浅析工程实践课中学生的思维培养

谢云 史瑞娣

摘要小学科学中的工程实践课主要是培养学生科学探究、技术设计、工程建造及数学运用等思维和技能的综合性课程，是科学与工程、技术、数学等学科整合的课程。工程实践课以项目任务为驱动，借助科学与工程、技术等学科整合的平台，培养学生的探究思维、设计思维、工程思维和数学思维的课堂，亲历工程建造的完整环节，从而提升学生的思维品质、动手能力、合作素养、创新精神等核心素养。

关键词 工程实践课 学科整合 核心素养

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.015

On the Thinking Training of Middle School Students in Engineering Practice Course

XIE Yun[1]， SHI Ruidi[2]

（[1] Yixing Yangxi Primary School， Yixing， Jiangsu 214200；[2] Yixing Xinzhuang Primary School， Yixing， Jiangsu 214200）

Abstract： The engineering practice course in primary school science is a comprehensive course to cultivate students’ thinking and skills such as scientific inquiry， technical design， engineering construction and mathemati？ cal application. It is an integrated course of science and engineering， technology， mathematics and other disci？ plines. Driven by project tasks， the engineering practice course， with the help of the integration platform of sci？ ence and engineering， technology and other disciplines， cultivates students’ inquiry thinking， design thinking， en？ gineering thinking and mathematical thinking in the classroom， and experiences the whole process of engineering construction， so as to improve students’ thinking quality， practical ability， cooperation literacy， innovation spirit and other core literacy.

Keywords： engineering practice course； discipline integration； core literacy

小学科学中的工程实践课主要是培养学生科学探究、技术设计、工程建造及数学运用等思维和技能的综合性课程，是科学与工程、技术、数学等学科整合的课程。笔者有幸参与了江苏省教育科学“十三五”规划乡村教师专项重点资助课题《科学、工程、技术整合的教学案例研究》，实实在在地感受到工程实践课对学生思维品质、动手能力、合作意识、创新精神等核心素养的培养大有裨益。

整合中蕴含科学的探究思维

工程实践课的教学首先是建立在科学概念的基础上，每一件科技产品或者项目实践中都蕴含着科学的知识。因此教师要善于启发学生探究这些科学知识和原理，从而完成并完善产品。

1.探究在产品展示后

教学中，教师先展示产品让学生观察，再设计问题，启发学生探究产品中的科学知识。例如《吹气球神器》一课，如何让塑料瓶“吹”气球呢？教师按照学生的思维，制作了塑料瓶口套气球这一简单“产品”后，通过挤压塑料瓶的演示，让学生观察现象，接着追问：“为什么挤压塑料瓶能把气球吹大，而松开塑料瓶，气球又会变小呢？”学生很快就明白了空气的流动性特点，而探究清楚空气流动性的知识能够为制作和改进吹气球神器打下基础。又如《弹跳玩具》一课，在展示玩具的弹跳性后，教师启发学生思考：“我们制作的玩具为什么能弹跳呢？”学生发现玩具中用到了橡皮筋，这涉及弹力的知识，而利用弹力是制作弹跳玩具的关键。

2.探究在产品优化前

教师在优化产品过程中设计问题，启发学生通过比较分析，找到产品优化的窍门——科学规律，从而有助于改进完善。如《建桥梁》一课，在测试完各小组的桥梁承重力后，启发学生：“为什么有的桥梁承重力大，有的却很小呢？仔细观察这些桥梁，想想这跟什么有关呢？”学生探究后发现桥梁的结构与承重力存在一定的关系，然后根据发现改进了桥梁。

整合中渗透技术的设计思维

技术是对自然的利用和改造，技术的核心在于设计。教学中，教师应引导学生发现产品制作过程中的问题，启发学生积极思考解决问题的办法，让他们通过语言、文字、画图、制作模型等方法将自己的设计思路表达清楚。教师还要启发学生运用创造性思维设计和改进产品。

1.多问“怎么办”：引导学生解决问题

设计的前提在于发现问题，设计的目标是解决问题。教师应当引导学生不断地发现问题，设计解决问题的方案。例如《吹气球神器》一课中，教师通过提问，引导学生完成设計。气球为什么吹不大呢？因为瓶中空气有限。那么要解决瓶中空气不足的问题，该怎么办呢？学生自然地想到了在瓶身上戳洞的设计。在测试过程中，学生又发现了挤压塑料瓶时，空气会从小洞中跑出来，怎么办？于是学生又设计了这样的操作：挤压时手指按住小洞，空气只能“跑”进气球而不会“跑”到瓶外；松手时，同时松开小洞，让空气再钻进瓶中，这样就解决了瓶中空气不足的问题。后来学生发现，松手时，空气同样会从气球里跑回瓶中。发现问题时，教师应多问“怎么办”，启发学生思考并解决问题。学生又想到了松手时，另一只手捏住气球口，防止空气回流。这样，空气单向阀的雏形便逐步形成了。

