基于工程思維培養的科學教學模式探析

莊周建

我國著名學者錢學森認為：探討思維的規律和方法是人類知識發展的必經之路，他提出了建立思維科學的構想，并對思維科學的基本原理、理論體系、結構框架做出了獨特的架構。科學思維與工程思維作為思維科學的重要內容，兩者之間既存在諸多的差異又具有一定的聯系。科學思維為工程思維提供了一定的理論指導與方法論的啟發，工程思維是學生的科學素養的重要組成部分，是科學創新必備的思維能力。從小培養學生的工程思維，有助于提高學生解決復雜問題的能力，幫助學生理解和體會工程對個人與社會的意義。要在小學科學教學中培養學生的工程思維，必須把握好工程思維與科學思維的融合點，挖掘科學教材中工程思維的滲透點。我作為一名小學科學教師，深知工程思維對學生發展的重要性，在科學教學中嘗試開展工程思維培養，摸索出一套基于工程思維培養的科學教學模式，現以《搭支架》教學為例，淺談如何在科學教學中實現工程思維與科學思維的完美融合。

一、情境誘驅，催萌工程建造之心

科學活動以探究為手段，以發現為核心，工程活動以建造為核心，工程思維具有現實性、實踐性等特點。工程思維培養基于工程活動項目，是以實踐為載體的做思融合的過程。工程思維培養的小學科學教學首要任務是精選科學內容，精設教學情境，以點燃學生的工程建造興趣，誘發學生動手制作的熱情，催萌工程建造之心。

教學是不是直接饋贈，而需教師的循循善誘，誘發學生探究欲望，誘導學生自主建構。為了激發學生工程建造之心，我采用情境誘驅，借助具體的情境點燃學生興趣，激發學生工程建造之意，驅使學生主動探究，悄然引出工程建造項目，讓學生明晰工程活動任務。南通的寶塔眾多，有文峰塔、支云塔、電視塔等等，在教學《搭支架》一課中，我利用當地多塔的優勢，拍攝制作了一個精美的課件，借助現代信息技術為學生創設了一個真實優美的情境，美輪美奐的寶塔吸引了學生注意，我趁機引導學生欣賞造型各異的寶塔，從中感受、領悟寶塔的美妙，從而引出搭高塔的工程活動主題，激發學生親手制作高塔的欲望。

二、自設方案，啟航工程活動之旅

完整的工程活動涵括了工程設計、工程制造、工程運行三個環節，每個環節都離不開工程思維的支撐。工程思維是人們在進行造物塑形的工程研究和實踐活動中的一種獨特思維方式，是一種從主體目的性出發的思維，具有科學性、邏輯性、創造性、審美性等特征，強調規律性和目的性的統一。

古人云：“預則立不預則廢”。工程設計是工程建造前的準備階段，是圓滿完成建造任務的先決條件，更是學生歷練工程思維的大好良機。為此，我們不要將工程建造的方法、步驟等直接告知學生，而要將工程設計權交給學生，為他們提供自主設計的機會，引導學生去自設方案，啟航工程活動之旅，自我磨煉工程思維。例如，在教學《搭支架》一課中，我在提出制造高塔的任務之后，沒有告訴學生如何去搭造一座高塔，而是讓學生小組合作，商討并設計制作方案。全體學生在設計中開動腦筋展開工程思維，不僅考慮到塔的高度，還想到了塔的穩定牢固，他們根據三角形支架所具有的穩定性、用料少的特點，設計用一個個三角形支架去拼搭高塔。各組學生精心設計方案，他們畫出了設計圖稿，選擇好制作材料，確定了連接方法。

三、制造建模，實現工程制造之夢

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。工程思維的培養基于工程制造活動，制造建模是工程活動的核心階段，工程制造讓學生動手實踐，親手去建立模型，完成制作成果。

制造建模是一個造型表現的過程，也是學生最為喜愛的過程，因為這是一個動手動腦的過程，是一個實踐創造的過程，是學生合作共享的過程，在此過程中，他們可以享受實踐之趣，嘗試制造之樂，摘取智慧之果。制造建模有效提高了學生的工程思維、科學思維、實踐能力、創造能力。例如，在教學《搭支架》一課中，當學生設計了制作方案后，我給學生提供了吸管、游戲棒、蘆葦、膠帶、大頭針、棉線等多樣性的材料，讓各小組開展高塔制作比賽。各組學生在組長的帶領下，合理分工，積極配合，動手制作，他們一個個儼然小小工程師，慧心巧手完成了高塔的制作。工程制造是一個圓夢的過程，學生將方案設計一步步實施，把設計變為行動，將理想轉化為現實，圓了他們的初心。

“沒有最好只有更好”。學生在作品制作中往往不會一舉成功，而需要反復修改設計、重新制造模型。在各組初步完成了高塔后，我組織他們測量塔的高度，評估檢測塔的穩定性和承受力，然后讓他們對各自的作品進行二次創作，甚至三次、四次更改建模。制造建模的過程不是一蹴而就的，需要多番輪回，每次輪回中，學生都要經歷評估檢測、修改設計、優化建模的反復循環，在此過程中，學生工程思維、科學思維的品質在無形中都會得到一定的提升。

讓我們以小學科學課堂為平臺，以工程思維培養為指向，在培養學生科學思維的同時關注學生工程思維。讓我們在小學科學教學中，通過情景誘驅，激發工程建造之心，讓學生自設方案，啟航工程活動之旅，親手制造建模，實現工程制造之夢，讓工程思維與科學思維有效對接。

【作者單位：南通市通州區通州小學? 江蘇】