强化学生工程思维

陈铭鑫

〔摘    要〕  如何有效地在小学科学教学中培养学生的工程思维，是目前教育界亟待解决的问题。虽然已有一些研究关注于工程领域的教学内容设计与实践，但真正深入工程思维的培养策略，尤其是对小学阶段的研究仍相对薄弱。基于此，本研究旨在探讨工程思维在小学科学教学中的培养策略，为我国小学科学教育提供理论支持和实践建议。

〔关键词〕  小学科学；工程思维；培养策略

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  07    028-030

工程思维是一种集合决策、设计、实施和评价等多维度的综合性思考方式。在全球范围内，工程思维的重要性已被广泛认识，并逐渐融入各级教育体系中。特别是在我国，随着《义务教育小学科学课程标准》的修订，技术与工程作为独立的学习领域，与其他科学领域一同被纳入小学科学课程中。这一变革不仅仅是课程内容的调整，更是对工程思维在基础教育中重要地位的确认。它意味着，我们希望从小培养学生的工程思维，让他们在日常生活和学习中都能够运用这种思维方式去观察、思考和解决问题。

一、小学科学教学中存在的问题

在当前的小学科学教学环境中，有一个显著而广泛的问题，那就是不注重实践和创新。这样的教学方法无法使学生成为主动的知识探索者。实践和创新是任何学科的核心，尤其是在科学和工程领域。它们不仅能帮助学生将理论知识应用到真实世界的情境中，更能培养学生的批判性思考和问题解决能力。

遗憾的是，在当前的教育环境中，考试和评估往往过于强调对知识的记忆和重复，实践和创新被边缘化，学生可能会错过深入了解和掌握学科内容的机会，更不用说培养他们未来所需的技能了。另外，这种倾向还可能导致学生缺乏探索和创新的热情，因为他们可能认为学习仅仅是为了考试和评分，而不是为了真正理解和应用知识。这种情况不仅仅限制了学生的学习潜力，而且从长远的角度来看，也可能阻碍学生成为未来社会所需的创新者和领导者。为了更好地为学生提供全面的学习经验，教育者和决策者必须重新考虑小学科学教学的方法和目标。

二、在小学科学教学中强化学生工程思维

（一）设置课题任务，锻炼学生的工程实践能力

在当今的小学科学教学中，如何结合实际，培养学生的工程思维，成为教育者深切关注的话题。在此背景下，设置具体的课题任务成为一个行之有效的策略，通过这种方式能够切实锻炼学生的工程实践能力。

设定课题任务的方法有一个核心原则：激励学生将所学知识付诸实践，并且让学生自主设计和解决实际问题。这样的方法不仅仅是对学生动手能力的锻炼，更重要的是，它为学生提供了一个逐步塑造和加强工程思维的过程。这种教学方式增强了学科学习的深度和广度，让学生在实践中体验到学习的真正价值。

为了确保每个学生都能参与并从中受益，一种常见的做法是将学生分成不同的小组，让他们共同合作来完成课题任务。这样的团队合作模式不仅能够调动学生的积极性和创造力，还可以帮助他们意识到团队合作的重要性，更好地培养他们的沟通和协作能力。以“制作净水器”为课题的学校科学兴趣小组活动就是一个很好的例子。在这个活动中，学生被要求合作设计和制作一个净水器，并对每一个设计步骤进行深入分析和探讨。在这个过程中，学生不仅要应用所学的科学知识，还要不断地调整和完善他们的设计方案。这样的反复尝试和修改，使学生有机会深入地培养工程思维。制作完成净水器后，教师可以组织一个展示和交流环节，让每个小组的代表展示他们的设计方案，并听取其他小组的意见和建议。这样的交流不仅能够加深学生对课题的理解，还能够帮助他们从中学习到更多的知识和技能。通过这种方法，学生能够在实践和交流中进一步加强他们的工程思维，为他们未来的学习和生活打下坚实的基础。

（二）提供材料，鼓励学生自主搭建工程模型

在小学科学教学中，提供给学生原材料并鼓励他们自主地搭建工程模型，是一种有效地培养工程思维的方法。这种方法不仅培养了学生的动手实践能力，更使他们在实践中感受到科学的魅力，加深对知识点的理解，从而收获更为丰富的学习成果。

“制作净水器”活动，教師需要提供石子、细沙、海绵等必要材料。学生在这样的环境中，能够结合自己对净水器的设计构思，自主地搭建出工程模型。这一过程不仅让学生对净水器的功能和应用原理有了更为深刻的认识，还锻炼了他们的动手操作和独立解决问题的能力。在此过程中，教师的角色是至关重要的，他们需要时刻关注学生的操作，多提供必要的帮助，确保学生能够顺利地完成任务。此外，教师还可以组织小型的科学实验，比如水样检测，使学生更为直观地了解和评估自己制作的净水器的效果。在实验中，学生需要按照既定的步骤进行，并在每一步中做好详细记录。这样可以帮助他们在实验结束后进行数据分析和总结。这种实验方法不仅加深了学生对科学知识的理解，还锻炼了他们的观察和记录能力，优化了教学效果，也大大提高了小学科学教学的价值，有助于促进学生的全面发展。

