通過(guò)《自然物與人造物》設(shè)計(jì)把握工程教育促進(jìn)思維進(jìn)階

〔摘" "要〕" 本文主要論述工程教育在當(dāng)代教育體系中的重要性，特別是在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力方面的作用。以《自然物與人造物》一課為例，深入剖析如何通過(guò)工程教育，促進(jìn)學(xué)生從理論到實(shí)踐、從模仿到創(chuàng)新的思維進(jìn)階過(guò)程。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；工程教育；思維進(jìn)階

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " 〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）12" " 0041-03

培養(yǎng)大批卓越工程師，努力建設(shè)一支愛(ài)黨報(bào)國(guó)、敬業(yè)奉獻(xiàn)、具有突出技術(shù)創(chuàng)新能力、善于解決復(fù)雜工程問(wèn)題的工程師隊(duì)伍。這是中央人才工作的要求。在此宏觀背景下，各地積極響應(yīng)，紛紛出臺(tái)相關(guān)政策推動(dòng)工程教育的發(fā)展。以無(wú)錫市為例，2024年該市出臺(tái)了《關(guān)于推進(jìn)中小學(xué)工程教育的指導(dǎo)意見(jiàn)》，確立了推進(jìn)中小學(xué)工程教育的建設(shè)目標(biāo)。小學(xué)科學(xué)課程是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，筆者嘗試立足科學(xué)教材，探索工程教育的有效開展。筆者以蘇教版科學(xué)一年級(jí)上冊(cè)《自然物與人造物》為例，探討一些融入工程教育、促進(jìn)思維進(jìn)階的心得體會(huì)。

一、工程教育與思維進(jìn)階的關(guān)系

在注重創(chuàng)新型人才培育的社會(huì)背景下，學(xué)生思維能力的培育顯得尤為重要。而在小學(xué)階段，工程教育的目標(biāo)正是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，關(guān)注學(xué)生對(duì)工程的基本認(rèn)識(shí)、對(duì)工程職業(yè)的向往以及工程思維的養(yǎng)成。

2022年義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，發(fā)散思維、重組思維等創(chuàng)造性思維的基本方法是低年級(jí)學(xué)生需要掌握的。而工程活動(dòng)的本質(zhì)是創(chuàng)造人工實(shí)體，設(shè)計(jì)與物化是其中的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生從定義問(wèn)題到設(shè)計(jì)方案，再到實(shí)際制作，逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐思維和創(chuàng)新能力。因此，工程教育是促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階的有效途徑，而思維進(jìn)階是有效的工程教育的必然成果。

二、指向思維進(jìn)階的工程教育的教學(xué)策略

思維能力是各項(xiàng)能力的基礎(chǔ)，是關(guān)鍵能力的核心。為培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，教師應(yīng)設(shè)計(jì)多層次的教學(xué)活動(dòng)，從基礎(chǔ)認(rèn)知到高階思維逐步引導(dǎo)。在《自然物與人造物》一課中，筆者引導(dǎo)學(xué)生從觀察自然現(xiàn)象入手，逐步深入到人造物的設(shè)計(jì)與制作，最終形成系統(tǒng)化的工程思維模式。通過(guò)這樣的教學(xué)策略，學(xué)生在實(shí)踐中逐漸認(rèn)識(shí)到自然物與人造物的本質(zhì)區(qū)別，理解人類改造自然的智慧與創(chuàng)造力，從而激發(fā)他們對(duì)工程技術(shù)的興趣和熱情，為未來(lái)成為卓越工程師奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三、《自然物與人造物》教學(xué)設(shè)計(jì)

本課是蘇教版科學(xué)一年級(jí)上冊(cè)第四單元“用雙手創(chuàng)造”的第一課。教材分三個(gè)模塊：什么是自然物，什么是人造物；人造物是怎么來(lái)的；自然世界與人造世界的關(guān)系。以此流程進(jìn)行設(shè)計(jì)會(huì)面臨一些問(wèn)題。

