立足課堂設(shè)計(jì)培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)工程思維能力

葛麗霞

【摘要】文章重點(diǎn)闡述教師針對(duì)課堂設(shè)計(jì)，如何從優(yōu)化導(dǎo)入環(huán)節(jié)、課堂提問(wèn)和實(shí)驗(yàn)材料三個(gè)方面適時(shí)恰當(dāng)?shù)丶ぐl(fā)學(xué)生興趣，并引導(dǎo)他們進(jìn)入積極主動(dòng)的思維狀態(tài)，從而在科學(xué)課堂中更有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)工程思維能力。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué);立足課堂;工程思維

科學(xué)工程思維能力是學(xué)生在科學(xué)實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行創(chuàng)新和解決問(wèn)題的能力。在小學(xué)科學(xué)課堂中，教師可以通過(guò)對(duì)小學(xué)科學(xué)課程及相關(guān)活動(dòng)進(jìn)行有趣的情境創(chuàng)設(shè)，優(yōu)化課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的興趣，啟動(dòng)學(xué)生的思維狀態(tài)，有效的提問(wèn)促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)一步提升，依托實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行課堂深入探究，從而培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)工程意識(shí)和科學(xué)工程思維能力，讓學(xué)生通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、制作、建模和推理一系列活動(dòng)來(lái)獲取知識(shí)，在不斷的經(jīng)歷中培養(yǎng)實(shí)踐能力、工程思維能力和運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。小學(xué)科學(xué)教育既要注重通過(guò)書本課程來(lái)培養(yǎng)并發(fā)展學(xué)生的工程思維，也要從生活入手聯(lián)系生活實(shí)際創(chuàng)造情境，用課程所學(xué)知識(shí)來(lái)解決生活中的問(wèn)題發(fā)展學(xué)生的工程思維；始終要以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)為宗旨，深入解讀課程文本，優(yōu)化課堂設(shè)計(jì)，給予學(xué)生足夠的時(shí)間空間等相關(guān)所需條件讓學(xué)生充分進(jìn)行科學(xué)探究，在研討與交流中進(jìn)行思維碰撞，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)工程思維發(fā)展；并創(chuàng)造性地使用教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決生活中實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

一、優(yōu)化導(dǎo)入環(huán)節(jié)，是促進(jìn)學(xué)生科學(xué)工程思維的起點(diǎn)

1.圖文導(dǎo)入，促進(jìn)學(xué)生工程思維

利用教材所安排的圖片案例為切入口，選擇與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)且接近學(xué)生生活的圖片或文字進(jìn)行導(dǎo)入，圖片為學(xué)生提供更直觀、生動(dòng)的視覺(jué)元素，讓學(xué)生去觀察思考，有助于提高學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)動(dòng)力啟動(dòng)思維。筆者在教學(xué)“露和霜”這一課時(shí)，設(shè)計(jì)出示自然天氣中出現(xiàn)的露和霜的圖片，讓學(xué)生從觀察圖片中的露和霜開始，以激發(fā)學(xué)生的思考和聯(lián)想能力，幫助他們將存在于我們生活中的露和霜的概念和信息聯(lián)系在一起，從而促進(jìn)思維的發(fā)生和發(fā)展。學(xué)生從觀察圖片開始，按照教者預(yù)設(shè)逐步進(jìn)入既定的課題步驟往下走，學(xué)生參與的熱情特別高，在參與過(guò)程中從而更好地引發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維。圖片導(dǎo)入可以提升學(xué)習(xí)的效果和興趣，豐富教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化記憶和理解，并促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展，能夠引起學(xué)生的興趣和好奇心。研究表明，圖片可以幫助學(xué)生更容易將信息轉(zhuǎn)化為記憶和理解的內(nèi)容，從而提高學(xué)習(xí)效果。通過(guò)視覺(jué)呈現(xiàn)，學(xué)生更容易記住圖片所代表的概念和信息。

