重視對學(xué)生工程思維的訓(xùn)練

〔摘" "要〕" 教師對學(xué)生進(jìn)行工程思維的訓(xùn)練，能讓學(xué)生逐步學(xué)會用所學(xué)知識應(yīng)對生活中的各種挑戰(zhàn)，跳出常規(guī)思維，提出獨(dú)特的解決方案。本文對小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)的策略進(jìn)行了分析，闡述了問題、實(shí)踐活動等在培養(yǎng)學(xué)生工程思維方面發(fā)揮的作用，旨在健全科學(xué)學(xué)科的教學(xué)體系，切實(shí)提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與實(shí)踐能力。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；工程思維；課堂教學(xué)

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）" 07" " 037-039

工程思維是一種綜合性、系統(tǒng)性的思維方式，強(qiáng)調(diào)在解決實(shí)際問題時，綜合考慮各種因素，制訂合理的方案，并通過實(shí)踐不斷優(yōu)化和改進(jìn)。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，教師對學(xué)生進(jìn)行工程思維的訓(xùn)練，有意識地引導(dǎo)學(xué)生從發(fā)現(xiàn)問題、提出設(shè)想，到制訂方案、實(shí)施操作，再到評估改進(jìn)，經(jīng)歷完整的工程設(shè)計流程，能讓學(xué)生逐漸掌握將抽象的科學(xué)概念轉(zhuǎn)化為實(shí)際解決方案的方法，學(xué)會在有限的條件下優(yōu)化資源配置，提高解決問題的效率和質(zhì)量。因此，教師要重視對學(xué)生工程思維的訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的濃厚興趣，培養(yǎng)學(xué)生的耐心和責(zé)任意識，以使學(xué)生在不斷嘗試和失敗中積累經(jīng)驗(yàn)，鍛造堅韌不拔的意志品質(zhì)。

一、基于問題導(dǎo)向，激發(fā)工程思維意識

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境

縱觀當(dāng)前的科學(xué)教學(xué)，我們不難發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)教師常常局限于知識的單向傳授，學(xué)生處于被動接受的狀態(tài)，缺乏主動探索科學(xué)知識的熱情。而問題情境的創(chuàng)設(shè)，能幫助教師將科學(xué)知識與實(shí)際生活、工程應(yīng)用場景相融合，為學(xué)生提供熟悉且富有啟發(fā)性的知識背景，降低學(xué)生的認(rèn)知難度，拉近學(xué)生與科學(xué)的距離。對此，教師有必要深入挖掘教材知識的核心，并結(jié)合小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和生活經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建問題情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注問題的解決目標(biāo)與限制條件，從而幫助學(xué)生初步形成問題界定、需求分析意識等工程思維。

例如，在帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)蘇教版科學(xué)三年級下冊“植物的一生”這一單元的內(nèi)容時，教師便可以通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境的方式，啟發(fā)學(xué)生的工程思維。具體而言，教師可先應(yīng)用媒體技術(shù)呈現(xiàn)校園的圖片，再引入問題：學(xué)校打算開辟一個小型植物種植園，要種植適合本地生長且觀賞期長的花卉，但是種植園的土壤肥力有限，光照時間也并非十分充足。同學(xué)們可以思考一下，我們可以選擇哪些花卉品種，以及運(yùn)用哪些方法來改善土壤肥力和合理利用光照，讓花卉茁壯成長。接著，教師為學(xué)生分組，指導(dǎo)學(xué)生展開探究。可以讓學(xué)生先去圖書館查閱資料，了解本地常見花卉的生長習(xí)性，看哪些花卉對土壤肥力要求較低，哪些花卉較耐陰。隨后，讓學(xué)生向?qū)W校的園藝工人請教，學(xué)習(xí)如何判斷土壤的肥力狀況，了解一些改善土壤肥力的簡單方法。在考慮光照利用時，學(xué)生則采用實(shí)地測量的方式，即測量種植園不同區(qū)域的光照時長和強(qiáng)度，根據(jù)所獲數(shù)據(jù)，討論花卉種植的布局。

