巧用工程思维优化探究性教学

狄倩倩

摘  要  工程思维具有现实性、约束性、综合性和创新性的特点。以三年级《做个小茶包》为例，将工程思维巧妙地运用到教学实践中，从促进工程问题的产生，到助力工程思维的呈现，再到加强工程思维逻辑，最后达成推动工程思维进阶，让学生通过这个过程能够真正做到学以致用。

关键词  小学教学  工程思维  《做个小茶包》

中图分类号：G424                文献标识码：A                 DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.02.013

Using Engineering Thinking to Optimize Inquiry Teaching

——Take “make a small teabag” of Grade Three as an example

DI Qianqian

（Liyang Foreign Language Primary School， Changzhou， Jiangsu 213300）

Abstract： Engineering thinking has the characteristics of reality， restriction， comprehensiveness and innovation. Taking the third grade "make a small tea bag" as an example， the engineering thinking is skillfully applied to teaching practice， from promoting the generation of engineering problems， to helping the presentation of engineering thinking， and then strengthening the logic of engineering thinking， and finally achieving the promotion of the advanced engineering thinking， so that students can truly achieve learning and application through this process.

Keywords： primary teaching; engineering thinking; "make a small tea bag"

《義务教育小学科学课程标准》提出：人类为实现自己的需要，对已有物质材料和生活环境加以系统的开发、生产、加工、建造等，这便是工程。工程思维是工程实践的灵魂，它具有现实性、约束性、综合性和创新性的特点，要在实际的问题和决策中，尝试用最恰当的方法和工具进行建模和工程实践，力求最优化原则。工程思维架起了探究发现、技术发明与产业发展的桥梁，为实际教学探寻新的思路，让学以致用真正发生。以三年级《做个小茶包》为例，它以喝茶做引子，从怎样让茶水分离这个问题着手，进行思考，在不断地设计改良中有所发现并开始尝试制作小茶包。通过反复的设计建模后，学生发现并体会工具对标准化的重要性。这一课实际上是三年级《测量》一课的延伸。

创设真实情境，促进工程问题的产生

基于现实生活的真实任务，能紧密联系学生的生活经验，启发学生思考问题，促进工程问题的产生。真实的情境针对性更强，能激发学生的好奇心和求知欲，促进他们剖析问题，自主地理解知识、体会构建意义。

例如，在《做个小茶包》的导入环节，因为学生在课前对茶叶的相关知识了解得很少，所以为了铺垫和宣扬溧阳的茶文化，教师用茶叶节相关视频营造合适的氛围：只要有客人来，热情的溧阳人民都会请他喝杯溧阳茶。教师采用请客喝茶的方式请学生品尝溧阳茶，以此增加课堂趣味，同时引导学生发现茶叶容易沾在嘴里这一真实情况。由此启发思考：为什么茶叶容易沾在嘴里？从而产生工程问题：怎样让茶水分离。

开展结构教学，助力工程思维的呈现

1.设计有结构的活动，呈现工程思维的可操作化

有结构的活动设计指的是活动内容的详略安排、层次性和各部分出现的时机等。它倡导整体感悟、整体融合，使学生在掌握知识的同时，理解知识的逻辑关系，充分感受和把握探究性学习的知识和方法结构，形成比较完善的科学认知结构和思维结构。工程思维就是在理念的指导之下，根据一定的功能和要求巧妙构思，设计结构体系，选择组合优化成自然要素、技术要素、人文要素、社会要素、环境要素等各种功能要素，使它们彼此关联，相互耦合，成为一个结构化的、功能化的、效率化的复杂系统。工程思维一定要有自我完善、修改的过程。有结构的活动中，工程实践为推动学生的工程思维奠定基础。

例如，本节课的整体架构是：追本溯源，壶内的文章壶外做，三次提升。怎样让茶水分离？教师提示学生：你们的水都是从这个壶里倒出来的，你们能对这个壶进行改进吗？之后出示实物壶和图，让学生在设计的时候思考并画一画。

第一次提升是把学生的关注点引导到壶上，让他们来画，有的学生会画滤网。教师展示带滤网的壶，让学生讨论使用滤网有什么优点和缺点？怎么改进？有的学生说滤网不能完全让茶水分离，但是把网眼调小又容易导致堵塞。

第二次提升是滤网的升级版——滤杯，但它同样有茶叶渣被倒出、泡茶时要水多、清洗困难、携带不方便等缺点。滤网、滤杯的这些缺点怎么解决呢？这时学生的思维局限在壶内，想不到壶内的文章可以壶外做，这是工程思维更高的一次跃升。

