巧用工程思維優化探究性教學

狄倩倩

摘? 要? 工程思維具有現實性、約束性、綜合性和創新性的特點。以三年級《做個小茶包》為例，將工程思維巧妙地運用到教學實踐中，從促進工程問題的產生，到助力工程思維的呈現，再到加強工程思維邏輯，最后達成推動工程思維進階，讓學生通過這個過程能夠真正做到學以致用。

關鍵詞? 小學教學? 工程思維? 《做個小茶包》

中圖分類號：G424??????????????? 文獻標識碼：A???????????????? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.02.013

Using Engineering Thinking to Optimize Inquiry Teaching

——Take “make a small teabag” of Grade Three as an example

DI Qianqian

（Liyang Foreign Language Primary School， Changzhou， Jiangsu 213300）

Abstract： Engineering thinking has the characteristics of reality， restriction， comprehensiveness and innovation. Taking the third grade "make a small tea bag" as an example， the engineering thinking is skillfully applied to teaching practice， from promoting the generation of engineering problems， to helping the presentation of engineering thinking， and then strengthening the logic of engineering thinking， and finally achieving the promotion of the advanced engineering thinking， so that students can truly achieve learning and application through this process.

Keywords： primary teaching; engineering thinking; "make a small tea bag"

《義務教育小學科學課程標準》提出：人類為實現自己的需要，對已有物質材料和生活環境加以系統的開發、生產、加工、建造等，這便是工程。工程思維是工程實踐的靈魂，它具有現實性、約束性、綜合性和創新性的特點，要在實際的問題和決策中，嘗試用最恰當的方法和工具進行建模和工程實踐，力求最優化原則。工程思維架起了探究發現、技術發明與產業發展的橋梁，為實際教學探尋新的思路，讓學以致用真正發生。以三年級《做個小茶包》為例，它以喝茶做引子，從怎樣讓茶水分離這個問題著手，進行思考，在不斷地設計改良中有所發現并開始嘗試制作小茶包。通過反復的設計建模后，學生發現并體會工具對標準化的重要性。這一課實際上是三年級《測量》一課的延伸。

創設真實情境，促進工程問題的產生

基于現實生活的真實任務，能緊密聯系學生的生活經驗，啟發學生思考問題，促進工程問題的產生。真實的情境針對性更強，能激發學生的好奇心和求知欲，促進他們剖析問題，自主地理解知識、體會構建意義。

例如，在《做個小茶包》的導入環節，因為學生在課前對茶葉的相關知識了解得很少，所以為了鋪墊和宣揚溧陽的茶文化，教師用茶葉節相關視頻營造合適的氛圍：只要有客人來，熱情的溧陽人民都會請他喝杯溧陽茶。教師采用請客喝茶的方式請學生品嘗溧陽茶，以此增加課堂趣味，同時引導學生發現茶葉容易沾在嘴里這一真實情況。由此啟發思考：為什么茶葉容易沾在嘴里？從而產生工程問題：怎樣讓茶水分離。

開展結構教學，助力工程思維的呈現

1.設計有結構的活動，呈現工程思維的可操作化

有結構的活動設計指的是活動內容的詳略安排、層次性和各部分出現的時機等。它倡導整體感悟、整體融合，使學生在掌握知識的同時，理解知識的邏輯關系，充分感受和把握探究性學習的知識和方法結構，形成比較完善的科學認知結構和思維結構。工程思維就是在理念的指導之下，根據一定的功能和要求巧妙構思，設計結構體系，選擇組合優化成自然要素、技術要素、人文要素、社會要素、環境要素等各種功能要素，使它們彼此關聯，相互耦合，成為一個結構化的、功能化的、效率化的復雜系統。工程思維一定要有自我完善、修改的過程。有結構的活動中，工程實踐為推動學生的工程思維奠定基礎。

例如，本節課的整體架構是：追本溯源，壺內的文章壺外做，三次提升。怎樣讓茶水分離？教師提示學生：你們的水都是從這個壺里倒出來的，你們能對這個壺進行改進嗎？之后出示實物壺和圖，讓學生在設計的時候思考并畫一畫。

第一次提升是把學生的關注點引導到壺上，讓他們來畫，有的學生會畫濾網。教師展示帶濾網的壺，讓學生討論使用濾網有什么優點和缺點？怎么改進？有的學生說濾網不能完全讓茶水分離，但是把網眼調小又容易導致堵塞。

第二次提升是濾網的升級版——濾杯，但它同樣有茶葉渣被倒出、泡茶時要水多、清洗困難、攜帶不方便等缺點。濾網、濾杯的這些缺點怎么解決呢？這時學生的思維局限在壺內，想不到壺內的文章可以壺外做，這是工程思維更高的一次躍升。

