立足課堂設計培養小學生的科學工程思維能力

葛麗霞

【摘要】文章重點闡述教師針對課堂設計，如何從優化導入環節、課堂提問和實驗材料三個方面適時恰當地激發學生興趣，并引導他們進入積極主動的思維狀態，從而在科學課堂中更有效地培養學生的科學工程思維能力。

【關鍵詞】小學科學;立足課堂;工程思維

科學工程思維能力是學生在科學實踐和工程設計過程中進行創新和解決問題的能力。在小學科學課堂中，教師可以通過對小學科學課程及相關活動進行有趣的情境創設，優化課堂導入環節，激發學生的興趣，啟動學生的思維狀態，有效的提問促進學生思維進一步提升，依托實驗材料進行課堂深入探究，從而培養小學生的科學工程意識和科學工程思維能力，讓學生通過觀察、實驗、制作、建模和推理一系列活動來獲取知識，在不斷的經歷中培養實踐能力、工程思維能力和運用科學知識解決問題的能力。小學科學教育既要注重通過書本課程來培養并發展學生的工程思維，也要從生活入手聯系生活實際創造情境，用課程所學知識來解決生活中的問題發展學生的工程思維；始終要以發展學生的科學核心素養為宗旨，深入解讀課程文本，優化課堂設計，給予學生足夠的時間空間等相關所需條件讓學生充分進行科學探究，在研討與交流中進行思維碰撞，促進學生科學工程思維發展；并創造性地使用教學資源，培養學生運用所學知識解決生活中實際問題的能力和創新的科學態度，促進學生全面發展。

一、優化導入環節，是促進學生科學工程思維的起點

1.圖文導入，促進學生工程思維

利用教材所安排的圖片案例為切入口，選擇與學習內容相關且接近學生生活的圖片或文字進行導入，圖片為學生提供更直觀、生動的視覺元素，讓學生去觀察思考，有助于提高學生的參與度和學習動力啟動思維。筆者在教學“露和霜”這一課時，設計出示自然天氣中出現的露和霜的圖片，讓學生從觀察圖片中的露和霜開始，以激發學生的思考和聯想能力，幫助他們將存在于我們生活中的露和霜的概念和信息聯系在一起，從而促進思維的發生和發展。學生從觀察圖片開始，按照教者預設逐步進入既定的課題步驟往下走，學生參與的熱情特別高，在參與過程中從而更好地引發學生的科學思維。圖片導入可以提升學習的效果和興趣，豐富教學內容，強化記憶和理解，并促進學生的思維發展，能夠引起學生的興趣和好奇心。研究表明，圖片可以幫助學生更容易將信息轉化為記憶和理解的內容，從而提高學習效果。通過視覺呈現，學生更容易記住圖片所代表的概念和信息。

2.問題導入，促進學生工程思維

在新課導入環節，通過設計一些啟發性的問題來引導學生進行思考和討論，這樣可以激發學生的求知欲和思維活躍度，培養他們提出問題、解決問題的能力，發展工程思維能力。筆者在教學“露和霜”這一課時，課始就出示課題，讓學生根據課題，提出：“看了課題，你們心中想知道哪些問題呢？可以先分組討論一下。”學生通過討論會提出“什么是露？什么是霜？”“露是怎么形成的？”“霜是怎么形成的？”“露和霜的形成有相同的地方嗎？”“露和霜的不同點在哪？”等一系列的問題，學生會根據所提的一系列問題啟動思維去不斷深入探究，在明白露和霜的定義之后，思考怎么模擬露和霜的形成。學生通過討論交流然后形成共識，展開探究實踐，整堂課通過問題導入，激發思維，引導學生步步深入探究本課重點。

3.活動導入，促進學生工程思維

導入環節還可以采用一些互動性較強的活動，如小組討論、實驗觀察等，讓學生參與其中，積極探索和發現。例如，筆者在教學“露和霜”時為了更好引發學生興趣，筆者以“秋天的第一杯奶茶”預設情境，出示學生喜愛的冰凍奶茶和常溫奶茶，看到喜歡的奶茶出現在課堂上，學生異常激動，在這樣的情境下讓學生觀察并摸一摸兩杯奶茶的外包裝盒壁，學生很容易就發現冰凍奶茶的盒壁是濕的，說明冰凍奶茶的外杯壁有小水珠，筆者繼續提問，是奶茶漏出來了嗎？學生再次通過觀察活動發現奶茶包裝盒完好無缺，此時學生自然而然會深入思考，為什么兩杯奶茶，其中冰的一杯的外壁會濕呢？冰凍奶茶外杯壁的小水珠是從哪里來的呢？為什么常溫奶茶外杯壁沒有小水珠？外杯壁水的產生和什么有關？是和冰有關嗎？又有怎樣的關系呢？此時利用這個活動導入能夠驅動孩子的思維，使他們更積極去探究這種現象產生的本質。

