將設(shè)計(jì)思維融入工程啟蒙教育

名師簡(jiǎn)介

屠雪婷" 嘉善縣第二實(shí)驗(yàn)小學(xué)科學(xué)教研組長(zhǎng)，嘉善縣小學(xué)科學(xué)學(xué)科帶頭人。先后獲嘉興市教改之星和優(yōu)秀科技輔導(dǎo)員等榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。主持省市縣級(jí)課題8項(xiàng)，獲縣科研成果一等獎(jiǎng)4項(xiàng)，多篇論文獲省市一等獎(jiǎng)并發(fā)表。參與教科版科學(xué)新教材試教研究與《教師用書(shū)》撰寫(xiě)，參編浙江省小學(xué)科學(xué)《作業(yè)本》與浙教社《科學(xué)拓展閱讀》。

《浙江省教育廳等十四部門(mén)關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的實(shí)施意見(jiàn)》將探索“工程啟蒙”教育列為重要內(nèi)容，鼓勵(lì)和支持學(xué)校組織小學(xué)生參與工程項(xiàng)目，為培養(yǎng)具備未來(lái)工程師潛質(zhì)的青少年群體啟智蓄能。工程啟蒙教育成為當(dāng)前小學(xué)科學(xué)“技術(shù)與工程”領(lǐng)域教學(xué)研究的新探索，作為學(xué)科走向?qū)嵺`的一種迭代學(xué)習(xí)，是學(xué)生實(shí)現(xiàn)由知識(shí)學(xué)習(xí)向素養(yǎng)生成的轉(zhuǎn)換過(guò)程與方式。

因此，如何組織探究實(shí)踐活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生核心概念的理解和遷移，使科學(xué)概念在探究實(shí)踐建構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究、技術(shù)與工程實(shí)踐有效融合，成為教師的應(yīng)然思考和實(shí)然探索。

一、將設(shè)計(jì)思維融入工程啟蒙教育的必要性

設(shè)計(jì)思維過(guò)程論認(rèn)為，設(shè)計(jì)思維是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題并解決問(wèn)題的過(guò)程，該過(guò)程包括從用戶(hù)的角度發(fā)現(xiàn)需求、設(shè)計(jì)解決方案、創(chuàng)造產(chǎn)品、評(píng)價(jià)成果等完整環(huán)節(jié)。融入設(shè)計(jì)思維的工程啟蒙教育有助于引導(dǎo)學(xué)生深入關(guān)注真實(shí)問(wèn)題、獲得深刻體驗(yàn)的學(xué)習(xí)歷程，促進(jìn)學(xué)生在工程探究中的深度合作，為學(xué)生概念理解與遷移提供新路徑，在工程啟蒙教育中起到“使能”作用。

由于課程標(biāo)準(zhǔn)和教材將知識(shí)的獲取探究和知識(shí)的應(yīng)用實(shí)踐以?xún)蓚€(gè)相對(duì)平行的領(lǐng)域加以表述，致使教師在具體教學(xué)中容易將兩者割裂，對(duì)工程啟蒙教育也缺少正確理解，在實(shí)踐中往往存在以下問(wèn)題。

（一）不知為何

工程教育的學(xué)習(xí)目標(biāo)仍采用傳統(tǒng)的“知識(shí)點(diǎn)+單課時(shí)”設(shè)計(jì)方式，缺乏單元整體目標(biāo)建構(gòu)的意識(shí)，導(dǎo)致目標(biāo)離散，工程任務(wù)缺乏連貫性、深入性和結(jié)構(gòu)性。由此產(chǎn)生單元目標(biāo)體系散落及育人功能低位的問(wèn)題。

（二）不知何為

工程教育的實(shí)踐中，任務(wù)主題與真實(shí)生活的鏈接不夠，工程任務(wù)的整合性不足，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)力難以被驅(qū)動(dòng)。學(xué)生在工程任務(wù)學(xué)習(xí)過(guò)程中，獲得的外部資源和思維鷹架支持不夠，教師也缺乏利用支持性學(xué)習(xí)工具引導(dǎo)學(xué)生自主推進(jìn)學(xué)習(xí)進(jìn)程的經(jīng)驗(yàn)和策略，從而未能體現(xiàn)任務(wù)成果對(duì)真實(shí)生活問(wèn)題的回應(yīng)和促進(jìn)作用。