在教學(xué)中，教師依托實(shí)際生活情境為學(xué)生引入問題，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生主動從工程情境中明確問題和需求，并在搜集資料、實(shí)地調(diào)研、小組討論的過程中，鍛煉信息收集與分析能力，初步形成需求分析和問題界定意識。

（二）鼓勵提出問題

在當(dāng)前的小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，教師往往直接為學(xué)生提出問題，導(dǎo)致學(xué)生的思維被限定在預(yù)設(shè)的框架內(nèi)，不利于學(xué)生思維的深度拓展。而如果我們鼓勵學(xué)生提問，他們能基于自身的獨(dú)特視角和好奇心，挖掘出更多潛在的科學(xué)工程問題。同時，教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題的過程，也是學(xué)生主動建構(gòu)知識體系、探索未知的過程。因此，在帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識時，教師要積極營造民主、開放的課堂氛圍，尊重學(xué)生的思維成果，讓學(xué)生結(jié)合已有知識嘗試提出新的問題，不斷打破傳統(tǒng)中的思維定式，激發(fā)工程思維意識。

比如，在蘇教版科學(xué)四年級上冊《運(yùn)動與位置》一課的教學(xué)中，在講解了各種運(yùn)動形式和力的作用后，教師便可以鼓勵學(xué)生提出相關(guān)問題。如，有的學(xué)生提出：“我們可不可以設(shè)計一個裝置，使小球能沿著特定的彎曲軌道自動滾動，并且在滾動過程中完成一些簡單的任務(wù)，比如敲響小鈴鐺？”在與其他學(xué)生討論，共同確認(rèn)了這一問題的價值后，教師便可組織學(xué)生展開進(jìn)一步的討論，即引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，思考所需的材料和工具，如有的學(xué)生想到可以用塑料軌道搭建小球的滾動路徑，用橡皮筋或彈簧提供動力，用小鈴鐺作為觸發(fā)任務(wù)的機(jī)關(guān)。之后，在設(shè)計軌道形狀時，學(xué)生也可以運(yùn)用所學(xué)的力學(xué)知識，考慮如何利用重力和彈力讓小球順利轉(zhuǎn)彎和加速。此外，為了讓小球敲響鈴鐺，學(xué)生也可以設(shè)計一個杠桿裝置，即當(dāng)小球滾到特定位置時，觸動杠桿，使鈴鐺發(fā)聲。

上述案例中，學(xué)生從提出問題開始，主動運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行方案設(shè)計和實(shí)踐操作，在思考材料選擇、裝置設(shè)計和優(yōu)化調(diào)整的過程中，培養(yǎng)了敏銳的問題意識和將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際設(shè)計的能力，充分激發(fā)了設(shè)計思維和創(chuàng)新思維，逐漸習(xí)慣從問題出發(fā)構(gòu)建解決方案。

二、借助實(shí)踐活動，鍛煉工程思維能力

（一）項目式學(xué)習(xí)

項目式學(xué)習(xí)，是鍛煉學(xué)生工程思維能力的有效方式。在科學(xué)教學(xué)中，教師主動以項目為載體，整合多學(xué)科知識與技能，引導(dǎo)學(xué)生模擬真實(shí)的工程實(shí)踐流程，能充分調(diào)動學(xué)生的多種技能，讓學(xué)生在分解項目任務(wù)、完成項目探究中，深刻體會系統(tǒng)規(guī)劃、方案設(shè)計與優(yōu)化、資源整合等工程思維，提升解決實(shí)際問題的能力。

例如，在蘇教版科學(xué)五年級下冊《點(diǎn)亮小燈泡》一課的教學(xué)中，教師便可組織學(xué)生進(jìn)行“設(shè)計并制作一個簡易的智能照明系統(tǒng)”的項目式學(xué)習(xí)活動。在學(xué)生探究項目前，教師先引導(dǎo)學(xué)生回顧電路知識，并為學(xué)生分組，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行需求分析，組織學(xué)生討論智能照明系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，如根據(jù)環(huán)境光線自動調(diào)節(jié)亮度、設(shè)置定時開關(guān)、手動調(diào)節(jié)亮度等。隨后，讓學(xué)生對電路方案進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)功能需求，選擇合適的電路連接方式。對于亮度自動調(diào)節(jié)功能，學(xué)生可以采用光敏電阻，以便當(dāng)環(huán)境光線變?nèi)鯐r，光敏電阻阻值變化，從而改變電路電流，實(shí)現(xiàn)燈泡亮度的自動調(diào)節(jié)。在選擇材料方面，指導(dǎo)學(xué)生挑選合適的電池、不同功率的燈泡、導(dǎo)線、開關(guān)、光敏電阻以及定時器等電子元件，并將各個元件連接起來，焊接導(dǎo)線，組裝電路。在測試環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)環(huán)境光線變化時燈泡亮度雖然有變化但不夠平滑的現(xiàn)象后，引導(dǎo)學(xué)生及時檢查電路連接是否穩(wěn)定、元件參數(shù)是否合適，以便經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，完成工程類的科學(xué)項目。