于是第三次提升出现了：制作便捷的小茶包。茶包的设计和制作，是在对壶的改进基础上，逐步呈现学生的工程思维：为什么要做小茶包，追溯源头是因为滤网、滤杯有缺点，携带不方便，清洗困难，还容易碎等，那做什么样的小茶包比较好呢？这也是需要考虑的问题。

2.提供有结构的材料，呈现工程思维的高效化

小学生的自制能力差，对材料有旺盛的好奇心和求知欲，一旦材料的摆放、操作流程等不清晰，会让学生的操作漫无目的，停不下来，使得他们的课堂表现和思维都变得混乱。有结构的材料对选择和摆放位置、顺序等都有严格的要求，具备启发性、典型性、可操作性、自主选择性、课外衍生性等特征，同时也要明确使用目的、要求、时间和空间。教师通过精心设计、提供有结构、有价值的材料，这是开展探究性教学的基础，也是工程思维序列化得以清晰显露并高效化实施的一大助力。

本课用到的材料是：茶壶设计图、四种茶包纸、线、热封机、电子秤、直尺、剪刀、塑料药匙、一次性塑料杯等。学生对电子秤、热封机、剪刀等很感兴趣，会一直不停地摸索，如何将这些动手的欲望转变为工程思维的力量？这就需要教师设计有结构的材料。

例如，茶叶的选择是有讲究的，同样是1克，绿茶比铁观音的体积稍微大些，取的时候时间也会长一些，而单片的铁观音更重，可能带来的称量误差更大。茶叶不能直接放在电子秤上称量，选择什么样的辅助称量工具就很重要，既要便于称量的，又要为后续的操作埋下伏笔。一开始教师选择的是一次性过滤纸，但是称完之后还要倒在杯子里，很麻烦，而且三年级的学生动手能力有限，很难完美地将茶叶全部运至纸上。后来考虑到是在单位水量里放入茶叶，用100毫升的烧杯替代，实验的效果更好。但是专业人士提醒：茶叶很轻只有2克，一个烧杯重30～40克，这会带来更大的机械误差。最后综合教学活动和学生的操作，教师选择的是一次性塑料杯。

选取茶叶的工具也要恰当，直接上手不卫生，用硅胶镊子虽然精细，但对学生的控制力要求比较高，费时间;教师还找了茶道上的工具也不合适;最后选择了实验室常用的塑料药匙，操作难度低又比较容易找。

在初次尝试制作茶包时，只提供每小组4种茶包纸、茶叶、线、订书机等材料，把这些材料放在抽屉里。在学生研究完茶包纸的材质后，进行茶叶分量的探讨时，再根据需求适时地提供电子秤和塑料药匙。第二次制作时提供选择出来的最好的玉米纤维网布、剪刀、直尺、热封机支撑学生的工具需求。物品的分开摆放是体现材料结构化的重要一环。教师指导学生通过对电子秤、直尺、剪刀、热封机的操作与使用，学习简单的加工方法，初步认识生活中常见的工具，意识到人们的生活离不开各种工具。如操作和使用电子秤，比较杆秤、盘秤、电子秤等称重工具的准确性，体会使用工具更准确，让标准化大规模生产成为可能。通过材料结构的不断摸索，课堂上工程思维的呈现越来越清晰。

3.构建有结构的板书，呈现工程思维的可视化

板书设计是教学设计的画龙点睛之笔。有结构的板书能将抽象的知识形象化、复杂的知识条理化，对教学内容起到提纲挈领、加深印象的作用，有益于学生掌握知识，凸显工程思维进阶的过程。学生围绕怎样让茶水分离进行一系列的思维活动，并最终让茶包标准化生產成为可能。教师把学生工程思维的每个节点、转变的过程都体现在板书上。

本节课的第N次板书一开始没有突出工程问题：怎样让茶水分离？也没有把三次改进的过程凸显在板书上，所以课后调查时发现大多数的学生只认识到我做了个小茶包，知道做茶包是有要求的，但是对于为什么要做茶包还是不太清楚。

