設計型學習視閾下化學教學中學生工程思維培養路徑探析

摘 要：工程思維是工程的“思維習慣”，對培養學生核心素養具有重要價值.設計型學習視閾下，教師根據工程思維內涵，培養學生工程思維，可以發展學生綜合思維，提高學生核心素養，提升公民科學素養，具體策略包括：創設情境，明確任務；分解任務，搭建通道；探究方案，修改完善；根據表現，科學評價；做好總結，布置任務.教師通過落實這些培養策略，可以有效培養學生工程思維.

關鍵詞：設計型學習；工程思維；初中化學

中圖分類號：G632" "文獻標識碼：A" "文章編號：1008-0333（2023）14-0134-03

1 設計型學習與工程思維的內涵

設計型學習（DBL）又稱為“基于設計的學習”，是由美國教育學者 Nelson 在設計思想的基礎上，經過不斷實踐和完善提出的.國內外的專家學者已經對設計型學習進行廣泛、長期和深入研究，明確它是一種基于設計的學習，是一種融合探究活動和設計實踐的學習方法，教師提出設計型學習挑戰，學習者經過反復探究、設計，完成面向真實情境的項目，形成學習成果[1].

工程思維是工程的“思維習慣”，根據課程標準可以明確概念：以系統分析和比較權衡為核心的一種籌劃性思維.工程思維通常包括系統思維、創造力、樂觀、合作、溝通交流、倫理考慮等.工程思維要素主要有創造性、系統性、權衡性、價值性、雙贏這五大要素.創造性思維，是指開拓認識新的領域與得到新的成果的思維；系統性思維，是指基于與任務相關的多個方面，整體出發以及統籌考慮，正確處理整體與局部關系的思維；權衡性思維，是指根據經濟、科學、技術、生態等價值目標，權衡各類利益關系生成的思維；價值性思維，是指要滿足實際需要、創造價值性內容，進而實施各項活動的思維；雙贏思維，是基于互利與互惠理念，滿足各方需要，更好進行創造的思維.

2 設計型學習視閾下培養學生工程思維的意義

2.1 發展學生綜合思維

現實生活中面臨著各種各樣的問題，在分析與解決這些問題的過程中，往往需要綜合多種因素進行考慮、統籌各方面的關系，既要關注整體，也要關乎局部細節，形成系統性解決問題的方案.以工業生產為例，一個企業要生產某項工業產品，往往需要綜合考慮位置、交通、經濟等宏觀要素與諸多細節，在具體生產時還要綜合考慮經濟效益、技術情況、工藝條件、廢氣廢水廢料處理、是否安全等因素.這就為解決實際化學問題提供了新視角，要求不能孤立地、單一看問題，而是需要建立全局意識，統籌考慮多種因素分析和解決問題，因此設計型學習視閾下培養學生工程思維，可以發展學生綜合思維.

2.2 提高學生核心素養

根據新版《義務教育化學課程標準》，明確核心素養包括化學觀念、科學思維、科學探究與實踐、科學態度與責任，這些核心素養都需要學生經歷知識探究過程，才能逐步生成.工程思維對于解決問題具有關鍵作用，包括多方面的思維，在化學教學中培養學生工程思維，需要組織與開展綜合性活動，學生在探究任務的過程中運用工程思維解決問題，能夠有效提高學生的化學核心素養[2].

2.3 提升公民科學素養

化學作為一門自然科學，滲透非常多樣的科學素養，教師需要加強理論教學、組織實踐活動、布置探究任務，逐步培育學生的科學思維.科學思維與工程思維有著密切的聯系，在探究任務的過程中學生需要運用工程思維做出決策、構建方案、實施方案，也需要運用科學思維解決問題.因此，教師根據化學教學內容設計探究任務，培養學生工程思維，能夠提升未來公民的科學素養.

3 設計型學習視閾下培養學生工程思維的策略

3.1 創設工程情境，明確主題任務

基于設計型學習視閾下的化學教學中，教師需要明確設計型學習有利于培養學生工程思維.根據王穎、王奇偉借助 LBD 理論建構工程思維培養的教學模型，明確發展工程思維要經歷的環節有：創設情境，明確任務→搭建橋梁，建立聯系→設計實施，修改完善→交流評價，總結歸納.因此，創設工程情境，明確具有設計價值的主題任務，這是培養學生工程思維的第一步.教師需要根據初中化學的課程主題內容，聯系現實生活背景，根據初中學生的知識基礎、操作能力等，引入現實生活背景問題，結合原料獲取、生產原理、回收利用等創設工程任務，這樣可以激發學生探究的興趣，明確當前需要解決的工程主題任務.

例如，滬教版九上《金屬的冶煉與利用》單元，經過本單元的學習，學生能掌握金屬的性質與利用、鐵礦石等金屬礦物冶煉的方法、金屬防護與廢金屬回收的方式等.基于綠色中國、碳中和建設的背景，結合垃圾分類的現實情況，結合當前我國廢金屬回收和利用的情況，教師可以創設這樣的工程情境：廢金屬作為一種資源，我國每年可回收的廢舊金屬達到1 000億噸，當前回收率是85%，在廢舊金屬回收利用中普遍采用火法富集、濕法溶解、微生物吸附等工藝，能減少環境破壞，降低金屬冶煉成本.但是調查發現社區廢舊金屬回收利用不佳，請你調查社區廢舊金屬主要品種、回收情況、回收價值等，為更好回收利用提出建議.基于這個主題任務，教師要求學生復習本單元的化學知識.