2.問(wèn)題導(dǎo)入，促進(jìn)學(xué)生工程思維

在新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，通過(guò)設(shè)計(jì)一些啟發(fā)性的問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和討論，這樣可以激發(fā)學(xué)生的求知欲和思維活躍度，培養(yǎng)他們提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，發(fā)展工程思維能力。筆者在教學(xué)“露和霜”這一課時(shí)，課始就出示課題，讓學(xué)生根據(jù)課題，提出：“看了課題，你們心中想知道哪些問(wèn)題呢？可以先分組討論一下?！睂W(xué)生通過(guò)討論會(huì)提出“什么是露？什么是霜？”“露是怎么形成的？”“霜是怎么形成的？”“露和霜的形成有相同的地方嗎？”“露和霜的不同點(diǎn)在哪？”等一系列的問(wèn)題，學(xué)生會(huì)根據(jù)所提的一系列問(wèn)題啟動(dòng)思維去不斷深入探究，在明白露和霜的定義之后，思考怎么模擬露和霜的形成。學(xué)生通過(guò)討論交流然后形成共識(shí)，展開探究實(shí)踐，整堂課通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)入，激發(fā)思維，引導(dǎo)學(xué)生步步深入探究本課重點(diǎn)。

3.活動(dòng)導(dǎo)入，促進(jìn)學(xué)生工程思維

導(dǎo)入環(huán)節(jié)還可以采用一些互動(dòng)性較強(qiáng)的活動(dòng)，如小組討論、實(shí)驗(yàn)觀察等，讓學(xué)生參與其中，積極探索和發(fā)現(xiàn)。例如，筆者在教學(xué)“露和霜”時(shí)為了更好引發(fā)學(xué)生興趣，筆者以“秋天的第一杯奶茶”預(yù)設(shè)情境，出示學(xué)生喜愛(ài)的冰凍奶茶和常溫奶茶，看到喜歡的奶茶出現(xiàn)在課堂上，學(xué)生異常激動(dòng)，在這樣的情境下讓學(xué)生觀察并摸一摸兩杯奶茶的外包裝盒壁，學(xué)生很容易就發(fā)現(xiàn)冰凍奶茶的盒壁是濕的，說(shuō)明冰凍奶茶的外杯壁有小水珠，筆者繼續(xù)提問(wèn)，是奶茶漏出來(lái)了嗎？學(xué)生再次通過(guò)觀察活動(dòng)發(fā)現(xiàn)奶茶包裝盒完好無(wú)缺，此時(shí)學(xué)生自然而然會(huì)深入思考，為什么兩杯奶茶，其中冰的一杯的外壁會(huì)濕呢？冰凍奶茶外杯壁的小水珠是從哪里來(lái)的呢？為什么常溫奶茶外杯壁沒(méi)有小水珠？外杯壁水的產(chǎn)生和什么有關(guān)？是和冰有關(guān)嗎？又有怎樣的關(guān)系呢？此時(shí)利用這個(gè)活動(dòng)導(dǎo)入能夠驅(qū)動(dòng)孩子的思維，使他們更積極去探究這種現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)。

4.遷移導(dǎo)入，促進(jìn)學(xué)生工程思維

導(dǎo)入環(huán)節(jié)也可以把舊知與新知遷移貫穿結(jié)合，使學(xué)生能夠?qū)?dǎo)入環(huán)節(jié)中所引發(fā)的問(wèn)題同舊知與新知聯(lián)系起來(lái)，形成知識(shí)的整體認(rèn)知。這樣可以幫助學(xué)生建立科學(xué)思維的體系，鞏固舊知，拓展未知領(lǐng)域，從而加強(qiáng)他們將知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題的能力。如“露和霜”是五年級(jí)的內(nèi)容，學(xué)生在四年級(jí)時(shí)就學(xué)過(guò)水遇熱到一定程度會(huì)變成水蒸氣，液態(tài)的水在加熱到一定溫度的情況下會(huì)變成氣態(tài)的水，那氣態(tài)的水又怎么變回液態(tài)的水呢？也就是水蒸氣又怎么變回水呢？利用孩子的已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，思考解決問(wèn)題，解決這個(gè)問(wèn)題時(shí)可以引導(dǎo)孩子逆向思考。同樣的課題，不同的導(dǎo)入，能引發(fā)不同的課堂生成，學(xué)生的思維也能更好地跟隨導(dǎo)入環(huán)節(jié)深入課堂。