2.还能怎么办：引导学生多元设计

多元化地设计就是创新思路，寻找不同的解决办法，即在改进产品的过程中，寻求最佳的解决问题的效果。教师除了问“怎么办”外，还要问“还能怎么办”。如《吹气球神器》一课，如果按照前文所描述的方法设计，那么需要两只手相互配合，或者与同学合作来“吹”气球，这是非常麻烦的事。合作不默契，可能还“吹”不大气球。我们还有更好的设计方案吗？学生想到如果只让空气进入气球，而不会回流，那么吹气球就省事多了。教师充分肯定了学生的想法，并让学生在记录纸上自主设计这样的装置。学生最后设计出了简易的空气单向阀，巧妙地解决了空气回流的问题，最终也制造出了吹气球神器。又如《空气动力火箭》一课，产品原理是通过压缩塑料瓶中的空气，利用空气的反冲力，使自制火箭发射出去。大多数学生的设计都是用皮管将火箭尾部和塑料瓶口相接，基本上能发射成功，最远射程可达10米。而有位学生却进行了反常规设计，他用细长的塑料管做成发射筒，发射筒和塑料瓶用皮管连接，把火箭放进发射管内，采用内置式火箭发射，射程竟达到了30米，大大提升了射程。多元设计能够激发学生不同的思维方式，使产品取得意想不到的效果。

整合中培养工程的素养意识

工程是运用科学和技术进行设计、解决实际问题和制造产品的活动。其核心在于建造。而在工程的建造过程中，教师不仅要帮助学生了解工程建造的基本步骤，还要注重培养学生环保、经济、安全、合作等核心素养。

1.亲历工程建造的完整环节

工程建造的基本步骤是提出问题、设计方案、制作产品、调试检测、改进方案、完善产品。工程实践课要让学生亲历工程建造的完整环节，从而提升学生的工程思维和素养。但是让学生经历完整的工程建造过程，往往一两节课的时间是不够的，这就需要教师对整个建造流程有所侧重。例如《弹跳玩具》一课中，教师直接出示现成的图纸让学生修改，这样就简化了设计方案的环节，把重心放在了制作产品和完善产品上。而《吹气球神器》一课关键在设计及优化如何让空气单向进入气球而不会回流这一方案上，产品的制作过程却相对简化。当然，侧重什么样的环节需要教师根据学生的实际需求和自身预设的教学目标而定。

2.培养工程建造的素养意识

在建造产品的过程中，教师要让学生明白不仅是完成产品而已，还需要培养学生环保、经济、安全、合作等素养意识。如《弹跳玩具》一课中，教师安排小组长先选出切割员、安全员、实验员和质量监督员。分工明确，各司其职，才能顺利实施工程。由于接触到切割机，安全提醒和监督又是必不可少的，教师用课件出示了安全提醒。其中成本预算也是工程实施中的重要因素。教师要求各组节约纸板材料。下一个环节“研究弹跳高度与什么因素有关”，各组需要利用现有材料再制作玩具进行对比研究。因此切割时不能浪费纸板，要为下面的研究留有余地。

整合中运用数学的思维方法

数学是研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的一门学科，是学习和研究现代科学技术必不可少的基本工具。教学中，教师如能合理巧妙地运用数学思维方法，能够准确甚至高效地解决问题。

1.数学思维解决问题更准确

产品制作完成后，要经历多次的检测，才能知道产品的真实性能。求平均数、求和等数学方法的运用就能准确合理地解决问题。如《弹跳玩具》一课中，教师提出问题“你的玩具能跳多高？”若学生只测量一次，偶然性较大。如果此时得出的结果不合理，必将影响接下来“探究弹跳玩具弹跳高度与什么有关”这一问题的研究。教师让学生测量3～5次，取平均数，这样就能减少误差。开展竞赛活动时，这样操作也更公平合理。

2.数学思维解决问题更高效

有时候巧妙运用数学思维方法，能高效地解决问题。如《测量一炷香的燃烧时间》一课中，如何在短时间内测量出一炷香的燃烧时间呢？教师把这个问题抛给学生，这时有学生建议点燃香的两端，可让测量时间缩短一半。有学生建议，测量一下香的长度，再测量香燃烧一厘米的所需时间，然后计算出整支香的燃烧时间。还有学生想到只要先测量一分钟燃烧了多长的香，就能计算出烧掉整支香的所需时间。教师巧妙地激发了学生的数学思维，高效地解决了问題，提高了工程实施的效率。

工程实践课就是以项目任务为驱动，借助科学与工程、技术等学科整合的平台，培养学生的探究思维、设计思维、工程思维和数学思维的课堂，从而提升学生的思维品质、动手能力、合作素养、创新精神等核心素养。

（本文系江苏省教育科学“十三五”规划乡村教师专项重点资助课题《科学、工程、技术整合的教学案例研究》（XC-a/2016/04）研究成果。）