于活动中发展“工程思维”

朱燕萍

摘要：在科学课堂上，教师应根据工程活动的难易程度，设计教学环节，发展学生的工程思维。《小小工程师》一课，以“制作铅笔加长器”作为工程项目，让学生经历和体验工程师工作的不同环节，于活动中发展设计思维、系统思维、迭代思维。

关键词：工程思维;设计思维;系统思维;迭代思维;《小小工程师》

伴随“技术与工程”作为独立教学内容出现在《义务教育小学科学课程标准》（2017年版）中，小学科学教育愈加重视培养学生基于问题解决和工程设计等的科学素养，尤其是培养学生的工程思维。在小学阶段，科学教师往往会将工程思维延伸为教学环节中可实现的设计思维、系统思维、迭代思维、整合思维等。笔者教学苏教版小学科学一年级上册《小小工程师》一课时，以“制作铅笔加长器”作为工程项目，让学生经历和体验工程师工作的不同环节，于活动中发展工程思维。

一、画设计图，发展设计思维

工程的关键是设计。《小小工程师》一课，笔者首先鼓励学生画“铅笔加长器”设计图，引导学生在绘制设计图的过程中综合考虑多方面因素，发展设计思维。具体过程如下：

师铅笔写的字多了，就会变短，不方便使用。如果给同学们提供一个材料仓库，有吸管、一次性筷子、雪糕棒、橡皮筋、双面胶、透明胶带、纸张等，怎样制作出一个“铅笔加长器”呢？

生我会用吸管套在铅笔后面，然后用透明胶带绑起来。

生我会把纸卷起来，套在铅笔后面，然后用双面胶绑起来。

师看来你们都已经有大概的想法了，不错！但老师要提醒同学们，想得再细致一些。比如，你需要哪些材料？第一步用什么材料，第二步用什么材料？如果你想好了，就把实验记录单（出示下页图1）拿出来，在上面画出“铅笔加长器”的设计图。

通过画设计图活动，低年段学生能够利用提供的材料和工具，通过口述、图示等方式表达自己的设计与想法，初步学会如何辨别问题和需要。虽然学生初次接触时，往往不太适应，画的设计图也没有那么完整、美观，但设计思维的种子已然萌芽。

二、甄选材料，发展系统思维

结构性材料是有意义的材料，能够揭示工程项目中的要素关系（可以是内在关系，也可以是外在关系）。大量的实践研究表明，儿童的工程系统思维可以在甄选实验材料的过程中循序渐进地提升。

低年段学生在真实的工程环境中，面对众多可供选择的实验材料时，可能会一股脑儿全部挑走，也可能会随便挑几样自己喜欢的。对此，笔者引导学生先仔细观察设计图，确定自己需要的实验材料。通过这样一个颇有仪式感的环节，学生的选择谨慎多了，会考虑每一种材料的作用并尽可能将其发挥出来，系統思维于此悄然发展。

三、发布成果，发展迭代思维

工程产品的分享需要仪式感。在具有仪式感的分享交流过程中，学生原有的设计在与他人的对比中、伙伴的评价间得以提升，进而初步形成迭代思维。于是，《小小工程师》一课，笔者设计了“成果发布会”和“设计产品广告语”活动。具体过程如下：

师谁能上台简单介绍一下你的“铅笔加长器”是怎么做的？拿好你的设计图和你制作的“铅笔加长器”上台展示一下吧，其他小朋友仔细看、认真听。

生我用两根筷子拼接成一个“铅笔加长器”，绑在铅笔的后面。

师用自己制作的加长后的铅笔写字，好用吗？

生我做的“铅笔加长器”太长了，没有办法放进铅笔盒里。

师你想怎样改进？

生可以把筷子截短一些。

师是的，我们做出来的“铅笔加长器”还要实用。其他小朋友呢，还能给他提提建议吗？

生筷子“铅笔加长器”不太好看，可以做得好看一点。

师“铅笔加长器”还要美观。看来，我们班的小朋友都是“小小工程师”，能给自己和别人的作品提出建议了。那么我们四人小组合作，互相提提建议，可以从好看、好用、结实这三个方面来思考。

（学生四人小组合作，互相提修改建议：第一个学生介绍自己的“铅笔加长器”，第二个学生对第一个学生的作品提建议，再介绍自己的作品……）

师每个小朋友都对如何改进自己的“铅笔加长器”有了进一步的想法，可以课后继续去完善。我们制作的产品最终是要卖出去的，那同学们能给自己的产品设计一些广告语吗？

生9元两个包邮，好用不贵。

生“铅笔加长器”，你值得拥有！

……

师同学们很有想象力和创造力！回家后，你可以试着用自己的广告语向爸爸妈妈、爷爷奶奶推销你的产品。希望同学们都能成功地把自己的产品卖出去。

这两个活动，既符合一年级学生的年龄特征，又具有一定的挑战性，能够点燃学生表达和创造的欲望。在学生的你一言我一语中，迭代思维的轮廓悄悄地印在了他们的心中：工程产品还需要改进。在教师的指导下，学生批判性地审视同伴和自己的作品，剔除不需要的部件，优化留存的结构与功能，并适当创新，迭代思维的痕迹愈发深刻。

在科学课堂上，教师应根据工程活动的难易程度，巧妙设计教学环节，调动学生的已有经验，让学生在工程设计、挑选工程材料、展示工程产品等过程中灵活运用，将科学概念转化为实际的生活运用，发展工程思维。