學(xué)生在第一模塊已經(jīng)先明確了人造物的概念，是人制造出來(lái)的東西。這是書本直接界定的，并非由學(xué)生通過(guò)實(shí)踐、思辨而得出。到了第二模塊追溯人造物的來(lái)源，分析常見(jiàn)人造物的制作過(guò)程，學(xué)生容易陷入被動(dòng)，被教師設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)牽著走，缺乏主動(dòng)探究的動(dòng)力。

第二模塊中學(xué)生的動(dòng)手制作是放在“知道自然物是怎樣變成人造物的”之后。在對(duì)學(xué)生的調(diào)查中可以發(fā)現(xiàn)，由于缺乏相關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)“自然物是怎樣變成人造物的”環(huán)節(jié)中的用什么制成毛線再制成毛衣等材料加工過(guò)程并不清楚。

基于以上考慮，筆者對(duì)本課進(jìn)行了重新解構(gòu)，以解決問(wèn)題為目標(biāo)，以“改造自然物”的工程活動(dòng)為主線，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，側(cè)重于工程思維的進(jìn)階訓(xùn)練。引導(dǎo)學(xué)生從認(rèn)識(shí)到自然世界生存的不便，到探究自然物改造成人造物的制作過(guò)程，最終理解人類要運(yùn)用智慧改善生活，逐步實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)認(rèn)知到創(chuàng)新思維的進(jìn)階，有效提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

以下是教學(xué)過(guò)程及本課中學(xué)生思維進(jìn)階路徑的思維導(dǎo)圖。

（一）認(rèn)識(shí)自然物

導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師播放一段靜謐幽深的森林視頻，茂密的樹林、飄落的黃葉、遍布的石頭、清澈的溪流逐一映入學(xué)生眼簾。學(xué)生觀看后教師提問(wèn)：“同學(xué)們，在剛才的視頻里，你們都看到了森林中的哪些物體呢？”"學(xué)生們踴躍發(fā)言，列舉出落葉、樹林、石頭等自然物。教師引出自然物與自然世界的概念。教師繼續(xù)追問(wèn)：“你們?cè)敢庖恢鄙钤谶@樣的自然世界里嗎？”"課堂瞬間熱鬧起來(lái)。有的學(xué)生眼中閃爍著向往的光芒，興奮地說(shuō)道：“我愿意！森林里的景色美不勝收，空氣還特別清新，簡(jiǎn)直就是人間仙境！”"而有的學(xué)生則皺起眉頭：“我不愿意，森林里有野獸，生活太不方便了，而且連網(wǎng)絡(luò)都沒(méi)有，我沒(méi)法玩手機(jī)看視頻了！”"教師順著學(xué)生們的回答，巧妙引導(dǎo)：“大家提到的生活便利設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)這些在自然世界中缺失的事物，它們又是從何而來(lái)的呢？”"以此自然地引出人造物的概念。

設(shè)計(jì)意圖：用森林風(fēng)景視頻導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生對(duì)自然美的感知，從而導(dǎo)出自然物的概念。其實(shí)學(xué)生在生活中已經(jīng)接觸過(guò)很多自然物，但可能沒(méi)有系統(tǒng)地思考過(guò)它們的定義和特點(diǎn)。一年級(jí)學(xué)生由于剛進(jìn)入小學(xué)階段，思維還接近于幼兒，他們更依賴直觀感受。通過(guò)討論和互動(dòng)，可以幫助他們建立起對(duì)自然物的基本認(rèn)識(shí)，同時(shí)，培養(yǎng)他們對(duì)周圍世界的觀察力和思考力，并引發(fā)他們思考在自然世界中生存存在哪些困難，意識(shí)到自然世界雖美，但并非完全適合人類居住，認(rèn)識(shí)到事物的兩面性，思維更深入了。同時(shí)激發(fā)他們對(duì)人造物的需求，也是為下一環(huán)節(jié)做好鋪墊。

