以“小小工程師”為載體培育學生工程思維

楊望祥

〔摘? ? 要〕? 筆者在教學實踐中發(fā)現(xiàn)，學生工程思維發(fā)展很容易被忽視。本文以“小小工程師”單元教學為載體，對學生的科學工程思維能力狀況進行了調(diào)查，分析存在的問題及原因，并基于此改進教學。

〔關鍵詞〕? 小學科學；工程思維；工程

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 16? ? 034-036

一、現(xiàn)狀思考

小學科學核心素養(yǎng)之一是科學思維，而技術與工程課中涉及較多的就是工程思維，工程思維主要包括決策思維、設計思維、實踐思維和迭代思維。我們以教科版六下“小小工程師”單元為載體，對工程的各個環(huán)節(jié)進行思維調(diào)查，初步了解了學生工程思維的現(xiàn)狀及導致問題的原因。

（一）工程決策階段決策云里霧里

按照常規(guī)來說，學生對于工程需求應該比較明確，但我們在調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，各個小組工程需求不明確。究其原因，主要是學生對于塔臺的設計和搭建要求不是很明確，工程的情境沒有創(chuàng)設好，導致部分小組決策思維缺乏。

（二）工程設計階段設計層次不高

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學生工程設計思維的細致性和創(chuàng)新性有待提高。這主要是師生在平時課堂上養(yǎng)成了重視實驗探究，忽視探究方案的設計。平時探究方案設計往往是教師一手包辦，即使學生參與方案設計，也只是活動前師生之間的個別互動。而工程的關鍵在于設計，因此設計環(huán)節(jié)需要格外引起重視。

（三）工程實踐階段實踐效率低下

不少學生搭建工程模型沒有按照設計圖搭建，而是搭到哪里算哪里。由于平時的課堂受時間因素限制，更多的是定性評價，缺乏定量評價。如果只是教師的定性評價，學生的積極性難以提高，因而缺乏目標導向。

（四）工程優(yōu)化階段迭代形同虛設

不少小組在優(yōu)化階段各項評估指標并沒有得到整體提升，只是某項指標得以提升。這主要是評估時沒有進行問題的梳理記錄，因此工程的迭代優(yōu)化環(huán)節(jié)往往是一帶而過。其實，迭代優(yōu)化環(huán)節(jié)非常關鍵，能鍛煉學生的高階能力，如問題解決能力。因此，工程的迭代優(yōu)化環(huán)節(jié)不容小覷。

二、改進探索：發(fā)展學生工程思維的科學教學改進研究

本文從教學實踐出發(fā)，根據(jù)存在的問題及其原因，有針對性地改進教師的教學，旨在發(fā)展學生的工程思維。

（一）注重創(chuàng)設工程情境，培養(yǎng)工程決策思維

有時技術與工程課看似熱熱鬧鬧，實則脫離學生的生活情境，是為了做工程而做工程，學生并不了解工程的需求。這主要是忽視了對學生工程決策思維的培養(yǎng)，因此工程決策階段我們實施了以下改進策略。

1.營造真實情境，工程更接地氣

筆者在執(zhí)教“小小工程師”單元時，我發(fā)現(xiàn)塔臺工程的情境不夠真實，學生一開始就懵懵懂懂的，不知道工程任務到底是什么。因為本單元第三課情境是學校要求在操場上搭一座塔臺，以供足球教練站在塔臺上指揮隊員訓練。到第四課，工程情境變成制作一個高60cm的塔臺，塔臺需具備一定的承重、抗風、抗震能力。因此我們需要給學生提供真實情境，明確工程的需求，以及真實的制約條件和限制條件，否則學生也會云里霧里。

2.引導尋找原型，促成正向遷移

學生豐富多彩的生活就是科學學習的源頭，從生活中尋找原型，有利于學生發(fā)現(xiàn)和提出科學問題，并嘗試利用科學方法和科學思維解決問題。如引導學生觀察埃菲爾鐵塔和普通鐵塔，對于后續(xù)進行的設計塔臺、構(gòu)建塔臺以及改進塔臺活動都有著正向遷移作用。

3.給予充足時間，做實工程決策

如果缺乏工程決策時間，工程決策思維就得不到良好的鍛煉。在決策階段，學生需要查閱工程相關資料、了解后續(xù)工程相關工具和技能、制訂工程活動方案、預設小組成員分工等。因此需要給予學生充足的時間，做實工程決策。

（二）重視工程設計圖紙，培養(yǎng)工程設計思維

工程方案設計需要學生像工程師一樣思考，了解自己所研究工程的特點。對于設計方案，教師要以開放的方式進行引導，各種設計都應該有它們發(fā)揮的余地。

1.引導注明尺寸參數(shù)，增強工程操作性

學生利用文字繪圖或?qū)嵨锏韧暾磉_自己的構(gòu)想，設計圖、文字等應清晰體現(xiàn)要點、標注必要參數(shù)。這樣，其他小組同學看了，就能讀懂設計圖，看到設計圖猶如見到產(chǎn)品說明書。在教學活動中，學生在設計圖中都標注了尺寸，還畫了一些細節(jié)圖和側(cè)面圖。因此，哪怕是其他小組同學，也能按照他們的設計圖進行模型搭建，這樣就大大增強了學生的識圖能力，同時鍛煉了學生在設計階段的工程設計思維（如圖1）。

