重视对学生工程思维的训练

〔摘" "要〕" 教师对学生进行工程思维的训练，能让学生逐步学会用所学知识应对生活中的各种挑战，跳出常规思维，提出独特的解决方案。本文对小学科学课堂教学的策略进行了分析，阐述了问题、实践活动等在培养学生工程思维方面发挥的作用，旨在健全科学学科的教学体系，切实提升学生的科学素养与实践能力。

〔关键词〕" 小学科学；工程思维；课堂教学

〔中图分类号〕" G424" " " " " " " " 〔文献标识码〕" A" " " " "〔文章编号〕" 1674-6317" " （2025）" 07" " 037-039

工程思维是一种综合性、系统性的思维方式，强调在解决实际问题时，综合考虑各种因素，制订合理的方案，并通过实践不断优化和改进。在小学科学教学中，教师对学生进行工程思维的训练，有意识地引导学生从发现问题、提出设想，到制订方案、实施操作，再到评估改进，经历完整的工程设计流程，能让学生逐渐掌握将抽象的科学概念转化为实际解决方案的方法，学会在有限的条件下优化资源配置，提高解决问题的效率和质量。因此，教师要重视对学生工程思维的训练，激发学生对科学的浓厚兴趣，培养学生的耐心和责任意识，以使学生在不断尝试和失败中积累经验，锻造坚韧不拔的意志品质。

一、基于问题导向，激发工程思维意识

（一）创设问题情境

纵观当前的科学教学，我们不难发现，大多数教师常常局限于知识的单向传授，学生处于被动接受的状态，缺乏主动探索科学知识的热情。而问题情境的创设，能帮助教师将科学知识与实际生活、工程应用场景相融合，为学生提供熟悉且富有启发性的知识背景，降低学生的认知难度，拉近学生与科学的距离。对此，教师有必要深入挖掘教材知识的核心，并结合小学生的认知特点和生活经验，构建问题情境，引导学生关注问题的解决目标与限制条件，从而帮助学生初步形成问题界定、需求分析意识等工程思维。

例如，在带领学生学习苏教版科学三年级下册“植物的一生”这一单元的内容时，教师便可以通过创设真实问题情境的方式，启发学生的工程思维。具体而言，教师可先应用媒体技术呈现校园的图片，再引入问题：学校打算开辟一个小型植物种植园，要种植适合本地生长且观赏期长的花卉，但是种植园的土壤肥力有限，光照时间也并非十分充足。同学们可以思考一下，我们可以选择哪些花卉品种，以及运用哪些方法来改善土壤肥力和合理利用光照，让花卉茁壮成长。接着，教师为学生分组，指导学生展开探究。可以让学生先去图书馆查阅资料，了解本地常见花卉的生长习性，看哪些花卉对土壤肥力要求较低，哪些花卉较耐阴。随后，让学生向学校的园艺工人请教，学习如何判断土壤的肥力状况，了解一些改善土壤肥力的简单方法。在考虑光照利用时，学生则采用实地测量的方式，即测量种植园不同区域的光照时长和强度，根据所获数据，讨论花卉种植的布局。

在教学中，教师依托实际生活情境为学生引入问题，能激发学生的学习兴趣，让学生主动从工程情境中明确问题和需求，并在搜集资料、实地调研、小组讨论的过程中，锻炼信息收集与分析能力，初步形成需求分析和问题界定意识。

（二）鼓励提出问题

在当前的小学科学教学中，教师往往直接为学生提出问题，导致学生的思维被限定在预设的框架内，不利于学生思维的深度拓展。而如果我们鼓励学生提问，他们能基于自身的独特视角和好奇心，挖掘出更多潜在的科学工程问题。同时，教师引导学生提出问题的过程，也是学生主动建构知识体系、探索未知的过程。因此，在带领学生学习科学知识时，教师要积极营造民主、开放的课堂氛围，尊重学生的思维成果，让学生结合已有知识尝试提出新的问题，不断打破传统中的思维定式，激发工程思维意识。

