灵活运用教学策略，提高学生工程设计能力

■天津职业技术师范大学附属珠江道小学 程 鹏

教育部2017版《义务教育小学科学课程标准》里，小学科学教学内容除了原有的物质科学领域、生命科学领域、地球与宇宙科学领域的课程内容外，还增加了技术与工程领域。这一领域的学习重在启发学生综合所学知识，实现各学科之间知识的融会贯通，对发现的问题寻求解决途径，进行实践操作，通过亲自动手做来解决问题。工程的关键是设计，设计是工程活动的前提和灵魂，具有目标性、制约性、复杂性及不确定性等特点。学生在根据具体任务进行设计时，不仅要综合运用到前面所学的知识，而且要综合考虑可利用的条件和制约的因素。所做的设计要用口述、画图等方法表达出来，并能够将自己简单的创意转化为模型或实物，在不断完善的过程中，完成相关任务。因此，工程设计对于小学阶段的学生而言具有一定的挑战性，需要长时间、循序渐进地学习与练习才能掌握其中的原理与方法。在这样的过程中，综合运用所学知识的能力、思维能力、创新能力、实践能力才会得到提升与发展。这一领域的课程对于绝大部分一线的科学教师同样是比较新的领域，需要教师不断深入研究，灵活运用多种教学策略帮助学生掌握工程设计的步骤与方法，不断提高学生的工程设计能力。

一、创设真实情景，明确设计主题

所谓真实情景，是指创设的情景要基于学生的身心特征和已有经验，注重联系生活，结合科学学科的特点，形象生动地提出情景，以使学生积极主动地参与其中，将已有的知识经验进行迁移，解决当下遇到的难题。有价值的真实情景一定是含有真实生活、真实情感的问题情景，能够有效地激发学生的思考，情境中的问题更应结合我们的教学目标进行设定，合理控制难易程度，并且针对低年级的年龄特点还应注重问题描述的新颖性和生动性。

“工程与技术”领域的课堂，是需要学生基于遇到的问题进行有目的的设计，而并非天马行空，只是为了设计而设计。例如：在没有明确设计主题的情况下，学生在设计时可能会更加注重自己的喜好，如是否美观漂亮等，更多的是产品外观的与众不同，而忽略产品的功能需求。因此，在进行工程设计类课程领域的教学时，教师要创设真实情景，帮助学生明确设计的主题，把握设计的方向。

二、夯实相关概念，奠定设计基础

思维是人脑对客观世界中的事物进行的间接反应，它必须建立在自己已有知识经验基础上，缺少知识经验这一基础，工程设计同样无法进行。改版的科学课教材以大单元的组织形式呈现，体现了科学概念的连贯性和综合性，不断挖掘科学探究中的思维和认知发展过程。技术与工程领域的教学内容是以一定的科学概念为基点，通过技术设计、技术制作从而在教学活动中进一步发展学生综合运用科学概念为目标的教学活动。新科学课教材“工程与技术”领域中设计类课程大多编排在单元学习的最后一课。此类课旨在通过对已学习内容的融会贯通，设置情景鼓励学生小组合作、动手制作，并且能够根据科学原理的设计制作，形成一定的“产品”。设计类课程要避免上成只动手不动脑的手工课，如何体现工程设计思维，学生首先要知道设计的原理，有目的地进行设计，而不是单纯地模仿制作。这就要求教师应站在大单元视角下进行备课，全局把握单元教学目标，夯实必备相关科学概念，这样才能为学生搭建思维脚手架，奠定设计的基础。

三、优化制作材料，提供设计保障

1.丰富制作材料，激发设计创意。技术与工程内容的教学，材料是一个关键因素。教师要根据教学内容为学生准备熟悉的、易于加工制作、成本低的丰富材料，并以“自助餐”的形式设置材料自选区。这样既给予学生按需选择的余地，又激发了思维的灵活性。