（二）分類

教師為每個(gè)小組分發(fā)裝有樹枝、麻繩、樹葉等的材料袋及記錄單，要求學(xué)生仔細(xì)甄別，將這些材料區(qū)分為自然物與人造物兩類，并分別粘貼到記錄單的對(duì)應(yīng)區(qū)域。教師巡視，及時(shí)給予引導(dǎo)與幫助。分類完成后，教師拿起一根麻繩，提出問(wèn)題：“為什么麻繩是人造物呢？它是用什么做的？”"學(xué)生紛紛開動(dòng)腦筋，大膽猜測(cè)，多數(shù)人認(rèn)為是用草制作的。此時(shí)，教師播放麻繩制作視頻，視頻中，從麻類植物的采集，到一步步加工成麻繩的完整過(guò)程清晰呈現(xiàn)。隨后，針對(duì)皮筋，也播放制作過(guò)程視頻。學(xué)生總結(jié)出皮筋的制作流程：橡膠樹汁—橡膠—皮筋。教師由此小結(jié)自然物是可以被改造為人造物的。

設(shè)計(jì)意圖：教師組織學(xué)生動(dòng)手分類的活動(dòng)，能夠讓學(xué)生在實(shí)踐操作中強(qiáng)化對(duì)自然物和人造物概念的區(qū)分，加深對(duì)概念的理解。在分類過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生思考材料的特性與功能之間的關(guān)系，比如麻繩的堅(jiān)韌特性使其可以用于捆綁，皮筋的彈性使其具有特殊的用途等，為后續(xù)的工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)人造物來(lái)源的追問(wèn)和探索，引導(dǎo)學(xué)生從表面認(rèn)知深入到本質(zhì)理解，實(shí)現(xiàn)思維的進(jìn)階。同時(shí)，播放制作視頻可以幫助學(xué)生突破認(rèn)知局限，更直觀地了解人造物的制作過(guò)程，豐富學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備。

（三）自然物改造

教師創(chuàng)設(shè)森林下雨的場(chǎng)景，要求學(xué)生利用現(xiàn)有材料為動(dòng)物小玩偶搭建遮雨棚。教師展示遠(yuǎn)古人類庇護(hù)所圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考遠(yuǎn)古人類的做法，學(xué)生們提出樹葉、稻草可遮風(fēng)擋雨，樹枝可用干草捆扎固定。隨后，學(xué)生小組討論并畫出設(shè)計(jì)圖，上臺(tái)展示，闡述設(shè)計(jì)思路，如三角形支架會(huì)比較穩(wěn)定，用樹葉做屋頂擋雨，用皮筋綁樹枝做支架等。在學(xué)生制作的過(guò)程中，教師提醒按圖操作、分工合作與注意安全。制作完成后，教師用花灑進(jìn)行漏水測(cè)試，學(xué)生觀察漏水情況并討論改進(jìn)方案，如改變頂部形狀、加固皮筋等，最后各小組展示成果并介紹結(jié)構(gòu)和亮點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：這一環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)森林下雨情境，引導(dǎo)一年級(jí)學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)、制作、測(cè)試、改進(jìn)遮雨棚的完整工程流程。在設(shè)計(jì)階段，學(xué)生需綜合考量形狀、材料、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等因素，鍛煉創(chuàng)新思維；制作環(huán)節(jié)將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)體作品提升動(dòng)手能力；漏水測(cè)試時(shí)通過(guò)觀察分析發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并改進(jìn)方案，強(qiáng)化問(wèn)題解決能力。受認(rèn)知水平限制，學(xué)生初期設(shè)計(jì)常忽略結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與排水效果，但在實(shí)踐對(duì)比中發(fā)現(xiàn)斜頂、圓頂?shù)呐潘畠?yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)從直觀想象到邏輯分析的思維躍升。

