強化學生工程思維

陳銘鑫

〔摘? ? 要〕? 如何有效地在小學科學教學中培養學生的工程思維，是目前教育界亟待解決的問題。雖然已有一些研究關注于工程領域的教學內容設計與實踐，但真正深入工程思維的培養策略，尤其是對小學階段的研究仍相對薄弱。基于此，本研究旨在探討工程思維在小學科學教學中的培養策略，為我國小學科學教育提供理論支持和實踐建議。

〔關鍵詞〕? 小學科學；工程思維；培養策略

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 07? ? 028-030

工程思維是一種集合決策、設計、實施和評價等多維度的綜合性思考方式。在全球范圍內，工程思維的重要性已被廣泛認識，并逐漸融入各級教育體系中。特別是在我國，隨著《義務教育小學科學課程標準》的修訂，技術與工程作為獨立的學習領域，與其他科學領域一同被納入小學科學課程中。這一變革不僅僅是課程內容的調整，更是對工程思維在基礎教育中重要地位的確認。它意味著，我們希望從小培養學生的工程思維，讓他們在日常生活和學習中都能夠運用這種思維方式去觀察、思考和解決問題。

一、小學科學教學中存在的問題

在當前的小學科學教學環境中，有一個顯著而廣泛的問題，那就是不注重實踐和創新。這樣的教學方法無法使學生成為主動的知識探索者。實踐和創新是任何學科的核心，尤其是在科學和工程領域。它們不僅能幫助學生將理論知識應用到真實世界的情境中，更能培養學生的批判性思考和問題解決能力。

遺憾的是，在當前的教育環境中，考試和評估往往過于強調對知識的記憶和重復，實踐和創新被邊緣化，學生可能會錯過深入了解和掌握學科內容的機會，更不用說培養他們未來所需的技能了。另外，這種傾向還可能導致學生缺乏探索和創新的熱情，因為他們可能認為學習僅僅是為了考試和評分，而不是為了真正理解和應用知識。這種情況不僅僅限制了學生的學習潛力，而且從長遠的角度來看，也可能阻礙學生成為未來社會所需的創新者和領導者。為了更好地為學生提供全面的學習經驗，教育者和決策者必須重新考慮小學科學教學的方法和目標。

二、在小學科學教學中強化學生工程思維

（一）設置課題任務，鍛煉學生的工程實踐能力

在當今的小學科學教學中，如何結合實際，培養學生的工程思維，成為教育者深切關注的話題。在此背景下，設置具體的課題任務成為一個行之有效的策略，通過這種方式能夠切實鍛煉學生的工程實踐能力。

設定課題任務的方法有一個核心原則：激勵學生將所學知識付諸實踐，并且讓學生自主設計和解決實際問題。這樣的方法不僅僅是對學生動手能力的鍛煉，更重要的是，它為學生提供了一個逐步塑造和加強工程思維的過程。這種教學方式增強了學科學習的深度和廣度，讓學生在實踐中體驗到學習的真正價值。

為了確保每個學生都能參與并從中受益，一種常見的做法是將學生分成不同的小組，讓他們共同合作來完成課題任務。這樣的團隊合作模式不僅能夠調動學生的積極性和創造力，還可以幫助他們意識到團隊合作的重要性，更好地培養他們的溝通和協作能力。以“制作凈水器”為課題的學校科學興趣小組活動就是一個很好的例子。在這個活動中，學生被要求合作設計和制作一個凈水器，并對每一個設計步驟進行深入分析和探討。在這個過程中，學生不僅要應用所學的科學知識，還要不斷地調整和完善他們的設計方案。這樣的反復嘗試和修改，使學生有機會深入地培養工程思維。制作完成凈水器后，教師可以組織一個展示和交流環節，讓每個小組的代表展示他們的設計方案，并聽取其他小組的意見和建議。這樣的交流不僅能夠加深學生對課題的理解，還能夠幫助他們從中學習到更多的知識和技能。通過這種方法，學生能夠在實踐和交流中進一步加強他們的工程思維，為他們未來的學習和生活打下堅實的基礎。

（二）提供材料，鼓勵學生自主搭建工程模型

在小學科學教學中，提供給學生原材料并鼓勵他們自主地搭建工程模型，是一種有效地培養工程思維的方法。這種方法不僅培養了學生的動手實踐能力，更使他們在實踐中感受到科學的魅力，加深對知識點的理解，從而收獲更為豐富的學習成果。

“制作凈水器”活動，教師需要提供石子、細沙、海綿等必要材料。學生在這樣的環境中，能夠結合自己對凈水器的設計構思，自主地搭建出工程模型。這一過程不僅讓學生對凈水器的功能和應用原理有了更為深刻的認識，還鍛煉了他們的動手操作和獨立解決問題的能力。在此過程中，教師的角色是至關重要的，他們需要時刻關注學生的操作，多提供必要的幫助，確保學生能夠順利地完成任務。此外，教師還可以組織小型的科學實驗，比如水樣檢測，使學生更為直觀地了解和評估自己制作的凈水器的效果。在實驗中，學生需要按照既定的步驟進行，并在每一步中做好詳細記錄。這樣可以幫助他們在實驗結束后進行數據分析和總結。這種實驗方法不僅加深了學生對科學知識的理解，還鍛煉了他們的觀察和記錄能力，優化了教學效果，也大大提高了小學科學教學的價值，有助于促進學生的全面發展。