（三）不知如何

評(píng)價(jià)刻板而單一，未能及時(shí)嵌入學(xué)習(xí)全過(guò)程。探究與技術(shù)學(xué)習(xí)表現(xiàn)的評(píng)價(jià)僅為對(duì)最終結(jié)果的點(diǎn)評(píng)，缺少連續(xù)性及分層進(jìn)階，沒(méi)有起到指導(dǎo)推進(jìn)作用，特別是缺少興趣、思維、表現(xiàn)、合作的評(píng)價(jià)，不利于促進(jìn)學(xué)生志趣的發(fā)展。

二、將設(shè)計(jì)思維融入工程啟蒙教育的實(shí)施要義

融入設(shè)計(jì)思維，對(duì)“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的課程內(nèi)容進(jìn)行整合教學(xué)，在真實(shí)的情境中設(shè)計(jì)工程學(xué)習(xí)，進(jìn)而有效內(nèi)化為學(xué)生直面和解決真實(shí)問(wèn)題的能力。

（一）抓住一個(gè)中心：從宏觀統(tǒng)整到關(guān)聯(lián)遞進(jìn)的目標(biāo)“大計(jì)劃”

以核心素養(yǎng)培育作為工程啟蒙教學(xué)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，作為教學(xué)目標(biāo)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用重要觀念進(jìn)行知識(shí)的聯(lián)系與統(tǒng)攝，有序組織學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)期間遇到的事實(shí)、概念、過(guò)程和方法，建立情境任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)以及與其他學(xué)習(xí)領(lǐng)域的聯(lián)系。

（二）促進(jìn)一個(gè)過(guò)程：從學(xué)會(huì)知識(shí)到形成素養(yǎng)的學(xué)程“大遷移”

讓學(xué)生經(jīng)歷從一次沉浸體驗(yàn)（共情需求）、一次關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)（定義問(wèn)題）、一場(chǎng)頭腦風(fēng)暴（方案構(gòu)思）、一段衍生歷程（原型制作）到一套升級(jí)策略（測(cè)試迭代）的完整工程學(xué)習(xí)過(guò)程，主動(dòng)獲取相關(guān)學(xué)科知識(shí)，并設(shè)計(jì)物化產(chǎn)品解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。

（三）構(gòu)建一個(gè)體系：從“說(shuō)給你聽(tīng)”到“做給你看”的成果“大評(píng)價(jià)”

工程啟蒙學(xué)習(xí)中的評(píng)價(jià)可以不斷推動(dòng)、引領(lǐng)、迭代、完成工程任務(wù)，形成物化成果。通過(guò)提出相對(duì)新穎以及開(kāi)放性的問(wèn)題，評(píng)估學(xué)生的質(zhì)量水平和掌握程度，讓學(xué)生在項(xiàng)目復(fù)盤(pán)中看到自己學(xué)習(xí)的過(guò)程，加強(qiáng)反思，為后續(xù)學(xué)習(xí)提供思路和方向。

三、將設(shè)計(jì)思維融入工程啟蒙教育的學(xué)程設(shè)計(jì)架構(gòu)與實(shí)踐

小學(xué)工程啟蒙融入設(shè)計(jì)思維的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，以工程為載體，融入設(shè)計(jì)思維探索教育教學(xué)的變革與平衡，從目標(biāo)“大計(jì)劃”、學(xué)程“大遷移”與成果“大評(píng)價(jià)”三個(gè)維度進(jìn)行思考，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)工程學(xué)習(xí)從興趣到志趣的轉(zhuǎn)變。其基本結(jié)構(gòu)如下。

基于以上理解，我們嘗試對(duì)“汪星人驛站”進(jìn)行工程啟蒙學(xué)程的整體規(guī)劃與實(shí)踐，力求“融入設(shè)計(jì)思維”，并發(fā)揮工程育人價(jià)值。

