淺析工程實踐課中學生的思維培養

謝云 史瑞娣

摘要小學科學中的工程實踐課主要是培養學生科學探究、技術設計、工程建造及數學運用等思維和技能的綜合性課程，是科學與工程、技術、數學等學科整合的課程。工程實踐課以項目任務為驅動，借助科學與工程、技術等學科整合的平臺，培養學生的探究思維、設計思維、工程思維和數學思維的課堂，親歷工程建造的完整環節，從而提升學生的思維品質、動手能力、合作素養、創新精神等核心素養。

關鍵詞 工程實踐課 學科整合 核心素養

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.015

On the Thinking Training of Middle School Students in Engineering Practice Course

XIE Yun[1]， SHI Ruidi[2]

（[1] Yixing Yangxi Primary School， Yixing， Jiangsu 214200；[2] Yixing Xinzhuang Primary School， Yixing， Jiangsu 214200）

Abstract： The engineering practice course in primary school science is a comprehensive course to cultivate students’ thinking and skills such as scientific inquiry， technical design， engineering construction and mathemati？ cal application. It is an integrated course of science and engineering， technology， mathematics and other disci？ plines. Driven by project tasks， the engineering practice course， with the help of the integration platform of sci？ ence and engineering， technology and other disciplines， cultivates students’ inquiry thinking， design thinking， en？ gineering thinking and mathematical thinking in the classroom， and experiences the whole process of engineering construction， so as to improve students’ thinking quality， practical ability， cooperation literacy， innovation spirit and other core literacy.

Keywords： engineering practice course； discipline integration； core literacy

小學科學中的工程實踐課主要是培養學生科學探究、技術設計、工程建造及數學運用等思維和技能的綜合性課程，是科學與工程、技術、數學等學科整合的課程。筆者有幸參與了江蘇省教育科學“十三五”規劃鄉村教師專項重點資助課題《科學、工程、技術整合的教學案例研究》，實實在在地感受到工程實踐課對學生思維品質、動手能力、合作意識、創新精神等核心素養的培養大有裨益。

整合中蘊含科學的探究思維

工程實踐課的教學首先是建立在科學概念的基礎上，每一件科技產品或者項目實踐中都蘊含著科學的知識。因此教師要善于啟發學生探究這些科學知識和原理，從而完成并完善產品。

1.探究在產品展示后

教學中，教師先展示產品讓學生觀察，再設計問題，啟發學生探究產品中的科學知識。例如《吹氣球神器》一課，如何讓塑料瓶“吹”氣球呢？教師按照學生的思維，制作了塑料瓶口套氣球這一簡單“產品”后，通過擠壓塑料瓶的演示，讓學生觀察現象，接著追問：“為什么擠壓塑料瓶能把氣球吹大，而松開塑料瓶，氣球又會變小呢？”學生很快就明白了空氣的流動性特點，而探究清楚空氣流動性的知識能夠為制作和改進吹氣球神器打下基礎。又如《彈跳玩具》一課，在展示玩具的彈跳性后，教師啟發學生思考：“我們制作的玩具為什么能彈跳呢？”學生發現玩具中用到了橡皮筋，這涉及彈力的知識，而利用彈力是制作彈跳玩具的關鍵。

2.探究在產品優化前

教師在優化產品過程中設計問題，啟發學生通過比較分析，找到產品優化的竅門——科學規律，從而有助于改進完善。如《建橋梁》一課，在測試完各小組的橋梁承重力后，啟發學生：“為什么有的橋梁承重力大，有的卻很小呢？仔細觀察這些橋梁，想想這跟什么有關呢？”學生探究后發現橋梁的結構與承重力存在一定的關系，然后根據發現改進了橋梁。

整合中滲透技術的設計思維

技術是對自然的利用和改造，技術的核心在于設計。教學中，教師應引導學生發現產品制作過程中的問題，啟發學生積極思考解決問題的辦法，讓他們通過語言、文字、畫圖、制作模型等方法將自己的設計思路表達清楚。教師還要啟發學生運用創造性思維設計和改進產品。

1.多問“怎么辦”：引導學生解決問題

設計的前提在于發現問題，設計的目標是解決問題。教師應當引導學生不斷地發現問題，設計解決問題的方案。例如《吹氣球神器》一課中，教師通過提問，引導學生完成設計。氣球為什么吹不大呢？因為瓶中空氣有限。那么要解決瓶中空氣不足的問題，該怎么辦呢？學生自然地想到了在瓶身上戳洞的設計。在測試過程中，學生又發現了擠壓塑料瓶時，空氣會從小洞中跑出來，怎么辦？于是學生又設計了這樣的操作：擠壓時手指按住小洞，空氣只能“跑”進氣球而不會“跑”到瓶外；松手時，同時松開小洞，讓空氣再鉆進瓶中，這樣就解決了瓶中空氣不足的問題。后來學生發現，松手時，空氣同樣會從氣球里跑回瓶中。發現問題時，教師應多問“怎么辦”，啟發學生思考并解決問題。學生又想到了松手時，另一只手捏住氣球口，防止空氣回流。這樣，空氣單向閥的雛形便逐步形成了。