綜上所述，優(yōu)化導(dǎo)入環(huán)節(jié)可以更好地促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和思考能力，引導(dǎo)他們主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果。

二、優(yōu)化教學(xué)提問(wèn)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)工程思維的提升

優(yōu)化教學(xué)提問(wèn)是指在教學(xué)過(guò)程中，設(shè)計(jì)合理的問(wèn)題，在學(xué)生迷茫之際適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和探索，從而在教學(xué)中更好地促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展?？茖W(xué)課堂是一種自主探究型課堂，也是師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的課堂，在課堂中教師的提問(wèn)能很好地引導(dǎo)課堂的走向，引領(lǐng)孩子在科學(xué)課堂中探討相關(guān)的問(wèn)題，從而能更好地引導(dǎo)學(xué)生的思考。

首先，教學(xué)提問(wèn)應(yīng)該具有啟發(fā)性和挑戰(zhàn)性，能夠引起學(xué)生的思考和探索欲望。問(wèn)題應(yīng)該涉及學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)，或者與學(xué)生的日常生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系，以激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心。例如，筆者在教學(xué)“露和霜”這一課時(shí)，學(xué)生導(dǎo)入階段之后知道給水蒸氣降溫會(huì)把氣態(tài)的水變回液態(tài)的水，師者問(wèn)：“用冰塊給水蒸氣降溫，說(shuō)明露和霜的形成和溫度有關(guān)，只要有冰塊就能形成露和霜嗎？露和霜的形成和溫度有怎樣的關(guān)系？我們?cè)趺从脤?shí)驗(yàn)材料去探究露和霜的形成和溫度有怎樣的關(guān)系？完成實(shí)驗(yàn)需要哪些材料？利用這些材料按什么步驟去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？”問(wèn)題一出，很多孩子頓時(shí)安靜下來(lái)，這些環(huán)環(huán)緊扣的提問(wèn)給孩子帶來(lái)了挑戰(zhàn)，他們認(rèn)真思考本堂課的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)探究，通過(guò)討論，最后一致選擇所需材料按照實(shí)驗(yàn)步驟去探究形成露和霜的秘密。教師通過(guò)有效的提問(wèn)，一步步引領(lǐng)孩子思維，走向生成。這樣的課堂比灌輸型課堂更能驅(qū)動(dòng)孩子的科學(xué)思維。

其次，教學(xué)提問(wèn)應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行思維的運(yùn)用和分析。問(wèn)題應(yīng)該設(shè)計(jì)得具有多樣性，可以有不同的答案，或者可以引發(fā)不同的思考角度和解決方法，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維。例如，在教“露和霜”這一課時(shí)，筆者從學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，學(xué)生知道液態(tài)的水加熱會(huì)變成氣態(tài)的水，逆向思維得出水蒸氣降溫會(huì)變成液態(tài)的水，此時(shí)師者提問(wèn)：“怎么給水蒸氣降溫呢？”“你們準(zhǔn)備用什么材料來(lái)給水蒸氣降溫？”“為什么你們覺(jué)得用冰塊降溫比較好？”一石激起千層浪，學(xué)生開動(dòng)思維，七嘴八舌地述說(shuō)降溫的方法，最后通過(guò)篩選比較，發(fā)現(xiàn)在本課堂中用冰塊降溫是比較可行也易操作探究的方法。

