于活動(dòng)中發(fā)展“工程思維”

朱燕萍

摘要：在科學(xué)課堂上，教師應(yīng)根據(jù)工程活動(dòng)的難易程度，設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，發(fā)展學(xué)生的工程思維?！缎⌒」こ處煛芬徽n，以“制作鉛筆加長器”作為工程項(xiàng)目，讓學(xué)生經(jīng)歷和體驗(yàn)工程師工作的不同環(huán)節(jié)，于活動(dòng)中發(fā)展設(shè)計(jì)思維、系統(tǒng)思維、迭代思維。

關(guān)鍵詞：工程思維;設(shè)計(jì)思維;系統(tǒng)思維;迭代思維;《小小工程師》

伴隨“技術(shù)與工程”作為獨(dú)立教學(xué)內(nèi)容出現(xiàn)在《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）中，小學(xué)科學(xué)教育愈加重視培養(yǎng)學(xué)生基于問題解決和工程設(shè)計(jì)等的科學(xué)素養(yǎng)，尤其是培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。在小學(xué)階段，科學(xué)教師往往會(huì)將工程思維延伸為教學(xué)環(huán)節(jié)中可實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)思維、系統(tǒng)思維、迭代思維、整合思維等。筆者教學(xué)蘇教版小學(xué)科學(xué)一年級上冊《小小工程師》一課時(shí)，以“制作鉛筆加長器”作為工程項(xiàng)目，讓學(xué)生經(jīng)歷和體驗(yàn)工程師工作的不同環(huán)節(jié)，于活動(dòng)中發(fā)展工程思維。

一、畫設(shè)計(jì)圖，發(fā)展設(shè)計(jì)思維

工程的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)?！缎⌒」こ處煛芬徽n，筆者首先鼓勵(lì)學(xué)生畫“鉛筆加長器”設(shè)計(jì)圖，引導(dǎo)學(xué)生在繪制設(shè)計(jì)圖的過程中綜合考慮多方面因素，發(fā)展設(shè)計(jì)思維。具體過程如下：

師鉛筆寫的字多了，就會(huì)變短，不方便使用。如果給同學(xué)們提供一個(gè)材料倉庫，有吸管、一次性筷子、雪糕棒、橡皮筋、雙面膠、透明膠帶、紙張等，怎樣制作出一個(gè)“鉛筆加長器”呢？

生我會(huì)用吸管套在鉛筆后面，然后用透明膠帶綁起來。

生我會(huì)把紙卷起來，套在鉛筆后面，然后用雙面膠綁起來。

師看來你們都已經(jīng)有大概的想法了，不錯(cuò)！但老師要提醒同學(xué)們，想得再細(xì)致一些。比如，你需要哪些材料？第一步用什么材料，第二步用什么材料？如果你想好了，就把實(shí)驗(yàn)記錄單（出示下頁圖1）拿出來，在上面畫出“鉛筆加長器”的設(shè)計(jì)圖。

通過畫設(shè)計(jì)圖活動(dòng)，低年段學(xué)生能夠利用提供的材料和工具，通過口述、圖示等方式表達(dá)自己的設(shè)計(jì)與想法，初步學(xué)會(huì)如何辨別問題和需要。雖然學(xué)生初次接觸時(shí)，往往不太適應(yīng)，畫的設(shè)計(jì)圖也沒有那么完整、美觀，但設(shè)計(jì)思維的種子已然萌芽。

二、甄選材料，發(fā)展系統(tǒng)思維

結(jié)構(gòu)性材料是有意義的材料，能夠揭示工程項(xiàng)目中的要素關(guān)系（可以是內(nèi)在關(guān)系，也可以是外在關(guān)系）。大量的實(shí)踐研究表明，兒童的工程系統(tǒng)思維可以在甄選實(shí)驗(yàn)材料的過程中循序漸進(jìn)地提升。