2.還能怎么辦：引導學生多元設計

多元化地設計就是創新思路，尋找不同的解決辦法，即在改進產品的過程中，尋求最佳的解決問題的效果。教師除了問“怎么辦”外，還要問“還能怎么辦”。如《吹氣球神器》一課，如果按照前文所描述的方法設計，那么需要兩只手相互配合，或者與同學合作來“吹”氣球，這是非常麻煩的事。合作不默契，可能還“吹”不大氣球。我們還有更好的設計方案嗎？學生想到如果只讓空氣進入氣球，而不會回流，那么吹氣球就省事多了。教師充分肯定了學生的想法，并讓學生在記錄紙上自主設計這樣的裝置。學生最后設計出了簡易的空氣單向閥，巧妙地解決了空氣回流的問題，最終也制造出了吹氣球神器。又如《空氣動力火箭》一課，產品原理是通過壓縮塑料瓶中的空氣，利用空氣的反沖力，使自制火箭發射出去。大多數學生的設計都是用皮管將火箭尾部和塑料瓶口相接，基本上能發射成功，最遠射程可達10米。而有位學生卻進行了反常規設計，他用細長的塑料管做成發射筒，發射筒和塑料瓶用皮管連接，把火箭放進發射管內，采用內置式火箭發射，射程竟達到了30米，大大提升了射程。多元設計能夠激發學生不同的思維方式，使產品取得意想不到的效果。

整合中培養工程的素養意識

工程是運用科學和技術進行設計、解決實際問題和制造產品的活動。其核心在于建造。而在工程的建造過程中，教師不僅要幫助學生了解工程建造的基本步驟，還要注重培養學生環保、經濟、安全、合作等核心素養。

1.親歷工程建造的完整環節

工程建造的基本步驟是提出問題、設計方案、制作產品、調試檢測、改進方案、完善產品。工程實踐課要讓學生親歷工程建造的完整環節，從而提升學生的工程思維和素養。但是讓學生經歷完整的工程建造過程，往往一兩節課的時間是不夠的，這就需要教師對整個建造流程有所側重。例如《彈跳玩具》一課中，教師直接出示現成的圖紙讓學生修改，這樣就簡化了設計方案的環節，把重心放在了制作產品和完善產品上。而《吹氣球神器》一課關鍵在設計及優化如何讓空氣單向進入氣球而不會回流這一方案上，產品的制作過程卻相對簡化。當然，側重什么樣的環節需要教師根據學生的實際需求和自身預設的教學目標而定。

2.培養工程建造的素養意識

在建造產品的過程中，教師要讓學生明白不僅是完成產品而已，還需要培養學生環保、經濟、安全、合作等素養意識。如《彈跳玩具》一課中，教師安排小組長先選出切割員、安全員、實驗員和質量監督員。分工明確，各司其職，才能順利實施工程。由于接觸到切割機，安全提醒和監督又是必不可少的，教師用課件出示了安全提醒。其中成本預算也是工程實施中的重要因素。教師要求各組節約紙板材料。下一個環節“研究彈跳高度與什么因素有關”，各組需要利用現有材料再制作玩具進行對比研究。因此切割時不能浪費紙板，要為下面的研究留有余地。

整合中運用數學的思維方法

數學是研究數量、結構、變化、空間以及信息等概念的一門學科，是學習和研究現代科學技術必不可少的基本工具。教學中，教師如能合理巧妙地運用數學思維方法，能夠準確甚至高效地解決問題。

1.數學思維解決問題更準確

產品制作完成后，要經歷多次的檢測，才能知道產品的真實性能。求平均數、求和等數學方法的運用就能準確合理地解決問題。如《彈跳玩具》一課中，教師提出問題“你的玩具能跳多高？”若學生只測量一次，偶然性較大。如果此時得出的結果不合理，必將影響接下來“探究彈跳玩具彈跳高度與什么有關”這一問題的研究。教師讓學生測量3～5次，取平均數，這樣就能減少誤差。開展競賽活動時，這樣操作也更公平合理。

2.數學思維解決問題更高效

有時候巧妙運用數學思維方法，能高效地解決問題。如《測量一炷香的燃燒時間》一課中，如何在短時間內測量出一炷香的燃燒時間呢？教師把這個問題拋給學生，這時有學生建議點燃香的兩端，可讓測量時間縮短一半。有學生建議，測量一下香的長度，再測量香燃燒一厘米的所需時間，然后計算出整支香的燃燒時間。還有學生想到只要先測量一分鐘燃燒了多長的香，就能計算出燒掉整支香的所需時間。教師巧妙地激發了學生的數學思維，高效地解決了問題，提高了工程實施的效率。

工程實踐課就是以項目任務為驅動，借助科學與工程、技術等學科整合的平臺，培養學生的探究思維、設計思維、工程思維和數學思維的課堂，從而提升學生的思維品質、動手能力、合作素養、創新精神等核心素養。

（本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃鄉村教師專項重點資助課題《科學、工程、技術整合的教學案例研究》（XC-a/2016/04）研究成果。）