最后，教學(xué)提問(wèn)應(yīng)該與教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)水平相適應(yīng)。問(wèn)題的難易程度應(yīng)該適當(dāng)，既要能夠引發(fā)學(xué)生的思考，又要保證學(xué)生能夠理解和回答。同時(shí)，還要根據(jù)學(xué)生的不同水平設(shè)置不同的提問(wèn)方式和深度，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和發(fā)展。

綜上所述，優(yōu)化教學(xué)提問(wèn)可以更好地促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和思考能力，培養(yǎng)他們的批判性思維和創(chuàng)造性思維，提高他們解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，教學(xué)提問(wèn)應(yīng)該注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和自主發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力。

三、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料，是促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)工程思維的依托

在小學(xué)科學(xué)課堂中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)疑是提升孩子工程思維能力的重要途徑之一。而要在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)孩子的工程思維能力，首先要注重培養(yǎng)他們的觀察和思考習(xí)慣。觀察和思考是工程思維的基石，它們能夠幫助孩子發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、尋找解決方案，并在實(shí)驗(yàn)中獲得更深層次的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過(guò)精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，教師可以引導(dǎo)孩子注重觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的細(xì)節(jié)，激發(fā)他們的觀察力和對(duì)細(xì)節(jié)的敏感性；同時(shí)，在孩子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教師還要鼓勵(lì)他們提出問(wèn)題、思考解決問(wèn)題的方法，幫助他們培養(yǎng)獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)這樣的努力，相信孩子的工程思維能力將會(huì)得到顯著提升。

教師在選擇實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，選擇與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)材料，或者選擇能夠引起學(xué)生興趣和好奇心的實(shí)驗(yàn)材料，這樣能夠更好地激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維。且此時(shí)不應(yīng)僅僅局限于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)材料，還可以引入一些新穎的材料，如虛擬實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)等，使學(xué)生能夠從不同的角度來(lái)思考和解決問(wèn)題。教師還要關(guān)注實(shí)驗(yàn)材料的可操作性和可觀察性，確保實(shí)驗(yàn)材料能夠讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作和觀察，以便他們能夠通過(guò)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)探索和理解科學(xué)現(xiàn)象；還可以提供開放性的實(shí)驗(yàn)材料，給予學(xué)生一定程度的自由度，讓他們能夠根據(jù)自己的興趣和想法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和問(wèn)題解決能力，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)推理和探究，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行推理和探究，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維和分析能力；也可以開展實(shí)驗(yàn)材料的擴(kuò)展應(yīng)用，將實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)際生活和社會(huì)問(wèn)題結(jié)合起來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用和擴(kuò)展，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在實(shí)驗(yàn)后，教師應(yīng)該積極組織學(xué)生進(jìn)行討論和交流，讓他們分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果和心得體會(huì)，促進(jìn)他們的合作與交流能力，進(jìn)一步加深對(duì)科學(xué)思維的理解和應(yīng)用，在優(yōu)化材料的同時(shí)還要注意材料安全。如筆者在執(zhí)教“露和霜”這一課時(shí)，為了易于學(xué)生操作探究，精心準(zhǔn)備了試驗(yàn)相關(guān)的材料，把搜集的易拉罐外表噴上黑色的油漆，是為了讓孩子更好地觀察到實(shí)驗(yàn)變化現(xiàn)象，根據(jù)秒表提供的時(shí)間讀取溫度計(jì)上顯示的刻度，是讓孩子在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)去發(fā)現(xiàn)冰塊入水后冰水溫度的變化，以及易拉罐外杯壁的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變化，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)之前詢問(wèn)孩子實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，很多孩子能說(shuō)出實(shí)驗(yàn)中要注意實(shí)驗(yàn)安全，像這些實(shí)驗(yàn)材料都是學(xué)生生活中曾經(jīng)見(jiàn)到過(guò)甚至親手使用過(guò)的，在課堂中用來(lái)進(jìn)行科學(xué)研究更能激發(fā)他們的探究興趣。

