強(qiáng)化學(xué)生工程思維

陳銘鑫

〔摘? ? 要〕? 如何有效地在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，是目前教育界亟待解決的問題。雖然已有一些研究關(guān)注于工程領(lǐng)域的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與實(shí)踐，但真正深入工程思維的培養(yǎng)策略，尤其是對(duì)小學(xué)階段的研究仍相對(duì)薄弱?；诖?，本研究旨在探討工程思維在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的培養(yǎng)策略，為我國小學(xué)科學(xué)教育提供理論支持和實(shí)踐建議。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；工程思維；培養(yǎng)策略

〔中圖分類號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? ? （2024）? 07? ? 028-030

工程思維是一種集合決策、設(shè)計(jì)、實(shí)施和評(píng)價(jià)等多維度的綜合性思考方式。在全球范圍內(nèi)，工程思維的重要性已被廣泛認(rèn)識(shí)，并逐漸融入各級(jí)教育體系中。特別是在我國，隨著《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的修訂，技術(shù)與工程作為獨(dú)立的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，與其他科學(xué)領(lǐng)域一同被納入小學(xué)科學(xué)課程中。這一變革不僅僅是課程內(nèi)容的調(diào)整，更是對(duì)工程思維在基礎(chǔ)教育中重要地位的確認(rèn)。它意味著，我們希望從小培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，讓他們?cè)谌粘Ｉ詈蛯W(xué)習(xí)中都能夠運(yùn)用這種思維方式去觀察、思考和解決問題。

一、小學(xué)科學(xué)教學(xué)中存在的問題

在當(dāng)前的小學(xué)科學(xué)教學(xué)環(huán)境中，有一個(gè)顯著而廣泛的問題，那就是不注重實(shí)踐和創(chuàng)新。這樣的教學(xué)方法無法使學(xué)生成為主動(dòng)的知識(shí)探索者。實(shí)踐和創(chuàng)新是任何學(xué)科的核心，尤其是在科學(xué)和工程領(lǐng)域。它們不僅能幫助學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用到真實(shí)世界的情境中，更能培養(yǎng)學(xué)生的批判性思考和問題解決能力。

遺憾的是，在當(dāng)前的教育環(huán)境中，考試和評(píng)估往往過于強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的記憶和重復(fù)，實(shí)踐和創(chuàng)新被邊緣化，學(xué)生可能會(huì)錯(cuò)過深入了解和掌握學(xué)科內(nèi)容的機(jī)會(huì)，更不用說培養(yǎng)他們未來所需的技能了。另外，這種傾向還可能導(dǎo)致學(xué)生缺乏探索和創(chuàng)新的熱情，因?yàn)樗麄兛赡苷J(rèn)為學(xué)習(xí)僅僅是為了考試和評(píng)分，而不是為了真正理解和應(yīng)用知識(shí)。這種情況不僅僅限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力，而且從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來看，也可能阻礙學(xué)生成為未來社會(huì)所需的創(chuàng)新者和領(lǐng)導(dǎo)者。為了更好地為學(xué)生提供全面的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，教育者和決策者必須重新考慮小學(xué)科學(xué)教學(xué)的方法和目標(biāo)。

二、在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中強(qiáng)化學(xué)生工程思維

（一）設(shè)置課題任務(wù)，鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力

在當(dāng)今的小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，如何結(jié)合實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，成為教育者深切關(guān)注的話題。在此背景下，設(shè)置具體的課題任務(wù)成為一個(gè)行之有效的策略，通過這種方式能夠切實(shí)鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

設(shè)定課題任務(wù)的方法有一個(gè)核心原則：激勵(lì)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)付諸實(shí)踐，并且讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)和解決實(shí)際問題。這樣的方法不僅僅是對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的鍛煉，更重要的是，它為學(xué)生提供了一個(gè)逐步塑造和加強(qiáng)工程思維的過程。這種教學(xué)方式增強(qiáng)了學(xué)科學(xué)習(xí)的深度和廣度，讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的真正價(jià)值。

為了確保每個(gè)學(xué)生都能參與并從中受益，一種常見的做法是將學(xué)生分成不同的小組，讓他們共同合作來完成課題任務(wù)。這樣的團(tuán)隊(duì)合作模式不僅能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造力，還可以幫助他們意識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性，更好地培養(yǎng)他們的溝通和協(xié)作能力。以“制作凈水器”為課題的學(xué)?？茖W(xué)興趣小組活動(dòng)就是一個(gè)很好的例子。在這個(gè)活動(dòng)中，學(xué)生被要求合作設(shè)計(jì)和制作一個(gè)凈水器，并對(duì)每一個(gè)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行深入分析和探討。在這個(gè)過程中，學(xué)生不僅要應(yīng)用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)，還要不斷地調(diào)整和完善他們的設(shè)計(jì)方案。這樣的反復(fù)嘗試和修改，使學(xué)生有機(jī)會(huì)深入地培養(yǎng)工程思維。制作完成凈水器后，教師可以組織一個(gè)展示和交流環(huán)節(jié)，讓每個(gè)小組的代表展示他們的設(shè)計(jì)方案，并聽取其他小組的意見和建議。這樣的交流不僅能夠加深學(xué)生對(duì)課題的理解，還能夠幫助他們從中學(xué)習(xí)到更多的知識(shí)和技能。通過這種方法，學(xué)生能夠在實(shí)踐和交流中進(jìn)一步加強(qiáng)他們的工程思維，為他們未來的學(xué)習(xí)和生活打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）提供材料，鼓勵(lì)學(xué)生自主搭建工程模型