顯然，學(xué)生在參與需求分析、方案設(shè)計、材料選擇的過程中，能深入理解工程思維的系統(tǒng)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，學(xué)會運(yùn)用科學(xué)知識進(jìn)行技術(shù)設(shè)計，從而提升解決復(fù)雜問題的能力，提升規(guī)劃、設(shè)計與執(zhí)行等工程思維能力。

（二）實(shí)驗(yàn)探究優(yōu)化

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大多都側(cè)重于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生往往按部就班地進(jìn)行操作，較少對實(shí)驗(yàn)背后的工程思維進(jìn)行挖掘。在《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指導(dǎo)下，教師對實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)行了優(yōu)化，即對實(shí)驗(yàn)?zāi)康木珳?zhǔn)確定，對實(shí)驗(yàn)的步驟合理設(shè)計，對實(shí)驗(yàn)器材重新選擇，并在實(shí)驗(yàn)過程中融入工程思維要素。這樣，能有效加深學(xué)生對科學(xué)知識的理解，鍛煉學(xué)生的分析、設(shè)計、創(chuàng)新等工程思維能力，從而使學(xué)生真正學(xué)會在有限資源條件限制下，最大化地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

例如，在蘇教版科學(xué)六年級上“探索宇宙”單元中引入“月相變化模擬實(shí)驗(yàn)”時，教師便可對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。具體來說，原本的實(shí)驗(yàn)只是簡單地用球和燈光模擬地球、月球和太陽的相對位置來觀察月相。基于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，教師提出：“如何讓月相變化的模擬更精準(zhǔn)、更直觀，且能展示出不同地理位置看到的月相差異？”鼓勵學(xué)生提出改進(jìn)建議。經(jīng)過思考后，學(xué)生紛紛提出自己的改進(jìn)策略，有的學(xué)生認(rèn)為可以對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行重新設(shè)計，即用一個可旋轉(zhuǎn)的圓形平臺代表地球，在平臺上不同位置標(biāo)記出不同的緯度，用一個白色的球體代表月球，并通過一個可調(diào)節(jié)角度和高度的支架固定。而為了更精準(zhǔn)地控制月球繞地球的運(yùn)動，有的學(xué)生認(rèn)為可以在圓形平臺上設(shè)置刻度盤，精確標(biāo)記月球的位置和轉(zhuǎn)動角度，同時，為了展示不同地理位置看到的月相差異，他們認(rèn)為也可以在標(biāo)記的不同緯度位置，設(shè)置可伸縮的觀察桿，讓觀察者站在不同位置觀察月相。

可見，通過對月相變化模擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化，學(xué)生深入分析了實(shí)驗(yàn)的各個要素，并從工程設(shè)計的角度審視實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，充分應(yīng)用了工程思維，鍛煉了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

三、通過合作交流，提升工程思維品質(zhì)

（一）小組協(xié)作設(shè)計

融合工程思維的科學(xué)教學(xué)，往往具有一定的難度，當(dāng)學(xué)生單槍匹馬地進(jìn)行探索時，難免會產(chǎn)生畏難心理，以致降低探索科學(xué)知識的興趣。小組協(xié)作的方式能夠?yàn)閷W(xué)生提供合作互動的平臺，讓學(xué)生在互動交流中促進(jìn)知識的共享與思維的共建，從而攻克學(xué)習(xí)難關(guān)。對此，教師不妨依據(jù)學(xué)生的能力、性格等因素進(jìn)行異質(zhì)分組，并鼓勵學(xué)生分工合作，從多維度思考問題，從而提升系統(tǒng)思維與綜合決策能力，增強(qiáng)團(tuán)隊凝聚力、合作意識。