低年段學(xué)生在真實(shí)的工程環(huán)境中，面對眾多可供選擇的實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，可能會(huì)一股腦兒全部挑走，也可能會(huì)隨便挑幾樣自己喜歡的。對此，筆者引導(dǎo)學(xué)生先仔細(xì)觀察設(shè)計(jì)圖，確定自己需要的實(shí)驗(yàn)材料。通過這樣一個(gè)頗有儀式感的環(huán)節(jié)，學(xué)生的選擇謹(jǐn)慎多了，會(huì)考慮每一種材料的作用并盡可能將其發(fā)揮出來，系統(tǒng)思維于此悄然發(fā)展。

三、發(fā)布成果，發(fā)展迭代思維

工程產(chǎn)品的分享需要儀式感。在具有儀式感的分享交流過程中，學(xué)生原有的設(shè)計(jì)在與他人的對比中、伙伴的評價(jià)間得以提升，進(jìn)而初步形成迭代思維。于是，《小小工程師》一課，筆者設(shè)計(jì)了“成果發(fā)布會(huì)”和“設(shè)計(jì)產(chǎn)品廣告語”活動(dòng)。具體過程如下：

師誰能上臺簡單介紹一下你的“鉛筆加長器”是怎么做的？拿好你的設(shè)計(jì)圖和你制作的“鉛筆加長器”上臺展示一下吧，其他小朋友仔細(xì)看、認(rèn)真聽。

生我用兩根筷子拼接成一個(gè)“鉛筆加長器”，綁在鉛筆的后面。

師用自己制作的加長后的鉛筆寫字，好用嗎？

生我做的“鉛筆加長器”太長了，沒有辦法放進(jìn)鉛筆盒里。

師你想怎樣改進(jìn)？

生可以把筷子截短一些。

師是的，我們做出來的“鉛筆加長器”還要實(shí)用。其他小朋友呢，還能給他提提建議嗎？

生筷子“鉛筆加長器”不太好看，可以做得好看一點(diǎn)。

師“鉛筆加長器”還要美觀?？磥?，我們班的小朋友都是“小小工程師”，能給自己和別人的作品提出建議了。那么我們四人小組合作，互相提提建議，可以從好看、好用、結(jié)實(shí)這三個(gè)方面來思考。

（學(xué)生四人小組合作，互相提修改建議：第一個(gè)學(xué)生介紹自己的“鉛筆加長器”，第二個(gè)學(xué)生對第一個(gè)學(xué)生的作品提建議，再介紹自己的作品……）

師每個(gè)小朋友都對如何改進(jìn)自己的“鉛筆加長器”有了進(jìn)一步的想法，可以課后繼續(xù)去完善。我們制作的產(chǎn)品最終是要賣出去的，那同學(xué)們能給自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一些廣告語嗎？

生9元兩個(gè)包郵，好用不貴。

生“鉛筆加長器”，你值得擁有！

……

師同學(xué)們很有想象力和創(chuàng)造力！回家后，你可以試著用自己的廣告語向爸爸媽媽、爺爺奶奶推銷你的產(chǎn)品。希望同學(xué)們都能成功地把自己的產(chǎn)品賣出去。

這兩個(gè)活動(dòng)，既符合一年級學(xué)生的年齡特征，又具有一定的挑戰(zhàn)性，能夠點(diǎn)燃學(xué)生表達(dá)和創(chuàng)造的欲望。在學(xué)生的你一言我一語中，迭代思維的輪廓悄悄地印在了他們的心中：工程產(chǎn)品還需要改進(jìn)。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生批判性地審視同伴和自己的作品，剔除不需要的部件，優(yōu)化留存的結(jié)構(gòu)與功能，并適當(dāng)創(chuàng)新，迭代思維的痕跡愈發(fā)深刻。

在科學(xué)課堂上，教師應(yīng)根據(jù)工程活動(dòng)的難易程度，巧妙設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生在工程設(shè)計(jì)、挑選工程材料、展示工程產(chǎn)品等過程中靈活運(yùn)用，將科學(xué)概念轉(zhuǎn)化為實(shí)際的生活運(yùn)用，發(fā)展工程思維。