靈活運用教學策略，提高學生工程設計能力

■天津職業技術師范大學附屬珠江道小學 程 鵬

教育部2017版《義務教育小學科學課程標準》里，小學科學教學內容除了原有的物質科學領域、生命科學領域、地球與宇宙科學領域的課程內容外，還增加了技術與工程領域。這一領域的學習重在啟發學生綜合所學知識，實現各學科之間知識的融會貫通，對發現的問題尋求解決途徑，進行實踐操作，通過親自動手做來解決問題。工程的關鍵是設計，設計是工程活動的前提和靈魂，具有目標性、制約性、復雜性及不確定性等特點。學生在根據具體任務進行設計時，不僅要綜合運用到前面所學的知識，而且要綜合考慮可利用的條件和制約的因素。所做的設計要用口述、畫圖等方法表達出來，并能夠將自己簡單的創意轉化為模型或實物，在不斷完善的過程中，完成相關任務。因此，工程設計對于小學階段的學生而言具有一定的挑戰性，需要長時間、循序漸進地學習與練習才能掌握其中的原理與方法。在這樣的過程中，綜合運用所學知識的能力、思維能力、創新能力、實踐能力才會得到提升與發展。這一領域的課程對于絕大部分一線的科學教師同樣是比較新的領域，需要教師不斷深入研究，靈活運用多種教學策略幫助學生掌握工程設計的步驟與方法，不斷提高學生的工程設計能力。

一、創設真實情景，明確設計主題

所謂真實情景，是指創設的情景要基于學生的身心特征和已有經驗，注重聯系生活，結合科學學科的特點，形象生動地提出情景，以使學生積極主動地參與其中，將已有的知識經驗進行遷移，解決當下遇到的難題。有價值的真實情景一定是含有真實生活、真實情感的問題情景，能夠有效地激發學生的思考，情境中的問題更應結合我們的教學目標進行設定，合理控制難易程度，并且針對低年級的年齡特點還應注重問題描述的新穎性和生動性。

“工程與技術”領域的課堂，是需要學生基于遇到的問題進行有目的的設計，而并非天馬行空，只是為了設計而設計。例如：在沒有明確設計主題的情況下，學生在設計時可能會更加注重自己的喜好，如是否美觀漂亮等，更多的是產品外觀的與眾不同，而忽略產品的功能需求。因此，在進行工程設計類課程領域的教學時，教師要創設真實情景，幫助學生明確設計的主題，把握設計的方向。

二、夯實相關概念，奠定設計基礎

思維是人腦對客觀世界中的事物進行的間接反應，它必須建立在自己已有知識經驗基礎上，缺少知識經驗這一基礎，工程設計同樣無法進行。改版的科學課教材以大單元的組織形式呈現，體現了科學概念的連貫性和綜合性，不斷挖掘科學探究中的思維和認知發展過程。技術與工程領域的教學內容是以一定的科學概念為基點，通過技術設計、技術制作從而在教學活動中進一步發展學生綜合運用科學概念為目標的教學活動。新科學課教材“工程與技術”領域中設計類課程大多編排在單元學習的最后一課。此類課旨在通過對已學習內容的融會貫通，設置情景鼓勵學生小組合作、動手制作，并且能夠根據科學原理的設計制作，形成一定的“產品”。設計類課程要避免上成只動手不動腦的手工課，如何體現工程設計思維，學生首先要知道設計的原理，有目的地進行設計，而不是單純地模仿制作。這就要求教師應站在大單元視角下進行備課，全局把握單元教學目標，夯實必備相關科學概念，這樣才能為學生搭建思維腳手架，奠定設計的基礎。

三、優化制作材料，提供設計保障

1.豐富制作材料，激發設計創意。技術與工程內容的教學，材料是一個關鍵因素。教師要根據教學內容為學生準備熟悉的、易于加工制作、成本低的豐富材料，并以“自助餐”的形式設置材料自選區。這樣既給予學生按需選擇的余地，又激發了思維的靈活性。