第N+1次的板书更贴近教学要求，以尽可能精简的文字、符号、线条反映更丰富的内容。在出示没有过滤作用的壶之后，怎么改进壶的结构成了大难题，单纯用语言描述不够直观，对学生的影响有限，所以教师先让学生想办法，然后用先说再画的方式体现在板书上，这样的方式更能突显工程思维的进阶。以“设计为主线，边设计边改进，体现学生思维”为中心，分为科学探究活动和工程活动。科学探究活动中，学生了解了茶水分离的知识与概念;工程活动中，学生以“制作茶包和控制茶叶量”为题，经历工程设计的完整流程，了解不同材质的茶包纸性能、工程实践的各种限制条件、科学知识在工程建造中的应用，从而加深对概念的理解。有结构的板书增强了探究性教学的吸引力、启发性和感染作用，培养了学生的分析能力、概括能力。

构造实物模型，加强工程思维的逻辑

工程思维起于思考，突出实战，最终成于物品。明确方向后学生要不断构造实物模型，最终修建出一条通向正确方向的道路。

设计模型：所谓设计模型是指围绕着设计方案，小组成员相互讨论，明确设计和制作方案，最终画出茶包的设计示意图。设计模型前要确保学生对茶包的结构有一定的认识，这样学生才能充分发挥主观能动性，灵动地设计与制作。所以前置任务是：茶包由哪些部分组成？你能为这个一次性杯子设计并制作方便取用的小茶包吗？以这个问题活跃思维，为后续的设计、制作奠定基础。

验证模型：占据核心位置。学生在构建模型时由于受各种因素的影响，可能会脱离设计方案。所以验证模型时要强调按图施工，用“你们组选择的是什么茶包纸，这个茶包纸有什么优点”等问题来强化学生的认识，加强他们的自我认同感。再次验证模型时，可以通过泡茶等方式检验茶包纸的性能以及加工手法是否妥当。

评价模型：构建模型后，各小组展示茶包模型，介绍本组茶包的特色。在教师的引导下，学生从设计、结构、造型等方面对模型进行评价。

修正模型：生生互评的方式利于学生发现问题，并促使他们反思：什么样的茶包纸才是最好的？适合大规模生产？1个茶包放多少茶叶合适？不同的茶叶泡开后舒展情况不同，合适的尺寸是多少？每个人的需求各不相同，怎么定制茶包？在反思中学生产生新的想法反馈课堂。由于受到课堂时间的影响，茶包模型不会太精致，教师可以把这些茶包当作样品交给学生，为后续的模型研究种下种子。

本节课学生反复经历设计模型、验证模型、评价模型、修正模型4个过程。工程思维就是“逢山开路、遇水搭桥”，遇到什么问题就解决什么问题，在科学方法指引下不断试错。在这4个过程中工程思维必须全面把握人与自然、与其他成员乃至整个人类社会的互动关系，避免学生单纯从技术的角度考虑工程问题，避免学生仅仅着眼于工程对象本身而忽视工程“系统”与“环境”的相互作用，培养了学生的分析能力和实践能力。

优化评价指导，推动工程思维的进阶

由于大脑的发育趋于成熟，三年级学生进入心理快速发展期，对外部控制的依赖性逐渐减少，但是内部的自控能力又尚未发展起来，还不能有效地调节和控制自己。外部表现为三年级学生争强好胜，亟须积极评价，因为内部评价机制还没成熟，所以注重外部评价奖励。适时评价、及时肯定学生的想法，可以提升他们的感性认识，活跃工程思维，从而产生新问题的需要。课堂反馈时积极利用生生互评、教师指导来推进工程思维的进阶。

例如茶包材料的改进，我选择从茶包纸这个角度切入：从提供的白纸、滤纸、棉布、玉米纤维网布中自选一种材料制作小茶包。在后续讨论中发现棉布不透明且出茶速度慢、白纸容易破。从而引发第二次探究：选用什么材料，茶叶舒展时要留多少空间？学生在这个过程中明确了茶包四要素：茶叶量、茶包尺寸、茶包纸的选择、制作方式。在讨论茶包纸的材质必须具备哪些特点时，大部分学生一开始选择的是滤纸和棉布，前者是市面上常用的茶包纸，后者是根据自身的生活经验做出的选择，白纸没有人选。在学生阐述理由后我给予积极评价：

确实如此，市面上的茶包大部分选用的都是滤纸。

棉布也合适，你是怎么发现的？它的吸水性很好，有利于茶水析出，日常生活中用得也多。

玉米纤维网布材质有什么优点呢？再仔细观察下。

你的想法很有创意。

通过教师积极地评价指导和生生互评，学生在轻松的氛围中学习积极性更高，工程思维更活跃。我们能很快得出茶包纸的选用标准——玉米纤维网布材质卫生、结实、透水、环保、通透，做茶包纸最好，让工程思维的指向性更明确，快速进阶。