在实验教学中培养学生工程思维能力

◇陈宝桂（福建：德化县实验小学）

随着我国新课程改革的全面推进，在小学科学教学活动中，教师更加注重培养学生工程思维，这也成为当前教学中新的风向标。小学科学教师在课堂上，加强学生对知识的摸索、发现、探究、推理等方面能力的培养，不是浅层地探究，而是更深层次地领会知识，引导学生在科学知识的海洋中探索发现，培养和锻炼工程思维。在科学课堂上，教师要脱离以往传统教学的理念、方式，要对课堂教学重新调整，引入全新的多元教学模式，注入新鲜元素，要充分调动学生在课堂上的积极性和行动力，引导学生积极探究，鼓励学生脑、手、眼协调，要给予学生充足的实践时间，加强对学生工程思维的培养。

一、工程思维的内涵及特征

工程思维，从字面理解，具有较强的逻辑性、规范性、程序性等特点。工程的理论知识—设计—创新—动手—验证等一系列操作，需要学生具备较高的综合素质。总体来说，工程思维主要根据特定的目标，参照一定的标准和规范来开展设计创新，再投入生产或建设，最后制造出产品，投入应用。在此期间，我们要让学生了解工程的来龙去脉以及相关的流程，帮助学生搭建完整的知识构架，并参与实践。工程思维具有以下特征。

（一）现实性

工程思维注重前期的筹划，要深入分析其可行性，并要具备一定的预见性，能够把握潜在可能性、现实可行性，找准转化契机，处理工程预想与现实状况之间的矛盾。工程思维能将客体对象转化为与主体价值相符合，且明确主体价值的意图，其现实性特征，充分表明工程建构这一活动，能真正考验一个人是否有真才实学和能力。

（二）创新性

可以说，工程思维中的创新性与以往的创新思维有一定的差异。工程思维中的创新性有方向、有目标、有空间感，更注重标准性和操作性；而创新思维需要丰富的想象力，更有跳跃性、求异性等显著特点。

（三）综合性

工程思维具有系统性、复杂性的特点，与理性思维截然不同。理性思维求实、注重实证。而人们在开展工程活动时，应当结合即将建造或建构的对象，制定明确清晰的目标，将活动本身与自然、社会、经济等多方面元素糅合起来，把工程系统扩大化。也就是说，工程思维是一种从应该做到如何做的思维活动，非常真实、具体、理性，需要具备较强的推理能力、判断能力、选择能力。

二、学生工程思维能力培养的意义

当下的小学科学教学活动，基本上还是以“理论+实践”的方式呈现在学生面前，而多半是一些科学小实验，以帮助学生巩固理论知识，引导学生专注学习。但学生的思维能力并没有得到充分发挥，在课堂上缺乏探究意识，疏于培养工程思维。笔者发现，科学这门课程在小学阶段的学科地位一直处在边缘化，甚至有的学校开展科学活动就是为学生播放一些动画视频的实验，有的还会被其他学科所挤占，实验操作活动少之又少，为了理论而学习，为了实验而操作，学生学习起来缺少认知、缺少激情，这不利于小学生综合素养的提升和发展。如果在小学科学教学活动中，能够引入工程思维，课堂教学质量就能得到极大的优化与提升。为此，教师要对每节课程进行多元设计，结合学生自身特点以及实际学情，通过工程思维来搭建学生与科学知识间的桥梁，让学生在科学知识的海洋中探索、深思，探寻科学的奥秘，感受科学的乐趣。这样，在教师的引导下，就能充分调动学生在课堂上的主观能动性，真正让学生体会到“玩中学”“学中探”“探中思”。教师要采用科学的方式组织学生参与实验项目的学习，帮助学生构建工程框架，巩固科学知识，探索科学原理，提升学生工程设计、动手操作技能，培养学生思维推理、建模能力。除此之外，科学教师还可以引入生活中一些工程案例，将实际问题引入课堂教学之中，从理论延伸至实践，跨越到真实的工程案例中，让学生边动手、边探究。因此，在小学科学教学中，教师要注重对学生工程思维的培养，引入科学、工程、技术等方面的内容，打造一个全新的教学模式，促进学生工程思维能力得到全面发展。

三、学生工程思维能力培养的方法

工程思维是在工程设计过程中形成的一种独特的思维方式，主要用以解决实际问题，具有明确的方向和目标，并融入创新性、实践性、推理性思维。通过巩固知识、材料搜集、统筹安排、权衡利弊，引导学生从不同角度分析问题，学生的思维空间得到拓展，学生综合思维能力得到提升。