于是第三次提升出現了：制作便捷的小茶包。茶包的設計和制作，是在對壺的改進基礎上，逐步呈現學生的工程思維：為什么要做小茶包，追溯源頭是因為濾網、濾杯有缺點，攜帶不方便，清洗困難，還容易碎等，那做什么樣的小茶包比較好呢？這也是需要考慮的問題。

2.提供有結構的材料，呈現工程思維的高效化

小學生的自制能力差，對材料有旺盛的好奇心和求知欲，一旦材料的擺放、操作流程等不清晰，會讓學生的操作漫無目的，停不下來，使得他們的課堂表現和思維都變得混亂。有結構的材料對選擇和擺放位置、順序等都有嚴格的要求，具備啟發性、典型性、可操作性、自主選擇性、課外衍生性等特征，同時也要明確使用目的、要求、時間和空間。教師通過精心設計、提供有結構、有價值的材料，這是開展探究性教學的基礎，也是工程思維序列化得以清晰顯露并高效化實施的一大助力。

本課用到的材料是：茶壺設計圖、四種茶包紙、線、熱封機、電子秤、直尺、剪刀、塑料藥匙、一次性塑料杯等。學生對電子秤、熱封機、剪刀等很感興趣，會一直不停地摸索，如何將這些動手的欲望轉變為工程思維的力量？這就需要教師設計有結構的材料。

例如，茶葉的選擇是有講究的，同樣是1克，綠茶比鐵觀音的體積稍微大些，取的時候時間也會長一些，而單片的鐵觀音更重，可能帶來的稱量誤差更大。茶葉不能直接放在電子秤上稱量，選擇什么樣的輔助稱量工具就很重要，既要便于稱量的，又要為后續的操作埋下伏筆。一開始教師選擇的是一次性過濾紙，但是稱完之后還要倒在杯子里，很麻煩，而且三年級的學生動手能力有限，很難完美地將茶葉全部運至紙上。后來考慮到是在單位水量里放入茶葉，用100毫升的燒杯替代，實驗的效果更好。但是專業人士提醒：茶葉很輕只有2克，一個燒杯重30～40克，這會帶來更大的機械誤差。最后綜合教學活動和學生的操作，教師選擇的是一次性塑料杯。

選取茶葉的工具也要恰當，直接上手不衛生，用硅膠鑷子雖然精細，但對學生的控制力要求比較高，費時間;教師還找了茶道上的工具也不合適;最后選擇了實驗室常用的塑料藥匙，操作難度低又比較容易找。

在初次嘗試制作茶包時，只提供每小組4種茶包紙、茶葉、線、訂書機等材料，把這些材料放在抽屜里。在學生研究完茶包紙的材質后，進行茶葉分量的探討時，再根據需求適時地提供電子秤和塑料藥匙。第二次制作時提供選擇出來的最好的玉米纖維網布、剪刀、直尺、熱封機支撐學生的工具需求。物品的分開擺放是體現材料結構化的重要一環。教師指導學生通過對電子秤、直尺、剪刀、熱封機的操作與使用，學習簡單的加工方法，初步認識生活中常見的工具，意識到人們的生活離不開各種工具。如操作和使用電子秤，比較桿秤、盤秤、電子秤等稱重工具的準確性，體會使用工具更準確，讓標準化大規模生產成為可能。通過材料結構的不斷摸索，課堂上工程思維的呈現越來越清晰。

3.構建有結構的板書，呈現工程思維的可視化

板書設計是教學設計的畫龍點睛之筆。有結構的板書能將抽象的知識形象化、復雜的知識條理化，對教學內容起到提綱挈領、加深印象的作用，有益于學生掌握知識，凸顯工程思維進階的過程。學生圍繞怎樣讓茶水分離進行一系列的思維活動，并最終讓茶包標準化生產成為可能。教師把學生工程思維的每個節點、轉變的過程都體現在板書上。

本節課的第N次板書一開始沒有突出工程問題：怎樣讓茶水分離？也沒有把三次改進的過程凸顯在板書上，所以課后調查時發現大多數的學生只認識到我做了個小茶包，知道做茶包是有要求的，但是對于為什么要做茶包還是不太清楚。