（三）做、學、思合一，強化學生的工程思維

1.在“做”中強化工程思維

在小學科學教學中，真正的“做”是培養學生工程思維的關鍵，能夠更深入地培養和強化學生的思維方式，使其從抽象的理論中得到具體的啟示。

以一個簡單的橋梁模型制作為例，當學生被賦予任務制作一座可以承受一定重量的紙橋時，他們首先需要了解橋梁的基本結構和原理。在這個“做”的過程中，學生可能會選擇使用報紙、膠水或其他可用材料。他們需要考慮如何強化紙的結構，使其能夠承受更大的重量，是否要加入其他材料以增加穩定性，或者如何調整橋的長度和寬度以滿足需求。在嘗試不同的設計和方法后，學生會發現某些結構更為穩固，某些方法更為實用。例如，學生可能會發現折疊紙張可以提高其強度，或者發現交叉放置紙張可以提供更好的支撐。在這個過程中，失敗是不可避免的，有的橋可能會輕易斷裂，有的設計可能不夠穩固。正是這些失敗，讓學生理解了設計的重要性，他們開始重新思考，修改原有的方案，逐步接近理想的設計。橋梁模型完成后，學生可以進行測試，如放置不同重量的物體，看看哪座橋能夠承受最大的重量。這不僅僅是一個簡單的比賽，更是一個工程思維的鍛煉過程。學生在此過程中學會了如何將理論應用于實踐，如何從失敗中吸取教訓，如何與他人合作解決問題。

2.從“用”中強化工程思維

工程思維在小學科學教學中的培養是一項重要任務，因為它不僅有助于學生更深入地理解科學知識，還能夠培養他們的問題解決能力和創新意識。其中，從“用”中強化工程思維是一項關鍵策略，它要求教師將科學知識與實際應用相結合，引導學生在實踐中思考、創造和解決問題。

在科學課堂上，教師可以引導學生經歷有價值的科學探究活動，這些活動需要學生應用所學的科學知識來解決問題。例如，教師可以引導學生通過設計和制作實際的物品或模型來應用科學知識。他們可以設計一個能夠利用太陽能發電的簡單裝置。在制作過程中，學生需要考慮太陽能的吸收、儲存和轉化等科學原理。這將促使他們深入思考如何將理論知識應用到實際中，培養他們的工程思維能力。在實踐過程中，學生可能會遇到各種問題和挑戰。這時，教師引導他們分析問題、提出解決方案，并鼓勵他們不斷地嘗試和改進。此外，還應該關注學生在問題解決過程中的思考、決策和改進過程。這可以通過觀察學生的工程日志、聽取他們的解釋和思考過程來評估，強調學生的思維過程和創新能力，而不僅僅是結果。最后，學生應該被鼓勵在解決問題的過程中進行合作和交流。工程思維往往需要團隊合作，因為不同的人可能會有不同的見解和創意。通過與同學討論、分享思路和合作解決問題，學生可以從彼此的經驗中學到更多，這有助于培養團隊協作和溝通能力。

3.在“議”中強化工程思維

通過“議”來拓展工程思維是在小學科學教學中培養學生工程思維的重要策略之一。這一方法強調讓學生通過辯論、討論和交流的方式，思考和探討科學問題，從而深化對科學知識的理解，培養批判性思維和創新能力。

首先，通過“議”來拓展工程思維可以幫助學生深入探討科學現象和問題。例如，教師可以提出一個問題：“關于磁鐵，你們知道些什么？”學生可以自由發表自己的觀點，然后進行辯論和討論。這種討論過程能夠激發學生的好奇心，促使他們深入了解磁鐵的性質和應用。其次，通過辯論和討論，學生可以學會提出問題和進行調查研究。在討論磁鐵的性質時，學生可能會提出各種問題，如為什么磁鐵可以吸鐵釘？為什么不能吸塑料？這些問題可以激發他們主動進行實驗、觀察和研究，從而深化對科學原理的理解。此外，辯論和討論還可以培養學生的批判性思維和創新能力。學生需要分析和評價不同觀點的合理性，提出自己的論據，并與他人進行思想碰撞。這有助于他們培養分析問題和解決問題的能力，同時也激發創新思維。因為他們需要提出新的觀點和解決方案來支持自己的論點。在“議”的過程中，教師需要引導和激發學生的思考，而不是簡單地傳授知識。教師可以提出一些引導性問題，并指導學生如何展開研究和實驗。同時，教師應該引領學生學會尊重他人的觀點，培養團隊合作和溝通技能，這對于工程思維也是非常重要的。最后，通過“議”來拓展工程思維，可以將學生的學習經驗與實際問題相結合。學生可以通過討論和辯論來解決真實的科學問題，這有助于他們將所學知識應用到實際中。例如，在討論磁鐵時，學生可以探討如何合理使用磁鐵，避免對電視機和銀行卡等物品造成影響。這種聯系實際的學習經驗有助于深化學生對科學原理的理解，并培養解決實際問題的工程思維。

三、結語

綜上所述，本文通過對科學教學中存在的問題進行分析，提出了一系列強化學生工程思維的策略，包括設置課題任務，提供材料以及做、學、思合一的方法。通過本研究，我們認識到工程思維是培養學生創造性思維、解決問題能力以及實踐能力的有效途徑，可以顯著提高小學科學教學的效果。課題任務的設計需要精心策劃，以確保學生在實踐中真正發揮工程思維，因此教師在任務設計時需充分考慮學生的年齡和能力水平。另外，提供合適的材料和資源可以激發學生的興趣和創造力，鼓勵他們積極參與工程模型的搭建和實踐活動。做、學、思合一的方法還可以幫助學生將工程思維貫穿于整個學習過程，從而更全面地培養學生科學學科能力。

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