（一）教学解读——在实验中探索

在小学科学教学中，教师可以采用课题任务设置的方式，引导学生通过所学知识来自主设计任务，理论与实际紧密联系，通过实践操作强化学生手脑协调能力，并在实践操作中来培养学生工程思维。这样，不仅能够营造良好的课堂环境，帮助学生降低学习难度，还能将学生的学习兴趣充分激发出来。学习的目的并不仅仅是能够取得优异的分数，而是将所学知识内化于心，并能通过掌握的知识来解决实际问题，提高解决问题的能力。小学科学任务设计，能不断挖掘学生潜在能力，培养学生动手操作能力，用学习任务来调动学生主观能动性，从而实现学以致用的教学目标。在各行各业，工程思维的运用十分广泛，将其体现在整个课堂教学中，培养学生从小就具有工程思维，将对学生未来的成长、学习、工作有极大的帮助。因此，学习科学不能停留在了解层面，同样一个科学实验，不同的思维、不同认知会产生不同的结果，教师要引导学生，跳出“知道”“了解”这层舒适区，对科学学科进行全面解读，把所学每一个知识、做过的每一个实验都要嚼碎、揉烂，将其拆解成一个个细小的零部件。就好比拆卸一台手机，可能会很快地将手机全部拆卸，但再把手机重新组装回去，不是仅靠简单地了解就能完成的，而是需要亲自尝试、实验、摸索，一遍又一遍地总结经验，在实验中探索。

小学生具有较强的好奇心和探索欲，组织学生开展合作学习任务的设计，能激发学生的学习兴趣和热情，让学生在课堂上畅所欲言、尽情发挥，相互之间交流沟通、交换思维，每个人敢于质疑，发表自己的看法，在课堂上擦出思维之火，在实践中见证科学奇迹。

例如，在开展小学科学实验活动中，组织学生参与“制作净水器”这一实验，在教师引导下，让学生通过合作学习的方式来设计制作净水器的方案，为了推导出净水器的原理，每一个环节、每一步骤都需要设计出相应的图形。在实验活动中，学生相互交流、相互探究，完成设计方案后，梳理流程，需要一步步去验证、修复，通过探究思考、实践验证，反复操作，最终在合作努力下完成实验制作，从而实现培养学生工程思维的目的。与此同时，实验成功后，邀请组内学生结合实验方案、实验操作，详细地讲述制作净水器的过程，相互分享各自的心得体会，并在交流过程中弥补自身不足，相互促进。这样，就在有效提升课堂教学效率的同时，提升了学生工程思维水平。

（二）教学优化——在实验中升华

在科学教学活动中，教师可以为学生提供相应的原材料，引导学生运用原材料来自主搭建工程模型，使学生的思维更加活跃、灵敏，在实验操作过程中学有所获。由于小学生年龄尚小，理解能力欠佳，在小学科学教学中，有很多知识学习起来比较抽象，小学生知其然不知其所以然，很多知识只是停留于表面，不能完全理解。教师采用自制教具的方法，让学生能够亲自体验和感受，从而降低了学生学习难度，由被动学习转变为主动学习，保持了高涨的学习热情。自制教具的过程，能够培养学生脑、手、口、眼协调性，学生之间共同交流沟通，自主探究、深入思考，发现科学实验的奥秘，用自己的方式解决实际问题。在制作教具的过程中，学生能不断巩固旧知识，接受新知识，激发创新思维，结合自身认知，通过多种渠道自主搜集不同材料，在教师的科学指导下，学生能将所学知识灵活运用到实际中。教师要鼓励学生大胆猜想和创新，相互交流、交换思想，将科学知识更完整地呈现出来，有效提高小学科学教学的有效性。在科学实验中，学生手脑并用，有助于提高探究力、实践力、学习力，建立正确的科学观，与此同时，还极大地优化了课堂教学，丰富了教学内容，提高了学生工程思维能力。

例如，在教学“船的研究”这一单元时，该单元的第六课《设计我们的小船》由三大部分构成：第一，明确任务；第二，制订方案；第三，相互交流。旨在让学生结合所学知识来按照基本流程、步骤制作一艘小船，在设计上融入自身的想法和创意，以设计图、模型等方式呈现出来。在小船的搭建过程中，学生需要综合运用所学知识，提高解决问题的能力，并能多角度地分析问题，确保小船的质量。在制作过程中，我们要求学生充分体会设计对工程的重要性，并能虚心听取他人意见、采纳更好的想法来进行设计上的修改。同时，在本节课程安排中，教师鼓励学生自主搜集材料，如：泡沫板、铝箔、小电动机、风扇、导线、开关等一系列相关材料和用具。要想制作一艘质量高、颜值高的船，就应当先从设计入手，这就需要教师在课上加强引导，让学生结合所学知识和学习经验进行设计，并绘制出草图，在课堂上进行交流与探究，培养学生的逻辑思维能力和知识应用能力，有效提高课堂教学质量。

综上所述，在小学科学教学中，学生工程思维能力的提高，能够为学生带来更好的学习环境、学习体验、学习效率，让学生在学习过程中获取更多的知识，学会自主探究、深入思考、交流讨论。教师要坚持科学严谨的教学态度，运用现代教学观念，注重对学生实践动手能力和工程思维能力的培养，推动现代科学课程教学活动开创新的格局。