比如，在苏教版科学四年级上册《运动与位置》一课的教学中，在讲解了各种运动形式和力的作用后，教师便可以鼓励学生提出相关问题。如，有的学生提出：“我们可不可以设计一个装置，使小球能沿着特定的弯曲轨道自动滚动，并且在滚动过程中完成一些简单的任务，比如敲响小铃铛？”在与其他学生讨论，共同确认了这一问题的价值后，教师便可组织学生展开进一步的讨论，即引导学生进行头脑风暴，思考所需的材料和工具，如有的学生想到可以用塑料轨道搭建小球的滚动路径，用橡皮筋或弹簧提供动力，用小铃铛作为触发任务的机关。之后，在设计轨道形状时，学生也可以运用所学的力学知识，考虑如何利用重力和弹力让小球顺利转弯和加速。此外，为了让小球敲响铃铛，学生也可以设计一个杠杆装置，即当小球滚到特定位置时，触动杠杆，使铃铛发声。

上述案例中，学生从提出问题开始，主动运用所学知识进行方案设计和实践操作，在思考材料选择、装置设计和优化调整的过程中，培养了敏锐的问题意识和将理论知识转化为实际设计的能力，充分激发了设计思维和创新思维，逐渐习惯从问题出发构建解决方案。

二、借助实践活动，锻炼工程思维能力

（一）项目式学习

项目式学习，是锻炼学生工程思维能力的有效方式。在科学教学中，教师主动以项目为载体，整合多学科知识与技能，引导学生模拟真实的工程实践流程，能充分调动学生的多种技能，让学生在分解项目任务、完成项目探究中，深刻体会系统规划、方案设计与优化、资源整合等工程思维，提升解决实际问题的能力。

例如，在苏教版科学五年级下册《点亮小灯泡》一课的教学中，教师便可组织学生进行“设计并制作一个简易的智能照明系统”的项目式学习活动。在学生探究项目前，教师先引导学生回顾电路知识，并为学生分组，带领学生进行需求分析，组织学生讨论智能照明系统应具备的功能，如根据环境光线自动调节亮度、设置定时开关、手动调节亮度等。随后，让学生对电路方案进行设计，并根据功能需求，选择合适的电路连接方式。对于亮度自动调节功能，学生可以采用光敏电阻，以便当环境光线变弱时，光敏电阻阻值变化，从而改变电路电流，实现灯泡亮度的自动调节。在选择材料方面，指导学生挑选合适的电池、不同功率的灯泡、导线、开关、光敏电阻以及定时器等电子元件，并将各个元件连接起来，焊接导线，组装电路。在测试环节，当发现环境光线变化时灯泡亮度虽然有变化但不够平滑的现象后，引导学生及时检查电路连接是否稳定、元件参数是否合适，以便经过反复调试，完成工程类的科学项目。

显然，学生在参与需求分析、方案设计、材料选择的过程中，能深入理解工程思维的系统性和严谨性，学会运用科学知识进行技术设计，从而提升解决复杂问题的能力，提升规划、设计与执行等工程思维能力。

（二）实验探究优化

传统的实验教学，大多都侧重于验证性实验，学生往往按部就班地进行操作，较少对实验背后的工程思维进行挖掘。在《义务教育科学课程标准（2022年版）》指导下，教师对实验探究进行了优化，即对实验目的精准确定，对实验的步骤合理设计，对实验器材重新选择，并在实验过程中融入工程思维要素。这样，能有效加深学生对科学知识的理解，锻炼学生的分析、设计、创新等工程思维能力，从而使学生真正学会在有限资源条件限制下，最大化地实现实验目标。

例如，在苏教版科学六年级上“探索宇宙”单元中引入“月相变化模拟实验”时，教师便可对实验进行优化。具体来说，原本的实验只是简单地用球和灯光模拟地球、月球和太阳的相对位置来观察月相。基于传统实验，教师提出：“如何让月相变化的模拟更精准、更直观，且能展示出不同地理位置看到的月相差异？”鼓励学生提出改进建议。经过思考后，学生纷纷提出自己的改进策略，有的学生认为可以对实验装置进行重新设计，即用一个可旋转的圆形平台代表地球，在平台上不同位置标记出不同的纬度，用一个白色的球体代表月球，并通过一个可调节角度和高度的支架固定。而为了更精准地控制月球绕地球的运动，有的学生认为可以在圆形平台上设置刻度盘，精确标记月球的位置和转动角度，同时，为了展示不同地理位置看到的月相差异，他们认为也可以在标记的不同纬度位置，设置可伸缩的观察杆，让观察者站在不同位置观察月相。