小組合作中，學(xué)生通過(guò)分工協(xié)作、溝通協(xié)調(diào)提升團(tuán)隊(duì)能力，在討論評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)學(xué)會(huì)多角度審視作品，接受建議完善方案，培養(yǎng)批判性思維。面對(duì)材料限制，學(xué)生突破常規(guī)嘗試創(chuàng)新方法，如利用自然物搭建獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，有效地利用材料，激發(fā)探索精神。整個(gè)工程實(shí)踐過(guò)程有效融合了設(shè)計(jì)、操作與合作，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升和創(chuàng)新能力的協(xié)同發(fā)展。

（四）拓展延伸：改造自然的科學(xué)史

最后，教師引導(dǎo)學(xué)生思考幾百萬(wàn)年來(lái)，人類庇護(hù)所的演變過(guò)程。學(xué)生發(fā)言后，教師展示草屋、木屋、現(xiàn)代房屋以及原始棚子和現(xiàn)代帳篷的圖片，讓學(xué)生對(duì)比總結(jié)出人類根據(jù)自身需求，利用自然物制作人造物，且技術(shù)不斷進(jìn)步。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)是原始人類繁衍至今的發(fā)展歷程縮影，展示了人類如何逐步利用自然資源改進(jìn)技術(shù)，創(chuàng)造更宜居的環(huán)境，其實(shí)也是在回顧人類進(jìn)行工程制造的歷史。通過(guò)對(duì)比古今，學(xué)生深刻地體會(huì)到科技進(jìn)步對(duì)人類生活的影響，潛移默化地認(rèn)識(shí)到創(chuàng)新的重要性，理解每一項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步都源于對(duì)自然規(guī)律的深刻洞察和巧妙應(yīng)用。這種跨越時(shí)空的探索，不僅拓寬了他們的視野，更點(diǎn)燃了他們對(duì)未來(lái)科技無(wú)限可能的憧憬。

四、思考與總結(jié)

本課的教學(xué)實(shí)踐對(duì)原教材進(jìn)行解構(gòu)，以“改造自然物”的工程活動(dòng)為主線，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與內(nèi)驅(qū)力，真正實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)認(rèn)知到創(chuàng)新思維的逐步進(jìn)階。各個(gè)環(huán)節(jié)層層遞進(jìn)，有效地促進(jìn)了學(xué)生多方面能力的發(fā)展。認(rèn)識(shí)自然物環(huán)節(jié)，借助直觀的視頻展示與互動(dòng)討論，培養(yǎng)了學(xué)生的觀察力與思考力，引導(dǎo)他們初步認(rèn)識(shí)到自然世界與人類需求之間的聯(lián)系；分類環(huán)節(jié)再次強(qiáng)化了對(duì)概念的理解，同時(shí)讓學(xué)生在追溯人造物來(lái)源的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了從表面認(rèn)知到本質(zhì)理解的思維進(jìn)階；自然物改造環(huán)節(jié)是本節(jié)課的核心，學(xué)生在設(shè)計(jì)、制作、測(cè)試和改進(jìn)的過(guò)程中，問(wèn)題意識(shí)、解決問(wèn)題的能力、工程實(shí)踐能力以及交流協(xié)作能力都得到了全方位的鍛煉，批判性思維和創(chuàng)新能力也在作品展示與評(píng)價(jià)中得到了充分的培養(yǎng)；拓展延伸部分通過(guò)回顧人類改造自然的科學(xué)史，拓寬了學(xué)生的視野，讓他們深刻體會(huì)到科技進(jìn)步與創(chuàng)新的力量，進(jìn)一步激發(fā)了對(duì)探索科學(xué)和工程技術(shù)的欲望。

工程教育是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開展工程教育，對(duì)于促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階、提升實(shí)踐能力具有不可替代的作用。筆者將以此次教學(xué)實(shí)踐為契機(jī)，不斷探索與創(chuàng)新，為培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的未來(lái)工程師奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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