2.強化安全意識，確保工程安全性

任何一項工程的建造，都需要具備一定的安全性能，因為它代表一項工程，無論是對環(huán)境還是對周圍的人們不能產(chǎn)生任何負面作用。比如，在使用粘接材料搭建塔臺時，不能用刺激性氣味較強的膠水。在構(gòu)建工程過程中，要盡量使用環(huán)?；蛘呖苫厥詹牧?，而不要大量使用一次性材料。塔臺穩(wěn)定性或抗風能力要強，因為這些指標指向工程的安全性。

3.指引設計新穎獨特，關注工程創(chuàng)新性

學生提出的設計方案越新穎，越反映學生具備工程設計思維。?創(chuàng)造性思維是科學思維的核心要素之一，需要在平時加以鍛煉。設計塔臺時，為保障教練的人身安全，學生設計了可拆卸的梯子圍欄，還設計了雨傘。這說明學生真正地投入了工程設計中，學生的設計思維也得到了一定發(fā)展。

（三）細化標準循環(huán)實踐，培養(yǎng)工程實踐思維

在教學實踐中我發(fā)現(xiàn)，有的小組未按圖紙進行施工，有的小組工程制作的穩(wěn)定性、美觀性和牢固性都有待提高，對此我們可從以下三方面改進。

1.細化評估量化標準，前置目標導向監(jiān)督

有的小組未按圖紙進行施工，或許是評價比較籠統(tǒng)，只說明要按照設計圖紙進行搭建施工，沒有具體的定量評價和參考標準。對于上述情形，我們還需要改進量化標準，使評價標準更加細致。要把評價置于學生工程實踐之前，標準由學生共同商量制定。這樣的細化標準，會起到導向督促作用，督促學生在工程實踐時需要按照設計圖完成工程制作。

2.引導鼓勵循環(huán)實踐，不斷提升實踐水平

工程實踐是一項長周期的學習體驗活動，并不能一蹴而就，學生屢次失敗是司空見慣的事情。我們應鼓勵學生進行循環(huán)實踐，在此過程中學生不僅能解決本項工程的難題，還能在循環(huán)實踐中領悟解決某一類問題的方法。例如，有小組在構(gòu)建塔臺時，經(jīng)過循環(huán)實踐，反復嘗試，發(fā)現(xiàn)不能按一個方向繞著粘接，需要交替繞，這樣不僅粘接牢固，還能增加塔臺的牢固性和美觀性。

3.合理商定實踐進度，避免拖沓延長工期

在教學實踐中我們發(fā)現(xiàn)，有的小組團隊成員分工合理，合作效率較高，一般課堂三節(jié)課就完成了工程搭建，完成的質(zhì)量也較高。而有的小組，團隊分工不合理，組員合作效率不高。究其原因，是缺乏時間成本思維，這也是工程實踐思維的一部分。有了時間成本思維，學生就能體會到工期的重要性。因此，我們在教學實踐中，就應該明確工程工期，合理商定實踐進度。

（四）重視工程改進優(yōu)化，培養(yǎng)工程迭代思維

技術與工程課中，對于工程成果進行評估和改進優(yōu)化是不可或缺的。在測評之后，學生將工程成果暴露出來的問題進行記錄梳理，并聚焦到工程設計環(huán)節(jié)和工程材料工具，在改進優(yōu)化中鍛煉迭代思維。

1.鼓勵引導問題梳理，目標指向問題解決

針對前期工程實踐、工程評估中出現(xiàn)的問題，該如何有效應對和解決，我們需要引導學生及時梳理工程成品出現(xiàn)的問題，并讓學生思考相應的解決方案。對于自身工程出現(xiàn)的問題，學生會積極采取方案予以解決。學生在經(jīng)歷工程檢測展示后，通過自評和互評發(fā)現(xiàn)問題，從而進行問題梳理，在目標指向下解決問題。

2.設計圖紙對比呈現(xiàn)，便于進行縱向比較

在教學中我們發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品的迭代優(yōu)化并不是短時間能夠完成的，這就需要對比。設計圖對比可以見證學生思維變化的痕跡，也可以見證思維的迭代優(yōu)化。例如，學生在進行塔臺測試后，發(fā)現(xiàn)塔臺有待改進，于是在原來塔臺的外側(cè)又搭建了一定的結(jié)構(gòu)，以此增強塔臺各方面的性能。同時塔臺頂部也進行了加工優(yōu)化，增加了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提升性能（見圖2）。

3.甄選工程材料工具，提高工程技術

教學實踐表明，不僅可以通過改進設計圖來解決各方面存在的問題，其實也可以甄選工程材料和工具?，F(xiàn)在的學生動手能力的確有待加強，甄選材料工具可以提升他們的工程技術水平。如在搭建塔臺時，為了提升工程的美觀性和牢固性，采用了彩色吸管材料，利用熱熔膠槍進行粘接，提升了塔臺一些性能指標。

參考文獻

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