以“小小工程师”为载体培育学生工程思维

杨望祥

〔摘    要〕  笔者在教学实践中发现，学生工程思維发展很容易被忽视。本文以“小小工程师”单元教学为载体，对学生的科学工程思维能力状况进行了调查，分析存在的问题及原因，并基于此改进教学。

〔关键词〕  小学科学；工程思维；工程

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  16    034-036

一、现状思考

小学科学核心素养之一是科学思维，而技术与工程课中涉及较多的就是工程思维，工程思维主要包括决策思维、设计思维、实践思维和迭代思维。我们以教科版六下“小小工程师”单元为载体，对工程的各个环节进行思维调查，初步了解了学生工程思维的现状及导致问题的原因。

（一）工程决策阶段决策云里雾里

按照常规来说，学生对于工程需求应该比较明确，但我们在调查研究中发现，各个小组工程需求不明确。究其原因，主要是学生对于塔台的设计和搭建要求不是很明确，工程的情境没有创设好，导致部分小组决策思维缺乏。

（二）工程设计阶段设计层次不高

调查发现，学生工程设计思维的细致性和创新性有待提高。这主要是师生在平时课堂上养成了重视实验探究，忽视探究方案的设计。平时探究方案设计往往是教师一手包办，即使学生参与方案设计，也只是活动前师生之间的个别互动。而工程的关键在于设计，因此设计环节需要格外引起重视。

（三）工程实践阶段实践效率低下

不少学生搭建工程模型没有按照设计图搭建，而是搭到哪里算哪里。由于平时的课堂受时间因素限制，更多的是定性评价，缺乏定量评价。如果只是教师的定性评价，学生的积极性难以提高，因而缺乏目标导向。

（四）工程优化阶段迭代形同虚设

不少小组在优化阶段各项评估指标并没有得到整体提升，只是某项指标得以提升。这主要是评估时没有进行问题的梳理记录，因此工程的迭代优化环节往往是一带而过。其实，迭代优化环节非常关键，能锻炼学生的高阶能力，如问题解决能力。因此，工程的迭代优化环节不容小觑。

二、改进探索：发展学生工程思维的科学教学改进研究

本文从教学实践出发，根据存在的问题及其原因，有针对性地改进教师的教学，旨在发展学生的工程思维。

（一）注重创设工程情境，培养工程决策思维

有时技术与工程课看似热热闹闹，实则脱离学生的生活情境，是为了做工程而做工程，学生并不了解工程的需求。这主要是忽视了对学生工程决策思维的培养，因此工程决策阶段我们实施了以下改进策略。

1.营造真实情境，工程更接地气

笔者在执教“小小工程师”单元时，我发现塔台工程的情境不够真实，学生一开始就懵懵懂懂的，不知道工程任务到底是什么。因为本单元第三课情境是学校要求在操场上搭一座塔台，以供足球教练站在塔台上指挥队员训练。到第四课，工程情境变成制作一个高60cm的塔台，塔台需具备一定的承重、抗风、抗震能力。因此我们需要给学生提供真实情境，明确工程的需求，以及真实的制约条件和限制条件，否则学生也会云里雾里。

2.引导寻找原型，促成正向迁移

学生丰富多彩的生活就是科学学习的源头，从生活中寻找原型，有利于学生发现和提出科学问题，并尝试利用科学方法和科学思维解决问题。如引导学生观察埃菲尔铁塔和普通铁塔，对于后续进行的设计塔台、构建塔台以及改进塔台活动都有着正向迁移作用。

3.给予充足时间，做实工程决策

如果缺乏工程决策时间，工程决策思维就得不到良好的锻炼。在决策阶段，学生需要查阅工程相关资料、了解后续工程相关工具和技能、制订工程活动方案、预设小组成员分工等。因此需要给予学生充足的时间，做实工程决策。

（二）重视工程设计图纸，培养工程设计思维

工程方案设计需要学生像工程师一样思考，了解自己所研究工程的特点。对于设计方案，教师要以开放的方式进行引导，各种设计都应该有它们发挥的余地。

1.引导注明尺寸参数，增强工程操作性

学生利用文字绘图或实物等完整表达自己的构想，设计图、文字等应清晰体现要点、标注必要参数。这样，其他小组同学看了，就能读懂设计图，看到设计图犹如见到产品说明书。在教学活动中，学生在设计图中都标注了尺寸，还画了一些细节图和侧面图。因此，哪怕是其他小组同学，也能按照他们的设计图进行模型搭建，这样就大大增强了学生的识图能力，同时锻炼了学生在设计阶段的工程设计思维（如图1）。