（一）目標(biāo)計(jì)劃階段，以素養(yǎng)養(yǎng)成要求為依據(jù)

1.梳理邏輯，建構(gòu)大科學(xué)概念的全景圖

“汪星人驛站”這一工程啟蒙項(xiàng)目的設(shè)計(jì)圍繞真實(shí)問(wèn)題展開(kāi)：近期校園里流浪狗進(jìn)校尋覓食物事件頻發(fā)，引發(fā)學(xué)生對(duì)流浪動(dòng)物的關(guān)注。因此，如何“為流浪狗設(shè)計(jì)制作一個(gè)能遮風(fēng)擋雨的‘家’”成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題?；趯?duì)“汪星人驛站”工程學(xué)習(xí)的邏輯梳理，以及對(duì)于新課標(biāo)的解讀，設(shè)定“汪星人驛站”工程教學(xué)整體目標(biāo)。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)，規(guī)劃結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)任務(wù)

圍繞上述素養(yǎng)目標(biāo)，為解決核心問(wèn)題——設(shè)計(jì)制作能遮風(fēng)擋雨的“家”，需要將關(guān)鍵問(wèn)題分解成多個(gè)子問(wèn)題，形成多個(gè)子任務(wù)：“我是最佳調(diào)查員”→“我是項(xiàng)目策劃師”→“我是出彩工程師”→“我是汪星人發(fā)言人”，從而具體化為一個(gè)個(gè)可操作的真實(shí)性學(xué)習(xí)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)探究。

3.前置標(biāo)準(zhǔn)，明確希望達(dá)到的學(xué)習(xí)表現(xiàn)

在“汪星人驛站”工程學(xué)習(xí)中，以“問(wèn)題解決”維度和“自我學(xué)習(xí)”維度預(yù)先設(shè)定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生能在設(shè)計(jì)和制作驛站之前明確自己的目標(biāo)和衡量標(biāo)準(zhǔn)。這不僅有助于學(xué)生進(jìn)行自我監(jiān)控和自我評(píng)價(jià)，還著重強(qiáng)調(diào)了解決工程問(wèn)題的規(guī)范和流程。

（二）學(xué)程“大遷移”階段，以親歷體驗(yàn)深化工程價(jià)值

1.驅(qū)動(dòng)問(wèn)題引起共情，一次與我有關(guān)的具身體驗(yàn)

收聽(tīng)校園廣播，了解近期校園里有流浪狗進(jìn)校尋覓食物的事件，引發(fā)學(xué)生對(duì)流浪動(dòng)物的關(guān)注，激發(fā)學(xué)生對(duì)于流浪動(dòng)物救助的心愿，分析建造流浪動(dòng)物之家需要考慮的因素，再利用GRASPS工具提出驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：如何為流浪狗設(shè)計(jì)制作一個(gè)能遮風(fēng)擋雨的“家”？

2.思維導(dǎo)圖明確任務(wù)，一次關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)的問(wèn)題拆解

利用思維導(dǎo)圖工具對(duì)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題進(jìn)行可行性拆解，提出各種問(wèn)題，通過(guò)生生交流、教師引導(dǎo)，判斷根據(jù)觀察提出的問(wèn)題哪些是有意義的，需要有權(quán)衡問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)，如它與驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題是否密切相關(guān)，是否指向最終可能的成果等。最后在驅(qū)動(dòng)問(wèn)題的引領(lǐng)下設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈，將零碎的問(wèn)題串聯(lián)起來(lái)，引發(fā)學(xué)生深入思考。

3.疑難問(wèn)題動(dòng)態(tài)生成，一場(chǎng)頭腦風(fēng)暴的方案構(gòu)思

在深入了解問(wèn)題后，學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)造性思維來(lái)構(gòu)想解決方案。在工程啟蒙課程中，教師可通過(guò)類(lèi)比、歸納、想象等方法，積極調(diào)整方案，外部方法如“奔馳法”“九宮格”等。通過(guò)這些活動(dòng)，學(xué)生能夠鍛煉創(chuàng)新能力，不斷完善修正解決方案。

