基于設計流程培養工程思維

吳雪暉

摘? 要? 工程思維是實踐性的、以系統分析和比較權衡為核心的一種籌劃性思維。將工程思維融入小學科學課程，能夠讓學生體驗STEM技能，從而運用數學、科學和技術領域的概念來系統地解決復雜問題。文章以STEM項目《造一艘小船》為例，根據工程設計流程，通過有效的探究活動，利用直觀的實驗現象，引導學生理解科學概念，多層次實踐科學概念，培養學生解決復雜問題的工程思維。

關鍵詞? 工程思維?? 設計流程?? 學習目標

中圖分類號：G424??????????????? 文獻標識碼：A???????????????? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.02.039

Cultivating Engineering Thinking Based on Design Process

——Take STEM project “building a boat” as an example

WU Xuehui

（Chongqing Lianguang Primary School， Chongqing 400032）

Abstract： Engineering thinking is a kind of practical planning thinking with the core of system analysis and comparison. Integrating engineering thinking into primary school science curriculum can enable students to experience stem skills， so as to use the concepts of mathematics， science and technology to solve complex problems systematically. This paper takes stem project "building a boat" as an example， according to the engineering design process， through effective exploration activities， using intuitive experimental phenomena， to guide students to understand scientific concepts， multi-level practice of scientific concepts， and cultivate students' engineering thinking to solve complex problems.

Keywords： engineering thinking; design process; learning object

現行小學科學高年級教材中，部分單元可通過制造產品的方式開展以工程為主的STEM項目活動。以STEM項目《造一艘小船》為例，根據工程設計流程，通過有效的探究活動，利用直觀的實驗現象，引導學生理解科學概念，多層次實踐科學概念，培養學生解決復雜問題的工程思維。

工程思維是實踐性的、以系統分析和比較權衡為核心的一種籌劃性思維。工程設計流程注重引導學生運用系統分析的方法，針對某一具體技術領域的問題進行要素分析、整體規劃，并運用模擬和簡易建模等方法進行設計。將工程思維融入小學科學課程，能夠讓學生體驗STEM技能，從而運用數學、科學和技術領域的概念來系統地解決復雜問題。

科學與工程設計流程的聯系

科學與工程互為補充，卻又不盡相同。一般而言，科學探究的目的在于利用證據來解釋自然界和人類世界，而工程設計的目的在于解決關系到人類需求和欲望的特定問題，但兩者在很多環節上存在著共性。

小學科學一直倡導以探究式學習為主的學習方式，工程設計流程的8個步驟和課程標準中提出的探究性學習的8個要素有著不少聯系（見表1）。

通過表1可以看出，工程設計的流程和探究性學習的思路大致相同，兩者都是基于建構主義學習理論。工程設計流程還注重對模型進行合理構建、測試評估、反饋改進，以解決真實的問題，是人與人之間的互動過程，是社會性聯系的建立過程。

培養工程思維的一般步驟

1.通過驅動問題，明確學習目標

STEM項目活動是一個復雜的、較為綜合的、持續時間較長的學習過程。首先，要確立一個目標明確的項目內容;其次，需要提出生動有趣的，能激發學生主動學習的驅動問題。在各個環節提升學生的學習動力，突出以生為本的課程宗旨。

如在《造一艘小船》一課中，教師將“用橡皮泥造一艘裝載重物盡量多的小船”作為本節課的驅動問題。該問題表述清晰，項目學習目標明確，易于辨識，便于學生圍繞問題開展工程活動。

2.厘清問題線索，探尋解決方法

因為小學生對信息處理的能力還比較有限，所以教師應幫助學生厘清問題線索，仔細分辨問題中隱含的各種變量，控制其中無關變量，保留一個可控變量，為他們開展項目活動創造易于思考的空間。在引導時，教師應基于學生已有的科學知識開展活動。