科學(xué)課區(qū)別于其他學(xué)科課堂，就在于科學(xué)課上學(xué)生通過(guò)老師的引導(dǎo)，積極思維，在老師提供的實(shí)驗(yàn)材料上，根據(jù)課堂需要去選擇所需材料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、探究實(shí)驗(yàn)結(jié)果、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)探究中發(fā)現(xiàn)與本堂課所相關(guān)的科學(xué)知識(shí)，而不是通過(guò)老師的灌輸型教學(xué)直接了解科學(xué)知識(shí)點(diǎn)。所以師者在準(zhǔn)備課堂實(shí)驗(yàn)材料的時(shí)候，就要從孩子的實(shí)際出發(fā)，所選材料在課前老師就自己要多次實(shí)驗(yàn)，確保孩子的實(shí)驗(yàn)完成，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程使孩子能積極探究，主動(dòng)進(jìn)行科學(xué)思維，在這樣的科學(xué)課堂中，教師利用材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)不斷提高孩子的科學(xué)思維能力。筆者在教學(xué)“露和霜”這一課時(shí)，在最開始設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，是把孩子能夠按照既定的操作步驟制成露或者霜所需的材料的多少分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟確實(shí)能制造出所需的露和霜，但是究其根本，從學(xué)生的思維出發(fā)，他們一開始無(wú)法理解為什么老師給的這些材料就正好能制成露和霜，如果材料的量改變了還能產(chǎn)生露和霜嗎，在心底會(huì)產(chǎn)生疑惑，后來(lái)經(jīng)過(guò)反思思考，筆者覺(jué)得這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)只是為了讓孩子造出露或者霜，學(xué)生無(wú)法從本質(zhì)上去理解或親身體會(huì)露和霜形成的本質(zhì)過(guò)程以及區(qū)別。筆者重新調(diào)整了課堂，給學(xué)生準(zhǔn)備了足夠的實(shí)驗(yàn)所需的材料，讓學(xué)生自己用材料去試著創(chuàng)造露和霜，學(xué)生在合作的時(shí)候雖然很多小組無(wú)法一下子成功造出露和霜，但心底產(chǎn)生疑惑會(huì)使學(xué)生更積極主動(dòng)去探究分析無(wú)法成功的原因到底與什么有關(guān)，在不斷的試探改進(jìn)過(guò)程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)造露和霜的關(guān)鍵在于溫度降低到一定范圍，這就和冰塊、水、鹽的多少有關(guān)，學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和步驟，最后發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降低到零攝氏度以上又非常接近零攝氏度的時(shí)候能夠出現(xiàn)露，當(dāng)溫度降低到零攝氏度以下的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)霜，學(xué)生知道了實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵是溫度后，在運(yùn)用實(shí)驗(yàn)材料的時(shí)候，就會(huì)細(xì)心思考觀察，考慮材料的選擇以及量的多少，這樣的開放式實(shí)驗(yàn)過(guò)程，更能激發(fā)學(xué)生的探究，在此過(guò)程中學(xué)生由最開始的失敗，不斷思維，學(xué)生的探究興趣空前高漲，最終收獲成功的喜悅，迸發(fā)思維火花。實(shí)驗(yàn)后，教師要組織學(xué)生進(jìn)行討論和交流，促進(jìn)他們的合作與交流能力。

綜上所述，課堂是學(xué)生的課堂，優(yōu)化導(dǎo)入環(huán)節(jié)可以更好地促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和思考能力，引導(dǎo)他們主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果。優(yōu)化教學(xué)提問(wèn)是在教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)合理的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和探索，從而促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展。在教學(xué)中要注意材料的合理性、可操作性及安全性，確保學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中能夠積極探究和發(fā)展科學(xué)思維能力。

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