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，提供給學(xué)生原材料并鼓勵(lì)他們自主地搭建工程模型，是一種有效地培養(yǎng)工程思維的方法。這種方法不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，更使他們?cè)趯?shí)踐中感受到科學(xué)的魅力，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，從而收獲更為豐富的學(xué)習(xí)成果。

“制作凈水器”活動(dòng)，教師需要提供石子、細(xì)沙、海綿等必要材料。學(xué)生在這樣的環(huán)境中，能夠結(jié)合自己對(duì)凈水器的設(shè)計(jì)構(gòu)思，自主地搭建出工程模型。這一過程不僅讓學(xué)生對(duì)凈水器的功能和應(yīng)用原理有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，還鍛煉了他們的動(dòng)手操作和獨(dú)立解決問題的能力。在此過程中，教師的角色是至關(guān)重要的，他們需要時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的操作，多提供必要的幫助，確保學(xué)生能夠順利地完成任務(wù)。此外，教師還可以組織小型的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，比如水樣檢測(cè)，使學(xué)生更為直觀地了解和評(píng)估自己制作的凈水器的效果。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要按照既定的步驟進(jìn)行，并在每一步中做好詳細(xì)記錄。這樣可以幫助他們?cè)趯?shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和總結(jié)。這種實(shí)驗(yàn)方法不僅加深了學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，還鍛煉了他們的觀察和記錄能力，優(yōu)化了教學(xué)效果，也大大提高了小學(xué)科學(xué)教學(xué)的價(jià)值，有助于促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

（三）做、學(xué)、思合一，強(qiáng)化學(xué)生的工程思維

1.在“做”中強(qiáng)化工程思維

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，真正的“做”是培養(yǎng)學(xué)生工程思維的關(guān)鍵，能夠更深入地培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生的思維方式，使其從抽象的理論中得到具體的啟示。

以一個(gè)簡(jiǎn)單的橋梁模型制作為例，當(dāng)學(xué)生被賦予任務(wù)制作一座可以承受一定重量的紙橋時(shí)，他們首先需要了解橋梁的基本結(jié)構(gòu)和原理。在這個(gè)“做”的過程中，學(xué)生可能會(huì)選擇使用報(bào)紙、膠水或其他可用材料。他們需要考慮如何強(qiáng)化紙的結(jié)構(gòu)，使其能夠承受更大的重量，是否要加入其他材料以增加穩(wěn)定性，或者如何調(diào)整橋的長(zhǎng)度和寬度以滿足需求。在嘗試不同的設(shè)計(jì)和方法后，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)某些結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)固，某些方法更為實(shí)用。例如，學(xué)生可能會(huì)發(fā)現(xiàn)折疊紙張可以提高其強(qiáng)度，或者發(fā)現(xiàn)交叉放置紙張可以提供更好的支撐。在這個(gè)過程中，失敗是不可避免的，有的橋可能會(huì)輕易斷裂，有的設(shè)計(jì)可能不夠穩(wěn)固。正是這些失敗，讓學(xué)生理解了設(shè)計(jì)的重要性，他們開始重新思考，修改原有的方案，逐步接近理想的設(shè)計(jì)。橋梁模型完成后，學(xué)生可以進(jìn)行測(cè)試，如放置不同重量的物體，看看哪座橋能夠承受最大的重量。這不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的比賽，更是一個(gè)工程思維的鍛煉過程。學(xué)生在此過程中學(xué)會(huì)了如何將理論應(yīng)用于實(shí)踐，如何從失敗中吸取教訓(xùn)，如何與他人合作解決問題。

2.從“用”中強(qiáng)化工程思維

工程思維在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的培養(yǎng)是一項(xiàng)重要任務(wù)，因?yàn)樗粌H有助于學(xué)生更深入地理解科學(xué)知識(shí)，還能夠培養(yǎng)他們的問題解決能力和創(chuàng)新意識(shí)。其中，從“用”中強(qiáng)化工程思維是一項(xiàng)關(guān)鍵策略，它要求教師將科學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中思考、創(chuàng)造和解決問題。