2.分化制作材料，指引设计方向。学生只有对材料的结构、性能了解透彻，才能发散思维，设计出具有创造性和实用性的产品。因此，教师应根据学生的知识水平和生活经验分化制作材料，保障设计及制作的顺利进行。如一二年级限定材料范围，给学生提供生活中最常见、特性熟悉、能够操作的材料和工具，鼓励学生利用老师准备的材料进行创新设计，这也有利于低年级学生进行独立思考。基于已知材料的设计，学生也有很大的想象空间，不仅可以最大限度地激发学生进行创新的探索与尝试，更能避免学生设计时“天马行空”，制作时“无从下手”。中、高年级学生随着科学知识的丰富和生活经验的积累，教师要随之拓充材料范围，便于学生根据自己的设计去材料区选择适宜的材料，也可以鼓励学生自己准备补充制作材料。

四、细化设计图纸，了解设计流程

将想法变成设计图纸，引导学生将头脑中的思维模型通过图画模型显现出来是制作产品很重要和关键的一步。对于中年级的学生，教师要指导学生细化设计图纸，明确设计流程，使学生的设计具有指向性和目的性，提升学生思维的严密性。这样避免学生只关注产品外观而忽视细节的构思。不仅要求学生画出最初的产品外观设计草图，而且要配上简单的文字说明，标出每部分选用的制作材料、制作尺寸，最后列出整个制作过程中所需材料单、工具单。

五、拆分设计步骤，降低设计难度

由于低年级学生动手能力较差，思维发育尚不成熟，科学知识掌握比较少，“技术与工程”活动中如果让学生进行凭空的设计，直接抛给学生一个抽象的概念，让他们进行从无到有的设计，这对中低年级的学生来讲都是有一定困难的，无法独立完成从设计到制作整个流程。教师可以拆分设计步骤，降低设计难度，通过一系列有针对性的问题，引领学生在解决问题过程中完善产品，同时了解、体验设计流程，为今后自主进行工程设计制作奠定基础。

六、多元评价标准，提升设计品质

改进是工程技术中非常重要的环节，我们应设计多元化的评价标准，并设计好相应的评价量规，帮助学生了解自己设计的优势与不足，从而进行更好的改进，提升设计的品质。同时在自我展示、相互评价过程中学会辩证地看问题，增强批判性思维能力。

1.在作品展示与交流的过程中，引导学生进行自我反思评价。在产品展示与交流的过程中，我们要求学生：一要介绍作品的科学原理及特色；二要介绍自己在制作过程中遇到哪些困难，如何修改自己的设计；三要介绍自己作品还有哪些需要提高和改进的地方。在有限的课堂时间内，学生的作品可能不够完美，让学生在交流展示中学会自我反思评价，在反思中促进新的观念的形成，产生新的灵感，这比作品本身的优劣更值得关注，是学习的隐性成果之一。我们既要让学生反思设计中所运用知识的合理性，又要反思制作中解决问题的办法是否切实可行，引导学生思考如何着手下一步的解决方案，使产品不断走向“完美”。

2.将评价标准前置，用评价工具来导航设计。在教学中，需要教师根据不同的教学内容，建立和使用相应的评价工具，这些评价工具将帮助学生更好地验证设计、评估设计以及修正设计。我们改变以往先有学生作品后出示评价标准的情况，将评价标准前置，用评价工具来导航。评价不仅要关注作品本身，也要关注学习过程中学生的表现。包括：①“分工合作”方面：小组分工是否明确，每个成员是否都能完成自己的任务。②“设计图”方面：学生是否能画出清晰的设计示意图，是否能在示意图上标出部件和部件高度、尺寸大小，需要的材料等。③“制作过程”方面：学生或小组是否能够按照设计流程进行制作，在完成原始计划同时注意细节。④“小组和分组互评记录”方面：是否分析准确和评价公平。

3.多样化评价量规，调动学生参与工程设计的主动性。小学生好胜心强，都希望得到教师和同学的肯定，这是他们学习的动力来源。所以，在教学中，我们的评价量规可从任务要求、设计、材料、制作、习惯等方面列出相应的指标，并为每个指标在不同的测量等级（例如优、良、合格）下加上描述性语句，低年级可用相应笑脸或五角星的个数来表示，以反映出该等级的特征。这些描述性语句或笑脸个数就构成了各个等级的评价量规。

教学策略可能是比较固定的模式，但课堂教学却是千变万化的。教师要根据学生的认知水平、工程设计的内容、特点以及教学中的实际情况，把握工程设计的原则，灵活运用各种教学策略，给予学生有针对性的指导，有效提高学生的工程设计能力，促进学生科学思维的发展。