小学科学教学中的工程思维培养

夏凌君

摘要：工程思维是指按某一特定的目标，遵循一定的规范进行设计，然后进行生产或建设，直至最后制造出符合预期的产品的一种思维方式。以《造房子》一课为例，通过明确主题、研究讨论、设计实施、评价交流和拓展应用这五个环节，着力培养学生的工程思维。

关键词：工程思维;设计制作;实践能力;创新精神

伴随“技术与工程”作为独立教学内容出现在2017年版的《义务教育小学科学课程标准》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。工程思维是指按某一特定的目标，遵循一定的规范进行设计，然后进行生产或建设，直至最后制造出符合预期的产品的一种思维方式。结合工程思维的内涵，笔者以为，可以按照明确主题、研究讨论、设计实施、评价交流和拓展应用这五个环节实施教学，着力培养学生的工程思维。下面，以《造房子》一课为例具体说明。

一、明确主题

确定一个具有研究价值的主题并创设相应的情境，是学生工程思维培养的出发点。情境的创设，可以联系学生的现实生活，在学生鲜活的日常生活环境中发现、挖掘情境资源。这样，不仅能为学生的学习提供认知停靠点，又能激发他们的学习热情。

《造房子》一课教学，教师首先结合学生的生活和已有认知提出问题：“同学们，我们现在居住的都是高楼大厦，非常舒适安逸。但是，很多贫困山区的孩子至今仍住在很破旧的房子里，这些房子年久失修、屋顶漏雨，有些房子甚至存在倒塌的风险。如果你是房屋建造师，你愿意为他们建造一座安全舒适的房子吗？”学生当然都十分愿意参与房子的建造。接着，教师启发思考：“那你知道房子的建造流程吗？”学生进行深入思考，在小组内部讨论，然后全班交流，从而对房子的建造过程有初步的认知和了解。在此过程中，学生明確了将要研究的问题，为后续的学习做好充分准备。

二、研究讨论

研究主题确定之后，教师可提出环环相扣的问题，帮助学生从已有经验中搜集出相关信息和资料，然后研究讨论这些信息和资料，建立相关的联系纽带。

在明确“造房子”的主题后，教师布置第一个任务：建造一座安全、舒适的房子要考虑哪些因素？任务抛出后，学生根据已有知识和经验，从大小、形状、结构、用途、材料、承受力、稳定性等方面进行讨论，充分发表自己的意见。接着，教师布置第二个任务：根据已经学过的《折形状》和《搭支架》，要建造既省材料又牢固的房子，你们有些怎样的建议？学生联系之前所学，能够准确说出利用圆柱形结构能增大房子的承受力，而利用三角形结构最省材料。最后，教师布置第三个任务：你们想选择什么样的材料？怎样连接材料？学生在小组内进行讨论，教师对学生的想法进行评价和总结。

三、设计实施

设计与实施是工程实施中十分关键的环节，后期的测试完善更是工程的点睛之笔。设计和实施的过程是学生将头脑中的想法变为现实的过程。在此过程中，教师要让学生知道，设计及改进是一个循环往复的过程。在设计与实施的过程中，学生学会反思，在反思中提升自身的科学能力及工程思维。

通过进一步的讨论研究，学生对房子的建造又有了更深的认识。在此基础上，教师分发图纸，说明“牢固、宽敞、省料”的优秀设计的标准。牢固性主要看建造的房子能否承受一定的压力;宽敞主要看房子的空间布局是否合理;省料主要看所选材料是否物尽其用，减少不必要的浪费。此时，教师鼓励学生充分发挥想象，设计出满足这些标准又个性十足的房子。

接下来，学生将思路转换为图纸，小组内绘制好初稿后，全班交流讨论。之后，教师引导学生将设计精细化：设计图要有框架结构图及整体样式图，还要写明使用的材料及尺寸，并且计算出所需的材料（图1所示为其中一个学生小组的设计图）。学生完成初稿后进入交流环节，依次上台介绍自己小组的作品，其他小组提出修改建议。各小组对照建议再次修改设计图，直至得到满意的设计方案。

设计方案完成后，各小组便可以选取材料进行制作。制作的过程中，学生遇到问题，可边修改边制作。只有在不断的尝试、改善中，房子的制作才能趋向成功。因此，严谨性这一不可或缺的工程思维品质得到有效锻炼。

四、评价交流

评价及交流，可以帮助学生了解自身存在的问题及产生问题的原因，更可以帮助教师掌握学生的发展水平，改进教学，从而更高效、更有针对性地培养学生的工程思维。

各小组房子建造完成后，教师让学生根据前面制订的三个标准对其他小组的作品做出合理的评价。大多数小组建造的房子都能达到标准。有的作品能承受20本作业本的重量，其较大的承受力得到许多人的认可;有的作品空间大，内部可放置2—3个文具盒;还有的虽然承重力不强，但是所用材料最少，比较经济。接着，学生根据评分表，对其他小组的作品打分。最后，教师根据每个小组在整节课中的表现加以点评。此时，教师可以从图纸设计、模型建构及小组合作等方面进行评价。结合师生共同的评价，全班评选出最佳小组及最佳作品。同伴评价能给予学生自己对学习过程和结果的掌控权，从而促使学生自主地参与到学习中;教师评价则能为学生提供全面、及时的反馈，帮助他们在之后的学习中进一步弥补自身的不足，优化自己的作品。

五、拓展应用

课堂的时间是短暂的，如果学生的想法在课堂上没有得到充分的发挥，可引导他们课后继续拓展应用。

《造房子》课尾，教师布置“查阅世界上有名的建筑”的课后作业，旨在让学生能从这些建筑作品中获得灵感，进一步完善自己的方案。这样，学生就有充分的时间对自己的方案进行不断的调整、修改与完善，让自己的作品更加符合任务要求，充分经历工程迭代的过程。在这个过程中，学生的工程思维及动手操作能力也将得到不断的提升。拓展与应用不仅是对已学知识的一个检验，更是对本节课所学知识灵活应用的一个延伸。这有利于学生思维的创造性和灵活性的发展，是工程思维培养教学中一个十分重要的环节。

对学生工程思维的培养是一个循序渐进的过程。工程不是随意地去做，而是要将相关课程真正落实在“设计后再制作”的学习活动中。学生自己根据研究主题思考可行性方案，自行设计图纸，在设计的过程中，分析出自己的不足，不断完善自己的设计，从而逐步提升自己的工程思维。

参考文献：

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