4.遷移導入，促進學生工程思維

導入環節也可以把舊知與新知遷移貫穿結合，使學生能夠將導入環節中所引發的問題同舊知與新知聯系起來，形成知識的整體認知。這樣可以幫助學生建立科學思維的體系，鞏固舊知，拓展未知領域，從而加強他們將知識應用于解決實際問題的能力。如“露和霜”是五年級的內容，學生在四年級時就學過水遇熱到一定程度會變成水蒸氣，液態的水在加熱到一定溫度的情況下會變成氣態的水，那氣態的水又怎么變回液態的水呢？也就是水蒸氣又怎么變回水呢？利用孩子的已有的知識經驗出發，思考解決問題，解決這個問題時可以引導孩子逆向思考。同樣的課題，不同的導入，能引發不同的課堂生成，學生的思維也能更好地跟隨導入環節深入課堂。

綜上所述，優化導入環節可以更好地促進學生的科學思維發展，激發學生的學習興趣和思考能力，引導他們主動參與學習，提高學習效果。

二、優化教學提問，促進學生科學工程思維的提升

優化教學提問是指在教學過程中，設計合理的問題，在學生迷茫之際適時引導學生進行思考和探索，從而在教學中更好地促進學生的科學思維發展。科學課堂是一種自主探究型課堂，也是師生互動、生生互動的課堂，在課堂中教師的提問能很好地引導課堂的走向，引領孩子在科學課堂中探討相關的問題，從而能更好地引導學生的思考。

首先，教學提問應該具有啟發性和挑戰性，能夠引起學生的思考和探索欲望。問題應該涉及學生已經學過的知識，或者與學生的日常生活經驗相聯系，以激發學生的興趣和好奇心。例如，筆者在教學“露和霜”這一課時，學生導入階段之后知道給水蒸氣降溫會把氣態的水變回液態的水，師者問：“用冰塊給水蒸氣降溫，說明露和霜的形成和溫度有關，只要有冰塊就能形成露和霜嗎？露和霜的形成和溫度有怎樣的關系？我們怎么用實驗材料去探究露和霜的形成和溫度有怎樣的關系？完成實驗需要哪些材料？利用這些材料按什么步驟去進行實驗？”問題一出，很多孩子頓時安靜下來，這些環環緊扣的提問給孩子帶來了挑戰，他們認真思考本堂課的關鍵實驗探究，通過討論，最后一致選擇所需材料按照實驗步驟去探究形成露和霜的秘密。教師通過有效的提問，一步步引領孩子思維，走向生成。這樣的課堂比灌輸型課堂更能驅動孩子的科學思維。

其次，教學提問應該鼓勵學生進行思維的運用和分析。問題應該設計得具有多樣性，可以有不同的答案，或者可以引發不同的思考角度和解決方法，這樣可以培養學生的批判性思維和創造性思維。例如，在教“露和霜”這一課時，筆者從學生已有的知識經驗出發，學生知道液態的水加熱會變成氣態的水，逆向思維得出水蒸氣降溫會變成液態的水，此時師者提問：“怎么給水蒸氣降溫呢？”“你們準備用什么材料來給水蒸氣降溫？”“為什么你們覺得用冰塊降溫比較好？”一石激起千層浪，學生開動思維，七嘴八舌地述說降溫的方法，最后通過篩選比較，發現在本課堂中用冰塊降溫是比較可行也易操作探究的方法。

最后，教學提問應該與教學目標和學生的學習水平相適應。問題的難易程度應該適當，既要能夠引發學生的思考，又要保證學生能夠理解和回答。同時，還要根據學生的不同水平設置不同的提問方式和深度，以滿足不同學生的學習需求和發展。

綜上所述，優化教學提問可以更好地促進學生的科學思維發展，激發學生的學習興趣和思考能力，培養他們的批判性思維和創造性思維，提高他們解決問題的能力。同時，教學提問應該注重引導學生進行自主學習和自主發現，培養他們的學習興趣和學習能力。

三、優化實驗材料，是促進學生的科學工程思維的依托

在小學科學課堂中，科學實驗無疑是提升孩子工程思維能力的重要途徑之一。而要在科學實驗中培養孩子的工程思維能力，首先要注重培養他們的觀察和思考習慣。觀察和思考是工程思維的基石，它們能夠幫助孩子發現問題、尋找解決方案，并在實驗中獲得更深層次的學習體驗。通過精心設計的實驗活動，教師可以引導孩子注重觀察實驗現象的細節，激發他們的觀察力和對細節的敏感性；同時，在孩子進行實驗的過程中，教師還要鼓勵他們提出問題、思考解決問題的方法，幫助他們培養獨立思考和解決問題的能力。通過這樣的努力，相信孩子的工程思維能力將會得到顯著提升。