（三）做、学、思合一，强化学生的工程思维

1.在“做”中强化工程思维

在小学科学教学中，真正的“做”是培养学生工程思维的关键，能够更深入地培养和强化学生的思维方式，使其从抽象的理论中得到具体的启示。

以一个简单的桥梁模型制作为例，当学生被赋予任务制作一座可以承受一定重量的纸桥时，他们首先需要了解桥梁的基本结构和原理。在这个“做”的过程中，学生可能会选择使用报纸、胶水或其他可用材料。他们需要考虑如何强化纸的结构，使其能够承受更大的重量，是否要加入其他材料以增加稳定性，或者如何调整桥的长度和宽度以满足需求。在尝试不同的设计和方法后，学生会发现某些结构更为稳固，某些方法更为实用。例如，学生可能会发现折叠纸张可以提高其强度，或者发现交叉放置纸张可以提供更好的支撑。在这个过程中，失败是不可避免的，有的桥可能会轻易断裂，有的设计可能不够稳固。正是这些失败，让学生理解了设计的重要性，他们开始重新思考，修改原有的方案，逐步接近理想的设计。桥梁模型完成后，学生可以进行测试，如放置不同重量的物体，看看哪座桥能够承受最大的重量。这不仅仅是一个简单的比赛，更是一个工程思维的锻炼过程。学生在此过程中学会了如何将理论应用于实践，如何从失败中吸取教训，如何与他人合作解决问题。

2.从“用”中强化工程思维

工程思维在小学科学教学中的培养是一项重要任务，因为它不仅有助于学生更深入地理解科学知识，还能够培养他们的問题解决能力和创新意识。其中，从“用”中强化工程思维是一项关键策略，它要求教师将科学知识与实际应用相结合，引导学生在实践中思考、创造和解决问题。

在科学课堂上，教师可以引导学生经历有价值的科学探究活动，这些活动需要学生应用所学的科学知识来解决问题。例如，教师可以引导学生通过设计和制作实际的物品或模型来应用科学知识。他们可以设计一个能够利用太阳能发电的简单装置。在制作过程中，学生需要考虑太阳能的吸收、储存和转化等科学原理。这将促使他们深入思考如何将理论知识应用到实际中，培养他们的工程思维能力。在实践过程中，学生可能会遇到各种问题和挑战。这时，教师引导他们分析问题、提出解决方案，并鼓励他们不断地尝试和改进。此外，还应该关注学生在问题解决过程中的思考、决策和改进过程。这可以通过观察学生的工程日志、听取他们的解释和思考过程来评估，强调学生的思维过程和创新能力，而不仅仅是结果。最后，学生应该被鼓励在解决问题的过程中进行合作和交流。工程思维往往需要团队合作，因为不同的人可能会有不同的见解和创意。通过与同学讨论、分享思路和合作解决问题，学生可以从彼此的经验中学到更多，这有助于培养团队协作和沟通能力。

3.在“议”中强化工程思维

通过“议”来拓展工程思维是在小学科学教学中培养学生工程思维的重要策略之一。这一方法强调让学生通过辩论、讨论和交流的方式，思考和探讨科学问题，从而深化对科学知识的理解，培养批判性思维和创新能力。

首先，通过“议”来拓展工程思维可以帮助学生深入探讨科学现象和问题。例如，教师可以提出一个问题：“关于磁铁，你们知道些什么？”学生可以自由发表自己的观点，然后进行辩论和讨论。这种讨论过程能够激发学生的好奇心，促使他们深入了解磁铁的性质和应用。其次，通过辩论和讨论，学生可以学会提出问题和进行调查研究。在讨论磁铁的性质时，学生可能会提出各种问题，如为什么磁铁可以吸铁钉？为什么不能吸塑料？这些问题可以激发他们主动进行实验、观察和研究，从而深化对科学原理的理解。此外，辩论和讨论还可以培养学生的批判性思维和创新能力。学生需要分析和评价不同观点的合理性，提出自己的论据，并与他人进行思想碰撞。这有助于他们培养分析问题和解决问题的能力，同时也激发创新思维。因为他们需要提出新的观点和解决方案来支持自己的论点。在“议”的过程中，教师需要引导和激发学生的思考，而不是简单地传授知识。教师可以提出一些引导性问题，并指导学生如何展开研究和实验。同时，教师应该引领学生学会尊重他人的观点，培养团队合作和沟通技能，这对于工程思维也是非常重要的。最后，通过“议”来拓展工程思维，可以将学生的学习经验与实际问题相结合。学生可以通过讨论和辩论来解决真实的科学问题，这有助于他们将所学知识应用到实际中。例如，在讨论磁铁时，学生可以探讨如何合理使用磁铁，避免对电视机和银行卡等物品造成影响。这种联系实际的学习经验有助于深化学生对科学原理的理解，并培养解决实际问题的工程思维。

三、结语

综上所述，本文通过对科学教学中存在的问题进行分析，提出了一系列强化学生工程思维的策略，包括设置课题任务，提供材料以及做、学、思合一的方法。通过本研究，我们认识到工程思维是培养学生创造性思维、解决问题能力以及实践能力的有效途径，可以显著提高小学科学教学的效果。课题任务的设计需要精心策划，以确保学生在实践中真正发挥工程思维，因此教师在任务设计时需充分考虑学生的年龄和能力水平。另外，提供合适的材料和资源可以激发学生的兴趣和创造力，鼓励他们积极参与工程模型的搭建和实践活动。做、学、思合一的方法还可以帮助学生将工程思维贯穿于整个学习过程，从而更全面地培养学生科学学科能力。

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