第N+1次的板書更貼近教學要求，以盡可能精簡的文字、符號、線條反映更豐富的內容。在出示沒有過濾作用的壺之后，怎么改進壺的結構成了大難題，單純用語言描述不夠直觀，對學生的影響有限，所以教師先讓學生想辦法，然后用先說再畫的方式體現在板書上，這樣的方式更能突顯工程思維的進階。以“設計為主線，邊設計邊改進，體現學生思維”為中心，分為科學探究活動和工程活動。科學探究活動中，學生了解了茶水分離的知識與概念;工程活動中，學生以“制作茶包和控制茶葉量”為題，經歷工程設計的完整流程，了解不同材質的茶包紙性能、工程實踐的各種限制條件、科學知識在工程建造中的應用，從而加深對概念的理解。有結構的板書增強了探究性教學的吸引力、啟發性和感染作用，培養了學生的分析能力、概括能力。

構造實物模型，加強工程思維的邏輯

工程思維起于思考，突出實戰，最終成于物品。明確方向后學生要不斷構造實物模型，最終修建出一條通向正確方向的道路。

設計模型：所謂設計模型是指圍繞著設計方案，小組成員相互討論，明確設計和制作方案，最終畫出茶包的設計示意圖。設計模型前要確保學生對茶包的結構有一定的認識，這樣學生才能充分發揮主觀能動性，靈動地設計與制作。所以前置任務是：茶包由哪些部分組成？你能為這個一次性杯子設計并制作方便取用的小茶包嗎？以這個問題活躍思維，為后續的設計、制作奠定基礎。

驗證模型：占據核心位置。學生在構建模型時由于受各種因素的影響，可能會脫離設計方案。所以驗證模型時要強調按圖施工，用“你們組選擇的是什么茶包紙，這個茶包紙有什么優點”等問題來強化學生的認識，加強他們的自我認同感。再次驗證模型時，可以通過泡茶等方式檢驗茶包紙的性能以及加工手法是否妥當。

評價模型：構建模型后，各小組展示茶包模型，介紹本組茶包的特色。在教師的引導下，學生從設計、結構、造型等方面對模型進行評價。

修正模型：生生互評的方式利于學生發現問題，并促使他們反思：什么樣的茶包紙才是最好的？適合大規模生產？1個茶包放多少茶葉合適？不同的茶葉泡開后舒展情況不同，合適的尺寸是多少？每個人的需求各不相同，怎么定制茶包？在反思中學生產生新的想法反饋課堂。由于受到課堂時間的影響，茶包模型不會太精致，教師可以把這些茶包當作樣品交給學生，為后續的模型研究種下種子。

本節課學生反復經歷設計模型、驗證模型、評價模型、修正模型4個過程。工程思維就是“逢山開路、遇水搭橋”，遇到什么問題就解決什么問題，在科學方法指引下不斷試錯。在這4個過程中工程思維必須全面把握人與自然、與其他成員乃至整個人類社會的互動關系，避免學生單純從技術的角度考慮工程問題，避免學生僅僅著眼于工程對象本身而忽視工程“系統”與“環境”的相互作用，培養了學生的分析能力和實踐能力。

優化評價指導，推動工程思維的進階

由于大腦的發育趨于成熟，三年級學生進入心理快速發展期，對外部控制的依賴性逐漸減少，但是內部的自控能力又尚未發展起來，還不能有效地調節和控制自己。外部表現為三年級學生爭強好勝，亟須積極評價，因為內部評價機制還沒成熟，所以注重外部評價獎勵。適時評價、及時肯定學生的想法，可以提升他們的感性認識，活躍工程思維，從而產生新問題的需要。課堂反饋時積極利用生生互評、教師指導來推進工程思維的進階。

例如茶包材料的改進，我選擇從茶包紙這個角度切入：從提供的白紙、濾紙、棉布、玉米纖維網布中自選一種材料制作小茶包。在后續討論中發現棉布不透明且出茶速度慢、白紙容易破。從而引發第二次探究：選用什么材料，茶葉舒展時要留多少空間？學生在這個過程中明確了茶包四要素：茶葉量、茶包尺寸、茶包紙的選擇、制作方式。在討論茶包紙的材質必須具備哪些特點時，大部分學生一開始選擇的是濾紙和棉布，前者是市面上常用的茶包紙，后者是根據自身的生活經驗做出的選擇，白紙沒有人選。在學生闡述理由后我給予積極評價：

確實如此，市面上的茶包大部分選用的都是濾紙。

棉布也合適，你是怎么發現的？它的吸水性很好，有利于茶水析出，日常生活中用得也多。

玉米纖維網布材質有什么優點呢？再仔細觀察下。

你的想法很有創意。

通過教師積極地評價指導和生生互評，學生在輕松的氛圍中學習積極性更高，工程思維更活躍。我們能很快得出茶包紙的選用標準——玉米纖維網布材質衛生、結實、透水、環保、通透，做茶包紙最好，讓工程思維的指向性更明確，快速進階。