4.活動(dòng)支架多元支持，一段初代產(chǎn)品的衍生歷程

學(xué)生在原型制作時(shí)，需要充分尊重兒童的主體性，為兒童提供兼具吸引力和有效性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。在教學(xué)過(guò)程中，可采用活動(dòng)支架開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)。

任務(wù)支架。為了實(shí)現(xiàn)總目標(biāo)，將任務(wù)拆分成四個(gè)子任務(wù)：了解“家”的需求→設(shè)計(jì)動(dòng)物驛站→制作動(dòng)物驛站→展示動(dòng)物驛站。

資源支架。為學(xué)生提供各種支持學(xué)習(xí)的相關(guān)資源，以及資源獲取的途徑、方法和工具等，以使學(xué)生能有效獲取所需資源。如木工技藝的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)、工具的使用等。

身份支架。賦予兒童專(zhuān)家身份，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)從被動(dòng)變主動(dòng)。要獲得專(zhuān)家身份需要小組成員通力合作，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)，也實(shí)現(xiàn)對(duì)自己的最大認(rèn)可。

5.迭代設(shè)計(jì)實(shí)踐優(yōu)化，一場(chǎng)推動(dòng)產(chǎn)品的螺旋升級(jí)

在工程啟蒙實(shí)踐中，鼓勵(lì)學(xué)生遵循“問(wèn)題—方案—新問(wèn)題—迭代—產(chǎn)品”的工程思維，逐漸形成螺旋上升的工程實(shí)踐能力。對(duì)驛站的設(shè)計(jì)，學(xué)生往往需要經(jīng)過(guò)多次改造才能達(dá)到預(yù)期效果，這種循序漸進(jìn)、由淺入深的實(shí)踐方式不僅能夠強(qiáng)化學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，還能極大提升他們的綜合應(yīng)用能力。

（三）成果“大評(píng)價(jià)”階段，以過(guò)程復(fù)盤(pán)內(nèi)化素養(yǎng)養(yǎng)成

1.“和同行展示”，用評(píng)價(jià)勾連邏輯起點(diǎn)

模擬真實(shí)情境，完成自己的作品展示，對(duì)學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活能力提高有促進(jìn)作用。從驛站的特性分析、構(gòu)造、創(chuàng)意、安全系數(shù)和宣傳介紹等方面共同進(jìn)行評(píng)價(jià)。能有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的進(jìn)一步掌握。

2.“與專(zhuān)家對(duì)話”，用評(píng)價(jià)復(fù)盤(pán)學(xué)習(xí)歷程

由教師、工程師、科技工作者等組成的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程進(jìn)行“復(fù)盤(pán)”，通過(guò)具體問(wèn)題，如“你最喜歡哪個(gè)任務(wù)中的哪個(gè)部分，理由是什么”“在整個(gè)制作過(guò)程中你遇到了什么難題，是如何破解的”“小組合作中你有怎樣的體會(huì)”等，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)估，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提升學(xué)習(xí)效果和能力。

3.“向外界發(fā)布”，用評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)社會(huì)化成長(zhǎng)

工程學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)更應(yīng)拓展時(shí)空，延伸到課后。學(xué)生通過(guò)學(xué)校搭建的平臺(tái)在校內(nèi)、校外展示，通過(guò)成果分享匯、比拼大擂臺(tái)等平臺(tái)展示自己的學(xué)習(xí)成果，接受多方評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)“有意義學(xué)習(xí)”和“社會(huì)化成長(zhǎng)”。

工程啟蒙教育致力于提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，探索創(chuàng)意性解決方案并設(shè)計(jì)物化產(chǎn)品，要求學(xué)生能對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行遷移應(yīng)用，將知識(shí)靈活運(yùn)用到解決問(wèn)題中，這是學(xué)生的高層次學(xué)習(xí)目標(biāo)。融入設(shè)計(jì)思維的工程啟蒙學(xué)習(xí)能夠有效促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)高層次學(xué)習(xí)目標(biāo)。此外，工程學(xué)的迭代思想有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)?；谠O(shè)計(jì)思維的工程啟蒙學(xué)習(xí)體現(xiàn)了工程學(xué)的迭代思想，因而在批判意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)方面發(fā)揮重要作用。

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