例如，在蘇教版科學(xué)四年級下冊《養(yǎng)昆蟲》一課教學(xué)后，教師便可以布置“設(shè)計一個適合校園角落的小動物棲息地”的任務(wù)。教師根據(jù)學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，按照同組異質(zhì)的原則對學(xué)生進(jìn)行分組，學(xué)生以組為單位參與活動。在實(shí)際進(jìn)行探究時，教師也要協(xié)助各小組進(jìn)行人員的細(xì)致分工，如有的負(fù)責(zé)查閱資料，有的負(fù)責(zé)收集材料。隨后，根據(jù)收集到的信息，小組內(nèi)進(jìn)行設(shè)計討論，擅長繪畫的學(xué)生，可以繪制棲息地的初步草圖，考慮如何利用現(xiàn)有的環(huán)境資源，如在大樹下設(shè)置蝸牛的養(yǎng)殖區(qū)。在討論過程中，學(xué)生也要考慮小動物的活動空間和安全性，如設(shè)置圍欄防止其他動物入侵，并在棲息地內(nèi)放置一些小水盆提供水源等，有序落實(shí)小組協(xié)作項目。

上述安排可以看出，學(xué)生通過分工合作，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，能不斷提升系統(tǒng)思維和綜合決策能力，并學(xué)會傾聽他人意見，協(xié)調(diào)資源，共同解決問題，增強(qiáng)團(tuán)隊合作意識和人際交往能力，從而為今后參與更復(fù)雜的工程團(tuán)隊項目積累經(jīng)驗(yàn)。

（二）成果展示互評

在傳統(tǒng)科學(xué)教學(xué)中，教師占據(jù)主導(dǎo)地位，缺乏學(xué)生的自評與互評。而展示評價，則能改變這種局面，更全面客觀地反映學(xué)生的思維成果、學(xué)習(xí)質(zhì)量。對此，當(dāng)帶領(lǐng)學(xué)生完成科學(xué)活動后，教師也要搭建平臺，鼓勵學(xué)生進(jìn)行成果展示，并引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用工程思維標(biāo)準(zhǔn)衡量他人成果，同時反思自己的作品，以便進(jìn)行有針對性的改進(jìn)，提升批判性思維與創(chuàng)造性品質(zhì)，不斷完善工程思維體系。

例如，在蘇教版科學(xué)四年級上冊《聲音的傳播》一課的教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生完成“制作土電話”的任務(wù)后，教師便可以組織學(xué)生進(jìn)行成果展示互評。在展示中，每個小組展示自己制作的土電話，并介紹制作材料、制作過程和傳聲效果。在介紹傳聲效果時，學(xué)生也可以進(jìn)行演示，提高交流的效果。在展示過程中，其他小組也要進(jìn)行點(diǎn)評，討論土電話的傳聲原理是否正確運(yùn)用了聲音通過固體傳播的知識，是否了解聲音在棉線中的傳播速度和損耗情況，如有的小組就提出，棉線拉得太緊會影響傳聲效果，輔助組內(nèi)學(xué)生進(jìn)行改進(jìn)。同時，各小組也可以學(xué)習(xí)別組的創(chuàng)新點(diǎn)，如：有的小組在紙杯的連接方式上采用了特殊的打結(jié)方法，使連接更牢固且不影響傳聲；有的小組嘗試用不同材質(zhì)的線進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，找出了傳聲效果最佳的材料。

顯然，通過成果展示與互評，學(xué)生拓寬了視野，逐步學(xué)會了從不同角度審視自己和他人的工程成果，促進(jìn)了工程思維的自我完善和提升，培養(yǎng)了批判性和創(chuàng)造性的思維品質(zhì)。

總而言之，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的工程思維，如同為學(xué)生播下智慧的種子，不僅能讓學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)的道路上穩(wěn)健前行，也能讓他們真正成為適應(yīng)時代需求、富有創(chuàng)造力與實(shí)踐力的新一代，更加享受探索科學(xué)的旅程。

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