可见，通过对月相变化模拟实验的优化，学生深入分析了实验的各个要素，并从工程设计的角度审视实验，对实验进行优化，充分应用了工程思维，锻炼了严谨的科学态度。

三、通过合作交流，提升工程思维品质

（一）小组协作设计

融合工程思维的科学教学，往往具有一定的难度，当学生单枪匹马地进行探索时，难免会产生畏难心理，以致降低探索科学知识的兴趣。小组协作的方式能够为学生提供合作互动的平台，让学生在互动交流中促进知识的共享与思维的共建，从而攻克学习难关。对此，教师不妨依据学生的能力、性格等因素进行异质分组，并鼓励学生分工合作，从多维度思考问题，从而提升系统思维与综合决策能力，增强团队凝聚力、合作意识。

例如，在苏教版科学四年级下册《养昆虫》一课教学后，教师便可以布置“设计一个适合校园角落的小动物栖息地”的任务。教师根据学生在课堂上的表现，按照同组异质的原则对学生进行分组，学生以组为单位参与活动。在实际进行探究时，教师也要协助各小组进行人员的细致分工，如有的负责查阅资料，有的负责收集材料。随后，根据收集到的信息，小组内进行设计讨论，擅长绘画的学生，可以绘制栖息地的初步草图，考虑如何利用现有的环境资源，如在大树下设置蜗牛的养殖区。在讨论过程中，学生也要考虑小动物的活动空间和安全性，如设置围栏防止其他动物入侵，并在栖息地内放置一些小水盆提供水源等，有序落实小组协作项目。

上述安排可以看出，学生通过分工合作，充分发挥各自的优势，能不断提升系统思维和综合决策能力，并学会倾听他人意见，协调资源，共同解决问题，增强团队合作意识和人际交往能力，从而为今后参与更复杂的工程团队项目积累经验。

（二）成果展示互评

在传统科学教学中，教师占据主导地位，缺乏学生的自评与互评。而展示评价，则能改变这种局面，更全面客观地反映学生的思维成果、学习质量。对此，当带领学生完成科学活动后，教师也要搭建平台，鼓励学生进行成果展示，并引导学生运用工程思维标准衡量他人成果，同时反思自己的作品，以便进行有针对性的改进，提升批判性思维与创造性品质，不断完善工程思维体系。

例如，在苏教版科学四年级上册《声音的传播》一课的教学中，当学生完成“制作土电话”的任务后，教师便可以组织学生进行成果展示互评。在展示中，每个小组展示自己制作的土电话，并介绍制作材料、制作过程和传声效果。在介绍传声效果时，学生也可以进行演示，提高交流的效果。在展示过程中，其他小组也要进行点评，讨论土电话的传声原理是否正确运用了声音通过固体传播的知识，是否了解声音在棉线中的传播速度和损耗情况，如有的小组就提出，棉线拉得太紧会影响传声效果，辅助组内学生进行改进。同时，各小组也可以学习别组的创新点，如：有的小组在纸杯的连接方式上采用了特殊的打结方法，使连接更牢固且不影响传声；有的小组尝试用不同材质的线进行对比实验，找出了传声效果最佳的材料。

显然，通过成果展示与互评，学生拓宽了视野，逐步学会了从不同角度审视自己和他人的工程成果，促进了工程思维的自我完善和提升，培养了批判性和创造性的思维品质。

总而言之，在小学科学教学中培养和训练学生的工程思维，如同为学生播下智慧的种子，不仅能让学生在科学学习的道路上稳健前行，也能让他们真正成为适应时代需求、富有创造力与实践力的新一代，更加享受探索科学的旅程。

参考文献

[1]陈航.基于情、知、言的应用延伸型小学科学工程设计课[J].基础教育研究，2023（12）：60-62.

[2]潘洪建.科学教育要关注科学思维的培养[J].中小学班主任，2024（10）：1.

[3]葛丽霞.如何培养学生的工程思维能力：基于农村小学科学活动课程的教学[J].江西教育，2023（23）：86-87.

[4]陈花.小学科学教学中学生工程思维与实践能力培养的策略[J].新课程研究，2023（7）：123-125.