教師在選擇實驗材料時，選擇與學生生活經驗相關的實驗材料，或者選擇能夠引起學生興趣和好奇心的實驗材料，這樣能夠更好地激發學生的科學思維。且此時不應僅僅局限于傳統的實驗材料，還可以引入一些新穎的材料，如虛擬實驗、模擬實驗等，使學生能夠從不同的角度來思考和解決問題。教師還要關注實驗材料的可操作性和可觀察性，確保實驗材料能夠讓學生進行實際操作和觀察，以便他們能夠通過實際經驗來探索和理解科學現象；還可以提供開放性的實驗材料，給予學生一定程度的自由度，讓他們能夠根據自己的興趣和想法進行實驗設計和實施，培養他們的創新思維和問題解決能力，鼓勵學生進行實驗推理和探究，引導學生通過實驗觀察和數據統計，進行推理和探究，培養他們的科學思維和分析能力；也可以開展實驗材料的擴展應用，將實驗材料與實際生活和社會問題結合起來，引導學生進行實際應用和擴展，培養他們的創新思維和解決實際問題的能力。在實驗后，教師應該積極組織學生進行討論和交流，讓他們分享實驗結果和心得體會，促進他們的合作與交流能力，進一步加深對科學思維的理解和應用，在優化材料的同時還要注意材料安全。如筆者在執教“露和霜”這一課時，為了易于學生操作探究，精心準備了試驗相關的材料，把搜集的易拉罐外表噴上黑色的油漆，是為了讓孩子更好地觀察到實驗變化現象，根據秒表提供的時間讀取溫度計上顯示的刻度，是讓孩子在一個時間段內去發現冰塊入水后冰水溫度的變化，以及易拉罐外杯壁的實驗現象變化，同時在實驗之前詢問孩子實驗的注意事項，很多孩子能說出實驗中要注意實驗安全，像這些實驗材料都是學生生活中曾經見到過甚至親手使用過的，在課堂中用來進行科學研究更能激發他們的探究興趣。

科學課區別于其他學科課堂，就在于科學課上學生通過老師的引導，積極思維，在老師提供的實驗材料上，根據課堂需要去選擇所需材料、設計實驗步驟、探究實驗結果、動手實驗，在實驗探究中發現與本堂課所相關的科學知識，而不是通過老師的灌輸型教學直接了解科學知識點。所以師者在準備課堂實驗材料的時候，就要從孩子的實際出發，所選材料在課前老師就自己要多次實驗，確保孩子的實驗完成，通過實驗的整個過程使孩子能積極探究，主動進行科學思維，在這樣的科學課堂中，教師利用材料進行實驗來不斷提高孩子的科學思維能力。筆者在教學“露和霜”這一課時，在最開始設計實驗的時候，是把孩子能夠按照既定的操作步驟制成露或者霜所需的材料的多少分發給學生，學生按照實驗步驟確實能制造出所需的露和霜，但是究其根本，從學生的思維出發，他們一開始無法理解為什么老師給的這些材料就正好能制成露和霜，如果材料的量改變了還能產生露和霜嗎，在心底會產生疑惑，后來經過反思思考，筆者覺得這樣的實驗設計只是為了讓孩子造出露或者霜，學生無法從本質上去理解或親身體會露和霜形成的本質過程以及區別。筆者重新調整了課堂，給學生準備了足夠的實驗所需的材料，讓學生自己用材料去試著創造露和霜，學生在合作的時候雖然很多小組無法一下子成功造出露和霜，但心底產生疑惑會使學生更積極主動去探究分析無法成功的原因到底與什么有關，在不斷的試探改進過程中，學生發現造露和霜的關鍵在于溫度降低到一定范圍，這就和冰塊、水、鹽的多少有關，學生改進實驗過程和步驟，最后發現當溫度降低到零攝氏度以上又非常接近零攝氏度的時候能夠出現露，當溫度降低到零攝氏度以下的時候會出現霜，學生知道了實驗成敗的關鍵是溫度后，在運用實驗材料的時候，就會細心思考觀察，考慮材料的選擇以及量的多少，這樣的開放式實驗過程，更能激發學生的探究，在此過程中學生由最開始的失敗，不斷思維，學生的探究興趣空前高漲，最終收獲成功的喜悅，迸發思維火花。實驗后，教師要組織學生進行討論和交流，促進他們的合作與交流能力。

綜上所述，課堂是學生的課堂，優化導入環節可以更好地促進學生的科學思維發展，激發學生的學習興趣和思考能力，引導他們主動參與學習，提高學習效果。優化教學提問是在教學過程中設計合理的問題，引導學生進行思考和探索，從而促進學生的科學思維發展。在教學中要注意材料的合理性、可操作性及安全性，確保學生在實驗中能夠積極探究和發展科學思維能力。

【參考文獻】

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