小学科学教学中关于工程设计与物化的思考

文/深圳市宝安区孝德学校 李全满

工程设计与物化是小学科学课程内容的重要组成部分，《义务教育科学课程标准（2022 年版）》提出的13 个学科核心概念中有2 个明确提到工程。课程标准中还提出了4个跨学科概念，作为促进学科知识整合的桥梁和有效方式，开展高效的工程设计类教学,有助于学生形成跨学科概念。基于工程设计与物化的教学,有助于学生了解工程的建设过程，认识工程的复杂性，明白改进和完善将贯穿工程建设的各个环节。本文以教科版三年级下册《我们的“过山车”》为例，浅谈如何在教学中引导学生完成工程的设计与物化。

一、创设真实的问题情境

新版课程标准中多次提到要创设真实的问题情境，要引导学生在科学观察和亲身体验的过程中获取直接经验，产生探究热情。基于此，小学科学教师在进行工程设计类课程教学时，应尽量将课堂教学与真实的生活情境相结合，通过创设真实的问题情境，使学生学会观察生活，提出问题，解决问题，意识到科学与生活密切相关。

例如在执教《我们的“过山车”》一课时，在引入环节通过创设贴近生活的问题情境，聚焦本节课的研究内容，引发学生的兴趣。迪士尼乐园对于三年级的孩子非常具有吸引力，通过出示上海和香港迪士尼乐园的图片，将学生的注意力迅速吸引过来，然后话锋一转，提出迪士尼公司要在深圳建立一个迪士尼乐园，现在正在招标一款过山车，引出本课的研究主题。通过创设学生喜闻乐见的真实问题情境，将一个枯燥复杂的工程设计问题尽可能转变为学生乐于接受的挑战任务，提升了学生学习的热情。

二、提供结构化的制作材料

科学是一门指导学生基于证据进行推理论证的基础学科，获取证据需要运用多种方法。在这一过程中，教师能否为学生获取证据提供恰当而有结构的材料就显得特别重要。在工程设计类课程中，由于学生在设计过程中会有很多不同的思路和想法，对实验材料的结构化就提出了更高的要求。教师在教学中应结合工程设计类课程的具体特点，深度挖掘实验材料的“结构”，挑选有整体性的典型材料，以支撑学生的设计与创意。

教师在准备时应思考为学生提供哪些结构化的材料，确保学生通过自主探索可以发现这些材料更多的组合及使用技巧。在执教《我们的“过山车”》一课中，考虑到学生具有不同的设计及制作需要，教师通过实地考察、对比观察、多次实验，选择了新颖、创意、实用、结构化的实验材料，既有常规实验材料，又有创意的实验材料。一方面，轨道设计环节中，通过师生的讨论，手撕胶带、超轻粘土、纸笔都成为设计图纸的材料，学生拥有充分的自主权，他们根据自己的需求选择材料，以方便他们进行轨道设计图的绘制及修改；另一方面，在搭建材料方面，用方便、轻便、光滑、廉价的扑克牌制作轨道既可以满足轨道光滑、有坡度的需要，又方便学生制作。用空心管和支架连接器固定及升降轨道，降低搭建难度，满足了学生和教学的需要。这些结构化的实验材料的提供及根据需求的领取，让学生在最大程度上实现自主选择、自主设计，既体现了学生的主体性原则，又实现了材料整体的结构化，绘制和搭建的结构化，助推学生更好地实现设计和制作，为学生带来了真实的情感体验。

三、为学生搭建探究的脚手架

根据最近发展区理论，学生除现有水平之外，还存在一种潜在的发展水平，现有水平和潜在发展水平之间的差距就是最近发展区，学校的教学活动应该立足于学生的最近发展区，通过恰当的教学方式提高学生的综合素养。在工程设计类课程中，学生如果想跨越最近发展区进入下一个发展区，离不开教师的帮助，更离不开教师为学生搭建探究的脚手架，脚手架就像一只无形的手，给学生提供一些线索、思路或示范行为，让学生自主完成工程作品的设计制作。

一个工程设计类课程通常包括多个课时，《我们的“过山车”》对于三年级的学生是有挑战性的，当学生遇到问题时，教师能否提供合适的脚手架以支撑学生的学习，将直接影响学生学习的效果及作品的产出。学生制作过山车的材料是重要的载体，如果选择的材料不恰当、提供的材料不充分，不仅达不到制作的要求，更会打击学生的积极性。由于学生生活经验及知识水平有限，教师在材料选择及制作过程中通过启发引导、师生对话、材料提供、方法引导、视频演示等方式为学生搭建脚手架，使学生明白材料选择、制作过程、改进完善每一步都是不容易的，都需要根据实际需要有所取舍，制作出的产品满足实际的需要才是最佳的选择。同时，也让学生明白作为一名工程师的不易，材料的创新、方法的创新、不断的完善，才能让我们的产品越来越好。

工程设计类课程具有极强的综合性和实践性，开展好工程设计类课程将对于探究实践课程理念的落实，学生核心素养的培养，学生动手能力、解决实际问题能力的提升都有很大帮助。我们要不断思考工程设计类课程教学策略和方法，帮助学生在有限的课堂教学中学习方法、掌握技能、提升能力。