2.分化制作材料，指引設計方向。學生只有對材料的結構、性能了解透徹，才能發散思維，設計出具有創造性和實用性的產品。因此，教師應根據學生的知識水平和生活經驗分化制作材料，保障設計及制作的順利進行。如一二年級限定材料范圍，給學生提供生活中最常見、特性熟悉、能夠操作的材料和工具，鼓勵學生利用老師準備的材料進行創新設計，這也有利于低年級學生進行獨立思考。基于已知材料的設計，學生也有很大的想象空間，不僅可以最大限度地激發學生進行創新的探索與嘗試，更能避免學生設計時“天馬行空”，制作時“無從下手”。中、高年級學生隨著科學知識的豐富和生活經驗的積累，教師要隨之拓充材料范圍，便于學生根據自己的設計去材料區選擇適宜的材料，也可以鼓勵學生自己準備補充制作材料。

四、細化設計圖紙，了解設計流程

將想法變成設計圖紙，引導學生將頭腦中的思維模型通過圖畫模型顯現出來是制作產品很重要和關鍵的一步。對于中年級的學生，教師要指導學生細化設計圖紙，明確設計流程，使學生的設計具有指向性和目的性，提升學生思維的嚴密性。這樣避免學生只關注產品外觀而忽視細節的構思。不僅要求學生畫出最初的產品外觀設計草圖，而且要配上簡單的文字說明，標出每部分選用的制作材料、制作尺寸，最后列出整個制作過程中所需材料單、工具單。

五、拆分設計步驟，降低設計難度

由于低年級學生動手能力較差，思維發育尚不成熟，科學知識掌握比較少，“技術與工程”活動中如果讓學生進行憑空的設計，直接拋給學生一個抽象的概念，讓他們進行從無到有的設計，這對中低年級的學生來講都是有一定困難的，無法獨立完成從設計到制作整個流程。教師可以拆分設計步驟，降低設計難度，通過一系列有針對性的問題，引領學生在解決問題過程中完善產品，同時了解、體驗設計流程，為今后自主進行工程設計制作奠定基礎。

六、多元評價標準，提升設計品質

改進是工程技術中非常重要的環節，我們應設計多元化的評價標準，并設計好相應的評價量規，幫助學生了解自己設計的優勢與不足，從而進行更好的改進，提升設計的品質。同時在自我展示、相互評價過程中學會辯證地看問題，增強批判性思維能力。

1.在作品展示與交流的過程中，引導學生進行自我反思評價。在產品展示與交流的過程中，我們要求學生：一要介紹作品的科學原理及特色；二要介紹自己在制作過程中遇到哪些困難，如何修改自己的設計；三要介紹自己作品還有哪些需要提高和改進的地方。在有限的課堂時間內，學生的作品可能不夠完美，讓學生在交流展示中學會自我反思評價，在反思中促進新的觀念的形成，產生新的靈感，這比作品本身的優劣更值得關注，是學習的隱性成果之一。我們既要讓學生反思設計中所運用知識的合理性，又要反思制作中解決問題的辦法是否切實可行，引導學生思考如何著手下一步的解決方案，使產品不斷走向“完美”。

2.將評價標準前置，用評價工具來導航設計。在教學中，需要教師根據不同的教學內容，建立和使用相應的評價工具，這些評價工具將幫助學生更好地驗證設計、評估設計以及修正設計。我們改變以往先有學生作品后出示評價標準的情況，將評價標準前置，用評價工具來導航。評價不僅要關注作品本身，也要關注學習過程中學生的表現。包括：①“分工合作”方面：小組分工是否明確，每個成員是否都能完成自己的任務。②“設計圖”方面：學生是否能畫出清晰的設計示意圖，是否能在示意圖上標出部件和部件高度、尺寸大小，需要的材料等。③“制作過程”方面：學生或小組是否能夠按照設計流程進行制作，在完成原始計劃同時注意細節。④“小組和分組互評記錄”方面：是否分析準確和評價公平。

3.多樣化評價量規，調動學生參與工程設計的主動性。小學生好勝心強，都希望得到教師和同學的肯定，這是他們學習的動力來源。所以，在教學中，我們的評價量規可從任務要求、設計、材料、制作、習慣等方面列出相應的指標，并為每個指標在不同的測量等級（例如優、良、合格）下加上描述性語句，低年級可用相應笑臉或五角星的個數來表示，以反映出該等級的特征。這些描述性語句或笑臉個數就構成了各個等級的評價量規。

教學策略可能是比較固定的模式，但課堂教學卻是千變萬化的。教師要根據學生的認知水平、工程設計的內容、特點以及教學中的實際情況，把握工程設計的原則，靈活運用各種教學策略，給予學生有針對性的指導，有效提高學生的工程設計能力，促進學生科學思維的發展。