小學科學教學中關于工程設計與物化的思考

文/深圳市寶安區孝德學校 李全滿

工程設計與物化是小學科學課程內容的重要組成部分，《義務教育科學課程標準（2022 年版）》提出的13 個學科核心概念中有2 個明確提到工程。課程標準中還提出了4個跨學科概念，作為促進學科知識整合的橋梁和有效方式，開展高效的工程設計類教學,有助于學生形成跨學科概念。基于工程設計與物化的教學,有助于學生了解工程的建設過程，認識工程的復雜性，明白改進和完善將貫穿工程建設的各個環節。本文以教科版三年級下冊《我們的“過山車”》為例，淺談如何在教學中引導學生完成工程的設計與物化。

一、創設真實的問題情境

新版課程標準中多次提到要創設真實的問題情境，要引導學生在科學觀察和親身體驗的過程中獲取直接經驗，產生探究熱情。基于此，小學科學教師在進行工程設計類課程教學時，應盡量將課堂教學與真實的生活情境相結合，通過創設真實的問題情境，使學生學會觀察生活，提出問題，解決問題，意識到科學與生活密切相關。

例如在執教《我們的“過山車”》一課時，在引入環節通過創設貼近生活的問題情境，聚焦本節課的研究內容，引發學生的興趣。迪士尼樂園對于三年級的孩子非常具有吸引力，通過出示上海和香港迪士尼樂園的圖片，將學生的注意力迅速吸引過來，然后話鋒一轉，提出迪士尼公司要在深圳建立一個迪士尼樂園，現在正在招標一款過山車，引出本課的研究主題。通過創設學生喜聞樂見的真實問題情境，將一個枯燥復雜的工程設計問題盡可能轉變為學生樂于接受的挑戰任務，提升了學生學習的熱情。

二、提供結構化的制作材料

科學是一門指導學生基于證據進行推理論證的基礎學科，獲取證據需要運用多種方法。在這一過程中，教師能否為學生獲取證據提供恰當而有結構的材料就顯得特別重要。在工程設計類課程中，由于學生在設計過程中會有很多不同的思路和想法，對實驗材料的結構化就提出了更高的要求。教師在教學中應結合工程設計類課程的具體特點，深度挖掘實驗材料的“結構”，挑選有整體性的典型材料，以支撐學生的設計與創意。

教師在準備時應思考為學生提供哪些結構化的材料，確保學生通過自主探索可以發現這些材料更多的組合及使用技巧。在執教《我們的“過山車”》一課中，考慮到學生具有不同的設計及制作需要，教師通過實地考察、對比觀察、多次實驗，選擇了新穎、創意、實用、結構化的實驗材料，既有常規實驗材料，又有創意的實驗材料。一方面，軌道設計環節中，通過師生的討論，手撕膠帶、超輕粘土、紙筆都成為設計圖紙的材料，學生擁有充分的自主權，他們根據自己的需求選擇材料，以方便他們進行軌道設計圖的繪制及修改；另一方面，在搭建材料方面，用方便、輕便、光滑、廉價的撲克牌制作軌道既可以滿足軌道光滑、有坡度的需要，又方便學生制作。用空心管和支架連接器固定及升降軌道，降低搭建難度，滿足了學生和教學的需要。這些結構化的實驗材料的提供及根據需求的領取，讓學生在最大程度上實現自主選擇、自主設計，既體現了學生的主體性原則，又實現了材料整體的結構化，繪制和搭建的結構化，助推學生更好地實現設計和制作，為學生帶來了真實的情感體驗。

三、為學生搭建探究的腳手架

根據最近發展區理論，學生除現有水平之外，還存在一種潛在的發展水平，現有水平和潛在發展水平之間的差距就是最近發展區，學校的教學活動應該立足于學生的最近發展區，通過恰當的教學方式提高學生的綜合素養。在工程設計類課程中，學生如果想跨越最近發展區進入下一個發展區，離不開教師的幫助，更離不開教師為學生搭建探究的腳手架，腳手架就像一只無形的手，給學生提供一些線索、思路或示范行為，讓學生自主完成工程作品的設計制作。

一個工程設計類課程通常包括多個課時，《我們的“過山車”》對于三年級的學生是有挑戰性的，當學生遇到問題時，教師能否提供合適的腳手架以支撐學生的學習，將直接影響學生學習的效果及作品的產出。學生制作過山車的材料是重要的載體，如果選擇的材料不恰當、提供的材料不充分，不僅達不到制作的要求，更會打擊學生的積極性。由于學生生活經驗及知識水平有限，教師在材料選擇及制作過程中通過啟發引導、師生對話、材料提供、方法引導、視頻演示等方式為學生搭建腳手架，使學生明白材料選擇、制作過程、改進完善每一步都是不容易的，都需要根據實際需要有所取舍，制作出的產品滿足實際的需要才是最佳的選擇。同時，也讓學生明白作為一名工程師的不易，材料的創新、方法的創新、不斷的完善，才能讓我們的產品越來越好。

工程設計類課程具有極強的綜合性和實踐性，開展好工程設計類課程將對于探究實踐課程理念的落實，學生核心素養的培養，學生動手能力、解決實際問題能力的提升都有很大幫助。我們要不斷思考工程設計類課程教學策略和方法，幫助學生在有限的課堂教學中學習方法、掌握技能、提升能力。