在科學(xué)課堂上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷有價(jià)值的科學(xué)探究活動(dòng)，這些活動(dòng)需要學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)來解決問題。例如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)計(jì)和制作實(shí)際的物品或模型來應(yīng)用科學(xué)知識(shí)。他們可以設(shè)計(jì)一個(gè)能夠利用太陽能發(fā)電的簡(jiǎn)單裝置。在制作過程中，學(xué)生需要考慮太陽能的吸收、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化等科學(xué)原理。這將促使他們深入思考如何將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中，培養(yǎng)他們的工程思維能力。在實(shí)踐過程中，學(xué)生可能會(huì)遇到各種問題和挑戰(zhàn)。這時(shí)，教師引導(dǎo)他們分析問題、提出解決方案，并鼓勵(lì)他們不斷地嘗試和改進(jìn)。此外，還應(yīng)該關(guān)注學(xué)生在問題解決過程中的思考、決策和改進(jìn)過程。這可以通過觀察學(xué)生的工程日志、聽取他們的解釋和思考過程來評(píng)估，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的思維過程和創(chuàng)新能力，而不僅僅是結(jié)果。最后，學(xué)生應(yīng)該被鼓勵(lì)在解決問題的過程中進(jìn)行合作和交流。工程思維往往需要團(tuán)隊(duì)合作，因?yàn)椴煌娜丝赡軙?huì)有不同的見解和創(chuàng)意。通過與同學(xué)討論、分享思路和合作解決問題，學(xué)生可以從彼此的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)到更多，這有助于培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力。

3.在“議”中強(qiáng)化工程思維

通過“議”來拓展工程思維是在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生工程思維的重要策略之一。這一方法強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生通過辯論、討論和交流的方式，思考和探討科學(xué)問題，從而深化對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，培養(yǎng)批判性思維和創(chuàng)新能力。

首先，通過“議”來拓展工程思維可以幫助學(xué)生深入探討科學(xué)現(xiàn)象和問題。例如，教師可以提出一個(gè)問題：“關(guān)于磁鐵，你們知道些什么？”學(xué)生可以自由發(fā)表自己的觀點(diǎn)，然后進(jìn)行辯論和討論。這種討論過程能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心，促使他們深入了解磁鐵的性質(zhì)和應(yīng)用。其次，通過辯論和討論，學(xué)生可以學(xué)會(huì)提出問題和進(jìn)行調(diào)查研究。在討論磁鐵的性質(zhì)時(shí)，學(xué)生可能會(huì)提出各種問題，如為什么磁鐵可以吸鐵釘？為什么不能吸塑料？這些問題可以激發(fā)他們主動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、觀察和研究，從而深化對(duì)科學(xué)原理的理解。此外，辯論和討論還可以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新能力。學(xué)生需要分析和評(píng)價(jià)不同觀點(diǎn)的合理性，提出自己的論據(jù)，并與他人進(jìn)行思想碰撞。這有助于他們培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，同時(shí)也激發(fā)創(chuàng)新思維。因?yàn)樗麄冃枰岢鲂碌挠^點(diǎn)和解決方案來支持自己的論點(diǎn)。在“議”的過程中，教師需要引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的思考，而不是簡(jiǎn)單地傳授知識(shí)。教師可以提出一些引導(dǎo)性問題，并指導(dǎo)學(xué)生如何展開研究和實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，教師應(yīng)該引領(lǐng)學(xué)生學(xué)會(huì)尊重他人的觀點(diǎn)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和溝通技能，這對(duì)于工程思維也是非常重要的。最后，通過“議”來拓展工程思維，可以將學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際問題相結(jié)合。學(xué)生可以通過討論和辯論來解決真實(shí)的科學(xué)問題，這有助于他們將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中。例如，在討論磁鐵時(shí)，學(xué)生可以探討如何合理使用磁鐵，避免對(duì)電視機(jī)和銀行卡等物品造成影響。這種聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)有助于深化學(xué)生對(duì)科學(xué)原理的理解，并培養(yǎng)解決實(shí)際問題的工程思維。

三、結(jié)語

綜上所述，本文通過對(duì)科學(xué)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行分析，提出了一系列強(qiáng)化學(xué)生工程思維的策略，包括設(shè)置課題任務(wù)，提供材料以及做、學(xué)、思合一的方法。通過本研究，我們認(rèn)識(shí)到工程思維是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維、解決問題能力以及實(shí)踐能力的有效途徑，可以顯著提高小學(xué)科學(xué)教學(xué)的效果。課題任務(wù)的設(shè)計(jì)需要精心策劃，以確保學(xué)生在實(shí)踐中真正發(fā)揮工程思維，因此教師在任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮學(xué)生的年齡和能力水平。另外，提供合適的材料和資源可以激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造力，鼓勵(lì)他們積極參與工程模型的搭建和實(shí)踐活動(dòng)。做、學(xué)、思合一的方法還可以幫助學(xué)生將工程思維貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)過程，從而更全面地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)學(xué)科能力。

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