小學科學教學中的工程思維培養

夏凌君

摘要：工程思維是指按某一特定的目標，遵循一定的規范進行設計，然后進行生產或建設，直至最后制造出符合預期的產品的一種思維方式。以《造房子》一課為例，通過明確主題、研究討論、設計實施、評價交流和拓展應用這五個環節，著力培養學生的工程思維。

關鍵詞：工程思維;設計制作;實踐能力;創新精神

伴隨“技術與工程”作為獨立教學內容出現在2017年版的《義務教育小學科學課程標準》中，小學科學教育愈加重視培養學生基于問題解決和工程設計等的科學素養，尤其是培養學生的工程思維。工程思維是指按某一特定的目標，遵循一定的規范進行設計，然后進行生產或建設，直至最后制造出符合預期的產品的一種思維方式。結合工程思維的內涵，筆者以為，可以按照明確主題、研究討論、設計實施、評價交流和拓展應用這五個環節實施教學，著力培養學生的工程思維。下面，以《造房子》一課為例具體說明。

一、明確主題

確定一個具有研究價值的主題并創設相應的情境，是學生工程思維培養的出發點。情境的創設，可以聯系學生的現實生活，在學生鮮活的日常生活環境中發現、挖掘情境資源。這樣，不僅能為學生的學習提供認知停靠點，又能激發他們的學習熱情。

《造房子》一課教學，教師首先結合學生的生活和已有認知提出問題：“同學們，我們現在居住的都是高樓大廈，非常舒適安逸。但是，很多貧困山區的孩子至今仍住在很破舊的房子里，這些房子年久失修、屋頂漏雨，有些房子甚至存在倒塌的風險。如果你是房屋建造師，你愿意為他們建造一座安全舒適的房子嗎？”學生當然都十分愿意參與房子的建造。接著，教師啟發思考：“那你知道房子的建造流程嗎？”學生進行深入思考，在小組內部討論，然后全班交流，從而對房子的建造過程有初步的認知和了解。在此過程中，學生明確了將要研究的問題，為后續的學習做好充分準備。

二、研究討論

研究主題確定之后，教師可提出環環相扣的問題，幫助學生從已有經驗中搜集出相關信息和資料，然后研究討論這些信息和資料，建立相關的聯系紐帶。

在明確“造房子”的主題后，教師布置第一個任務：建造一座安全、舒適的房子要考慮哪些因素？任務拋出后，學生根據已有知識和經驗，從大小、形狀、結構、用途、材料、承受力、穩定性等方面進行討論，充分發表自己的意見。接著，教師布置第二個任務：根據已經學過的《折形狀》和《搭支架》，要建造既省材料又牢固的房子，你們有些怎樣的建議？學生聯系之前所學，能夠準確說出利用圓柱形結構能增大房子的承受力，而利用三角形結構最省材料。最后，教師布置第三個任務：你們想選擇什么樣的材料？怎樣連接材料？學生在小組內進行討論，教師對學生的想法進行評價和總結。

三、設計實施

設計與實施是工程實施中十分關鍵的環節，后期的測試完善更是工程的點睛之筆。設計和實施的過程是學生將頭腦中的想法變為現實的過程。在此過程中，教師要讓學生知道，設計及改進是一個循環往復的過程。在設計與實施的過程中，學生學會反思，在反思中提升自身的科學能力及工程思維。

通過進一步的討論研究，學生對房子的建造又有了更深的認識。在此基礎上，教師分發圖紙，說明“牢固、寬敞、省料”的優秀設計的標準。牢固性主要看建造的房子能否承受一定的壓力;寬敞主要看房子的空間布局是否合理;省料主要看所選材料是否物盡其用，減少不必要的浪費。此時，教師鼓勵學生充分發揮想象，設計出滿足這些標準又個性十足的房子。

接下來，學生將思路轉換為圖紙，小組內繪制好初稿后，全班交流討論。之后，教師引導學生將設計精細化：設計圖要有框架結構圖及整體樣式圖，還要寫明使用的材料及尺寸，并且計算出所需的材料（圖1所示為其中一個學生小組的設計圖）。學生完成初稿后進入交流環節，依次上臺介紹自己小組的作品，其他小組提出修改建議。各小組對照建議再次修改設計圖，直至得到滿意的設計方案。

設計方案完成后，各小組便可以選取材料進行制作。制作的過程中，學生遇到問題，可邊修改邊制作。只有在不斷的嘗試、改善中，房子的制作才能趨向成功。因此，嚴謹性這一不可或缺的工程思維品質得到有效鍛煉。

四、評價交流

評價及交流，可以幫助學生了解自身存在的問題及產生問題的原因，更可以幫助教師掌握學生的發展水平，改進教學，從而更高效、更有針對性地培養學生的工程思維。

各小組房子建造完成后，教師讓學生根據前面制訂的三個標準對其他小組的作品做出合理的評價。大多數小組建造的房子都能達到標準。有的作品能承受20本作業本的重量，其較大的承受力得到許多人的認可;有的作品空間大，內部可放置2—3個文具盒;還有的雖然承重力不強，但是所用材料最少，比較經濟。接著，學生根據評分表，對其他小組的作品打分。最后，教師根據每個小組在整節課中的表現加以點評。此時，教師可以從圖紙設計、模型建構及小組合作等方面進行評價。結合師生共同的評價，全班評選出最佳小組及最佳作品。同伴評價能給予學生自己對學習過程和結果的掌控權，從而促使學生自主地參與到學習中;教師評價則能為學生提供全面、及時的反饋，幫助他們在之后的學習中進一步彌補自身的不足，優化自己的作品。

五、拓展應用

課堂的時間是短暫的，如果學生的想法在課堂上沒有得到充分的發揮，可引導他們課后繼續拓展應用。

《造房子》課尾，教師布置“查閱世界上有名的建筑”的課后作業，旨在讓學生能從這些建筑作品中獲得靈感，進一步完善自己的方案。這樣，學生就有充分的時間對自己的方案進行不斷的調整、修改與完善，讓自己的作品更加符合任務要求，充分經歷工程迭代的過程。在這個過程中，學生的工程思維及動手操作能力也將得到不斷的提升。拓展與應用不僅是對已學知識的一個檢驗，更是對本節課所學知識靈活應用的一個延伸。這有利于學生思維的創造性和靈活性的發展，是工程思維培養教學中一個十分重要的環節。

對學生工程思維的培養是一個循序漸進的過程。工程不是隨意地去做，而是要將相關課程真正落實在“設計后再制作”的學習活動中。學生自己根據研究主題思考可行性方案，自行設計圖紙，在設計的過程中，分析出自己的不足，不斷完善自己的設計，從而逐步提升自己的工程思維。

參考文獻：

[1]?朱燕萍.于活動中發展“工程思維”——《小小工程師》一課教學處理[J].教育研究與評論（小學教育教學），2021（3）.

[2]?嚴國紅.小學科學教學中學生工程思維能力的培養[J].小學科學（教師版），2016（2）.

[3]?李伯聰.工程與工程思維[J].科學，2014（6）.1，4，5，11，13，19，25，36，47，70，71，73