小學(xué)科學(xué)教學(xué)中關(guān)于工程設(shè)計(jì)與物化的思考

文/深圳市寶安區(qū)孝德學(xué)校 李全滿

工程設(shè)計(jì)與物化是小學(xué)科學(xué)課程內(nèi)容的重要組成部分，《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》提出的13 個(gè)學(xué)科核心概念中有2 個(gè)明確提到工程。課程標(biāo)準(zhǔn)中還提出了4個(gè)跨學(xué)科概念，作為促進(jìn)學(xué)科知識整合的橋梁和有效方式，開展高效的工程設(shè)計(jì)類教學(xué),有助于學(xué)生形成跨學(xué)科概念。基于工程設(shè)計(jì)與物化的教學(xué),有助于學(xué)生了解工程的建設(shè)過程，認(rèn)識工程的復(fù)雜性，明白改進(jìn)和完善將貫穿工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)。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(xué)中引導(dǎo)學(xué)生完成工程的設(shè)計(jì)與物化。

一、創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境

新版課程標(biāo)準(zhǔn)中多次提到要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，要引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)觀察和親身體驗(yàn)的過程中獲取直接經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生探究熱情?；诖耍W(xué)科學(xué)教師在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)類課程教學(xué)時(shí)，應(yīng)盡量將課堂教學(xué)與真實(shí)的生活情境相結(jié)合，通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，使學(xué)生學(xué)會觀察生活，提出問題，解決問題，意識到科學(xué)與生活密切相關(guān)。

例如在執(zhí)教《我們的“過山車”》一課時(shí)，在引入環(huán)節(jié)通過創(chuàng)設(shè)貼近生活的問題情境，聚焦本節(jié)課的研究內(nèi)容，引發(fā)學(xué)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(xué)生的注意力迅速吸引過來，然后話鋒一轉(zhuǎn)，提出迪士尼公司要在深圳建立一個(gè)迪士尼樂園，現(xiàn)在正在招標(biāo)一款過山車，引出本課的研究主題。通過創(chuàng)設(shè)學(xué)生喜聞樂見的真實(shí)問題情境，將一個(gè)枯燥復(fù)雜的工程設(shè)計(jì)問題盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生樂于接受的挑戰(zhàn)任務(wù)，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。

二、提供結(jié)構(gòu)化的制作材料

科學(xué)是一門指導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行推理論證的基礎(chǔ)學(xué)科，獲取證據(jù)需要運(yùn)用多種方法。在這一過程中，教師能否為學(xué)生獲取證據(jù)提供恰當(dāng)而有結(jié)構(gòu)的材料就顯得特別重要。在工程設(shè)計(jì)類課程中，由于學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中會有很多不同的思路和想法，對實(shí)驗(yàn)材料的結(jié)構(gòu)化就提出了更高的要求。教師在教學(xué)中應(yīng)結(jié)合工程設(shè)計(jì)類課程的具體特點(diǎn)，深度挖掘?qū)嶒?yàn)材料的“結(jié)構(gòu)”，挑選有整體性的典型材料，以支撐學(xué)生的設(shè)計(jì)與創(chuàng)意。

教師在準(zhǔn)備時(shí)應(yīng)思考為學(xué)生提供哪些結(jié)構(gòu)化的材料，確保學(xué)生通過自主探索可以發(fā)現(xiàn)這些材料更多的組合及使用技巧。在執(zhí)教《我們的“過山車”》一課中，考慮到學(xué)生具有不同的設(shè)計(jì)及制作需要，教師通過實(shí)地考察、對比觀察、多次實(shí)驗(yàn)，選擇了新穎、創(chuàng)意、實(shí)用、結(jié)構(gòu)化的實(shí)驗(yàn)材料，既有常規(guī)實(shí)驗(yàn)材料，又有創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)材料。一方面，軌道設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，通過師生的討論，手撕膠帶、超輕粘土、紙筆都成為設(shè)計(jì)圖紙的材料，學(xué)生擁有充分的自主權(quán)，他們根據(jù)自己的需求選擇材料，以方便他們進(jìn)行軌道設(shè)計(jì)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(jià)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(xué)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(xué)生和教學(xué)的需要。這些結(jié)構(gòu)化的實(shí)驗(yàn)材料的提供及根據(jù)需求的領(lǐng)取，讓學(xué)生在最大程度上實(shí)現(xiàn)自主選擇、自主設(shè)計(jì)，既體現(xiàn)了學(xué)生的主體性原則，又實(shí)現(xiàn)了材料整體的結(jié)構(gòu)化，繪制和搭建的結(jié)構(gòu)化，助推學(xué)生更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制作，為學(xué)生帶來了真實(shí)的情感體驗(yàn)。

三、為學(xué)生搭建探究的腳手架

根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論，學(xué)生除現(xiàn)有水平之外，還存在一種潛在的發(fā)展水平，現(xiàn)有水平和潛在發(fā)展水平之間的差距就是最近發(fā)展區(qū)，學(xué)校的教學(xué)活動應(yīng)該立足于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，通過恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。在工程設(shè)計(jì)類課程中，學(xué)生如果想跨越最近發(fā)展區(qū)進(jìn)入下一個(gè)發(fā)展區(qū)，離不開教師的幫助，更離不開教師為學(xué)生搭建探究的腳手架，腳手架就像一只無形的手，給學(xué)生提供一些線索、思路或示范行為，讓學(xué)生自主完成工程作品的設(shè)計(jì)制作。

一個(gè)工程設(shè)計(jì)類課程通常包括多個(gè)課時(shí)，《我們的“過山車”》對于三年級的學(xué)生是有挑戰(zhàn)性的，當(dāng)學(xué)生遇到問題時(shí)，教師能否提供合適的腳手架以支撐學(xué)生的學(xué)習(xí)，將直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的效果及作品的產(chǎn)出。學(xué)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(dāng)、提供的材料不充分，不僅達(dá)不到制作的要求，更會打擊學(xué)生的積極性。由于學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)及知識水平有限，教師在材料選擇及制作過程中通過啟發(fā)引導(dǎo)、師生對話、材料提供、方法引導(dǎo)、視頻演示等方式為學(xué)生搭建腳手架，使學(xué)生明白材料選擇、制作過程、改進(jìn)完善每一步都是不容易的，都需要根據(jù)實(shí)際需要有所取舍，制作出的產(chǎn)品滿足實(shí)際的需要才是最佳的選擇。同時(shí)，也讓學(xué)生明白作為一名工程師的不易，材料的創(chuàng)新、方法的創(chuàng)新、不斷的完善，才能讓我們的產(chǎn)品越來越好。

工程設(shè)計(jì)類課程具有極強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性，開展好工程設(shè)計(jì)類課程將對于探究實(shí)踐課程理念的落實(shí)，學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，學(xué)生動手能力、解決實(shí)際問題能力的提升都有很大幫助。我們要不斷思考工程設(shè)計(jì)類課程教學(xué)策略和方法，幫助學(xué)生在有限的課堂教學(xué)中學(xué)習(xí)方法、掌握技能、提升能力。