3.2 適當分解任務，搭建探究通道

工程往往需要解決一些“結構不良”“流程不佳”等問題，一項工程任務對學生而言是復雜的，因此教師需要指導學生適當分解工程任務，將其細化為多個問題，搭建探究問題與解決任務的通道，融入工程思維.通過搭建通道，能暢通工程任務與思維要素的聯系，促進學生利用工程思維解決問題；還能夠引導學生運用所學知識和技能解決工程任務.教師要求學生分組參與工程任務的探究，并根據情況分解任務，在任務驅動下探究問題.

例如，基于“社區廢舊金屬科學回收”的工程任務，通過以上分析，明確社區回收現狀、行業發展情況、金屬防護與廢品回收等相關.教師要求學生分組參與這些工程任務的探究，對工程任務進行分解，根據學生分解情況總結指導.本項工程任務分為社區廢舊金屬回收調查，探究行業回收利用廢舊金屬方法，以所學知識為基礎提出科學回收廢舊金屬的建議.各組學生在探究這些分任務過程中會遇到各類問題，如：社區民眾對回收廢舊金屬的態度如何？為何社區廢金屬回收率低？行業中回收利用廢舊金屬的火法富集、濕法溶解、微生物吸附的原理是什么？如何利用所學知識解決社區廢舊金屬回收的問題？教師指導學生融入創造性、系統性、權衡性、價值性和雙贏思維，思考、探究、解決問題.

3.3 探究實施方案，指導修改完善

工程思維能夠幫助學生思考和解決各類問題，學生可以基于已學的化學以及其他學科知識，參與社會調查活動，運用搜索引擎獲得資料，共同探究解決問題.各個小組需要反復權衡解決問題的方案，持續優化方案，檢驗設計是否合理等，在這樣的過程中逐步形成工程思維.教師要發揮啟發與引導作用，層層遞進引導學生借助工程思維探究任務，逐步進行優化完善.

例如，根據學生在探究工程任務過程中遇到的問題，教師要進行啟發式引導：要明確社區中廢舊金屬回收率低的原因需要做什么？行業中廢舊金屬回收率達85%是通過什么技術方法做到的？根據所學知識，如何解決社區回收廢舊金屬中遇到的占用地面、銹蝕嚴重、污染環境的問題？經過這些方面的指導，學生需要設計調查問卷認識社區居民回收廢舊金屬的態度、主要方式等；在網上搜索資料，認識火法富集、濕法溶解、微生物吸附的實現原理與方法；探究無害化壓縮或者破碎金屬的方法、金屬防銹的方式等.

3.4 根據學生表現，科學實施評價

新課標中的課程理念提出“倡導實施促進發展的評價”，要求教師改進終結性評價的方式，科學設計評價工具，依據核心素養評價，加強過程性評價，根據學生在化學學習中的表現，構建教、學、評一體化評價方式.不僅如此，教師還要基于工程思維，探究增值評價的方式，引領學生自評與互評，反思自身，最后根據評價結果優化教學，運用評價推動立德樹人.

例如，根據“社區廢舊金屬科學回收”的工程任務，教師根據學生探究過程與展現的結果，通過實施多方面的測試，對學生探究工程任務過程進行定量評價，對展現的圖文、表格、實物等進行定性評價.教師還要融入權衡性思維等評價，如：能對比權衡單因素利益關系計10分；能根據具體情境權衡利益關系計20分；能通過線上線下渠道搜集資料，綜合多種因素權衡利益關系計30分.教師還可以先讓學生自評與互評，最后融合多元要素進行總結評價，優化后續教學.

3.5 總結知識技能，布置課后任務

一項工程任務實施之后，為促進學生鞏固化學知識，更好提升學生工程思維，教師還要總結其中涉及到的知識與技能，布置課后探究任務，要求學生利用課余時間自主構建工程任務，運用工程思維和所學知識，分組進行探究.

例如，根據上述的工程任務，教師要總結相關知識技能：通過加強廢舊金屬回收能保護環境的宣傳，提高民眾回收意識，并通過完善激勵與懲罰機制，加強流動回收個體人員管理，提高社區廢舊金屬的回收率；微生物吸附能夠防止廢舊金屬受到腐蝕；通過密封壓縮或破碎金屬減小體積，防止污染環境，通過減少與空氣和水的接觸防止金屬銹蝕.教師可以布置課后類似探究任務：調查本地供暖機構或火力發電廠等企業，探究它們如何降低煙氣中有害氣體的含量.

參考文獻：

［1］ 李月.設計型學習視角下以化學教學培養工程思維的實踐[J].教學管理與教育研究，2022，7（13）：91-93.

[2] 王豪鐘.啟發性挫敗視閾下初中化學實驗教學的設計研究：以“化學實驗測定與探究”教學為例[J].中小學教師培訓，2022（9）：64-69.

［責任編輯：季春陽］