān)信息和資料，然后研究討論這些信息和資料，建立相關(guān)的聯(lián)系紐帶。

在明確“造房子”的主題后，教師布置第一個(gè)任務(wù)：建造一座安全、舒適的房子要考慮哪些因素？任務(wù)拋出后，學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，從大小、形狀、結(jié)構(gòu)、用途、材料、承受力、穩(wěn)定性等方面進(jìn)行討論，充分發(fā)表自己的意見。接著，教師布置第二個(gè)任務(wù)：根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的《折形狀》和《搭支架》，要建造既省材料又牢固的房子，你們有些怎樣的建議？學(xué)生聯(lián)系之前所學(xué)，能夠準(zhǔn)確說出利用圓柱形結(jié)構(gòu)能增大房子的承受力，而利用三角形結(jié)構(gòu)最省材料。最后，教師布置第三個(gè)任務(wù)：你們想選擇什么樣的材料？怎樣連接材料？學(xué)生在小組內(nèi)進(jìn)行討論，教師對(duì)學(xué)生的想法進(jìn)行評(píng)價(jià)和總結(jié)。

三、設(shè)計(jì)實(shí)施

設(shè)計(jì)與實(shí)施是工程實(shí)施中十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，后期的測(cè)試完善更是工程的點(diǎn)睛之筆。設(shè)計(jì)和實(shí)施的過程是學(xué)生將頭腦中的想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過程。在此過程中，教師要讓學(xué)生知道，設(shè)計(jì)及改進(jìn)是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過程。在設(shè)計(jì)與實(shí)施的過程中，學(xué)生學(xué)會(huì)反思，在反思中提升自身的科學(xué)能力及工程思維。

通過進(jìn)一步的討論研究，學(xué)生對(duì)房子的建造又有了更深的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，教師分發(fā)圖紙，說明“牢固、寬敞、省料”的優(yōu)秀設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。牢固性主要看建造的房子能否承受一定的壓力;寬敞主要看房子的空間布局是否合理;省料主要看所選材料是否物盡其用，減少不必要的浪費(fèi)。此時(shí)，教師鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮想象，設(shè)計(jì)出滿足這些標(biāo)準(zhǔn)又個(gè)性十足的房子。

接下來(lái)，學(xué)生將思路轉(zhuǎn)換為圖紙，小組內(nèi)繪制好初稿后，全班交流討論。之后，教師引導(dǎo)學(xué)生將設(shè)計(jì)精細(xì)化：設(shè)計(jì)圖要有框架結(jié)構(gòu)圖及整體樣式圖，還要寫明使用的材料及尺寸，并且計(jì)算出所需的材料（圖1所示為其中一個(gè)學(xué)生小組的設(shè)計(jì)圖）。學(xué)生完成初稿后進(jìn)入交流環(huán)節(jié)，依次上臺(tái)介紹自己小組的作品，其他小組提出修改建議。各小組對(duì)照建議再次修改設(shè)計(jì)圖，直至得到滿意的設(shè)計(jì)方案。

設(shè)計(jì)方案完成后，各小組便可以選取材料進(jìn)行制作。制作的過程中，學(xué)生遇到問題，可邊修改邊制作。只有在不斷的嘗試、改善中，房子的制作才能趨向成功。因此，嚴(yán)謹(jǐn)性這一不可或缺的工程思維品質(zhì)得到有效鍛煉。

四、評(píng)價(jià)交流

評(píng)價(jià)及交流，可以幫助學(xué)生了解自身存在的問題及產(chǎn)生問題的原因，更可以幫助教師掌握學(xué)生的發(fā)展水平，改進(jìn)教學(xué)，從而更高效、更有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

各小組房子建造完成后，教師讓學(xué)生根據(jù)前面制訂的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其他小組的作品做出合理的評(píng)價(jià)。大多數(shù)小組建造的房子都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。有的作品能承受20本作業(yè)本的重量，其較大的承受力得到許多人的認(rèn)可;有的作品空間大，內(nèi)部可放置2—3個(gè)文具盒;還有的雖然承重力不強(qiáng)，但是所用材料最少，比較經(jīng)濟(jì)。接著，學(xué)生根據(jù)評(píng)分表，對(duì)其他小組的作品打分。最后，教師根據(jù)每個(gè)小組在整節(jié)課中的表現(xiàn)加以點(diǎn)評(píng)。此時(shí)，教師可以從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、模型建構(gòu)及小組合作等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)合師生共同的評(píng)價(jià)，全班評(píng)選出最佳小組及最佳作品。同伴評(píng)價(jià)能給予學(xué)生自己對(duì)學(xué)習(xí)過程和結(jié)果的掌控權(quán)，從而促使學(xué)生自主地參與到學(xué)習(xí)中;教師評(píng)價(jià)則能為學(xué)生提供全面、及時(shí)的反饋，幫助他們?cè)谥蟮膶W(xué)習(xí)中進(jìn)一步彌補(bǔ)自身的不足，優(yōu)化自己的作品。

五、拓展應(yīng)用

課堂的時(shí)間是短暫的，如果學(xué)生的想法在課堂上沒有得到充分的發(fā)揮，可引導(dǎo)他們課后繼續(xù)拓展應(yīng)用。

《造房子》課尾，教師布置“查閱世界上有名的建筑”的課后作業(yè)，旨在讓學(xué)生能從這些建筑作品中獲得靈感，進(jìn)一步完善自己的方案。這樣，學(xué)生就有充分的時(shí)間對(duì)自己的方案進(jìn)行不斷的調(diào)整、修改與完善，讓自己的作品更加符合任務(wù)要求，充分經(jīng)歷工程迭代的過程。在這個(gè)過程中，學(xué)生的工程思維及動(dòng)手操作能力也將得到不斷的提升。拓展與應(yīng)用不僅是對(duì)已學(xué)知識(shí)的一個(gè)檢驗(yàn)，更是對(duì)本節(jié)課所學(xué)知識(shí)靈活應(yīng)用的一個(gè)延伸。這有利于學(xué)生思維的創(chuàng)造性和靈活性的發(fā)展，是工程思維培養(yǎng)教學(xué)中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。

對(duì)學(xué)生工程思維的培養(yǎng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。工程不是隨意地去做，而是要將相關(guān)課程真正落實(shí)在“設(shè)計(jì)后再制作”的學(xué)習(xí)活動(dòng)中。學(xué)生自己根據(jù)研究主題思考可行性方案，自行設(shè)計(jì)圖紙，在設(shè)計(jì)的過程中，分析出自己的不足，不斷完善自己的設(shè)計(jì)，從而逐步提升自己的工程思維。

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