2.强化安全意识，确保工程安全性

任何一项工程的建造，都需要具备一定的安全性能，因为它代表一项工程，无论是对环境还是对周围的人们不能产生任何负面作用。比如，在使用粘接材料搭建塔台时，不能用刺激性气味较强的胶水。在构建工程过程中，要尽量使用环保或者可回收材料，而不要大量使用一次性材料。塔台稳定性或抗风能力要强，因为这些指标指向工程的安全性。

3.指引设计新颖独特，关注工程创新性

学生提出的设计方案越新颖，越反映学生具备工程设计思维。 创造性思维是科学思维的核心要素之一，需要在平时加以锻炼。设计塔台时，为保障教练的人身安全，学生设计了可拆卸的梯子围栏，还设计了雨伞。这说明学生真正地投入了工程设计中，学生的设计思维也得到了一定发展。

（三）细化标准循环实践，培养工程实践思维

在教学实践中我发现，有的小组未按图纸进行施工，有的小組工程制作的稳定性、美观性和牢固性都有待提高，对此我们可从以下三方面改进。

1.细化评估量化标准，前置目标导向监督

有的小组未按图纸进行施工，或许是评价比较笼统，只说明要按照设计图纸进行搭建施工，没有具体的定量评价和参考标准。对于上述情形，我们还需要改进量化标准，使评价标准更加细致。要把评价置于学生工程实践之前，标准由学生共同商量制定。这样的细化标准，会起到导向督促作用，督促学生在工程实践时需要按照设计图完成工程制作。

2.引导鼓励循环实践，不断提升实践水平

工程实践是一项长周期的学习体验活动，并不能一蹴而就，学生屡次失败是司空见惯的事情。我们应鼓励学生进行循环实践，在此过程中学生不仅能解决本项工程的难题，还能在循环实践中领悟解决某一类问题的方法。例如，有小组在构建塔台时，经过循环实践，反复尝试，发现不能按一个方向绕着粘接，需要交替绕，这样不仅粘接牢固，还能增加塔台的牢固性和美观性。

3.合理商定实践进度，避免拖沓延长工期

在教学实践中我们发现，有的小组团队成员分工合理，合作效率较高，一般课堂三节课就完成了工程搭建，完成的质量也较高。而有的小组，团队分工不合理，组员合作效率不高。究其原因，是缺乏时间成本思维，这也是工程实践思维的一部分。有了时间成本思维，学生就能体会到工期的重要性。因此，我们在教学实践中，就应该明确工程工期，合理商定实践进度。

（四）重视工程改进优化，培养工程迭代思维

技术与工程课中，对于工程成果进行评估和改进优化是不可或缺的。在测评之后，学生将工程成果暴露出来的问题进行记录梳理，并聚焦到工程设计环节和工程材料工具，在改进优化中锻炼迭代思维。

1.鼓励引导问题梳理，目标指向问题解决

针对前期工程实践、工程评估中出现的问题，该如何有效应对和解决，我们需要引导学生及时梳理工程成品出现的问题，并让学生思考相应的解决方案。对于自身工程出现的问题，学生会积极采取方案予以解决。学生在经历工程检测展示后，通过自评和互评发现问题，从而进行问题梳理，在目标指向下解决问题。

2.设计图纸对比呈现，便于进行纵向比较

在教学中我们发现，产品的迭代优化并不是短时间能够完成的，这就需要对比。设计图对比可以见证学生思维变化的痕迹，也可以见证思维的迭代优化。例如，学生在进行塔台测试后，发现塔台有待改进，于是在原来塔台的外侧又搭建了一定的结构，以此增强塔台各方面的性能。同时塔台顶部也进行了加工优化，增加了网状结构提升性能（见图2）。

3.甄选工程材料工具，提高工程技术

教学实践表明，不仅可以通过改进设计图来解决各方面存在的问题，其实也可以甄选工程材料和工具。现在的学生动手能力的确有待加强，甄选材料工具可以提升他们的工程技术水平。如在搭建塔台时，为了提升工程的美观性和牢固性，采用了彩色吸管材料，利用热熔胶枪进行粘接，提升了塔台一些性能指标。

参考文献

[1]喻伯军.重视培养学生的工程思维[J].湖北教育，2020（3）：1.

[2]邵锋星.小学阶段如何培养学生的技术素养与工程思维[J].人民教育，2021（15）：99-102.