以有效设计助推工程思维提升

孟王芳

【摘   要】  技术与工程是对学生进行科学探究和技术创新两方面的教育，提高学生工程思维和实践创新的能力，是当前小学科学教育的发展方向。本文针对工程思维的特征，结合实际教学现状，提出基于STEM理念，从科学知识、科学思维、设计能力、科学态度等几方面提出培养提升小学生工程思维能力的教学策略和思路。

【关键词】  工程思维;STEM理念;设计制作;科学探究;能力态度

小学科学大多数的实验是验证性实验，其目的在于巩固所学的理论，但在培养学生的思维能力方面则较差，缺乏自主探究能力与工程思维能力的培养。然而，技术与工程恰恰架起了科学探究、创新发明与工程思维的桥梁，为我们的实际教学探寻了新的思路。

针对教学中简单设计后脚踩西瓜皮制作的“无谓设计”;学生拿到实验材料没有前期动脑设计，就满是好奇心投入动手的“没有设计”;以及在作品完成后再来进行设计的“伪设计”，让我们错失了很多可以锻炼学生工程思维的机会。因此笔者认为，在技术工程教学过程中，有目的性的有效设计能大力助推工程思维能力的提升。如何引导学生进行有效设计，可以从工程思维几个特性入手：

一、设计基于STEM，激发思维活跃度

工程思维具有综合性，以解决现实问题激发学生进行科学探究，在工程活动中既要考虑所要建构的对象，又要把整个活动与周围的自然、社会、环境联系起来，这和STEM理念是相通的。因此工程项目的提出如果能基于STEM理念，切合学生的生活实际，更能激发学生思维的活跃度，调动思维能力的综合性。在《制作一只保温杯》的教学中，老师结合即将到来的运动会提出设计制作任务：要求运用学过的《热》这单元知识，设计并制作一只保温杯，棒冰没融化算优秀，奖品就是小组分吃棒冰，棒冰融化就需要再改进。当制作保温杯的任务遇到学生喜欢的棒冰时，设计和制作变得那么有吸引力。在设计保温杯时，学生调动前所未有的积极性投入到设计讨论中，从筛选杯子材质到杯子外面保温用什么，到包装材质颜色吸热反光，到考虑运动会当天天气温度，甚至到棒冰大小品种的选择，杯子的美观都被列入到了设计讨论中去。

这样的讨论、设计、制作综合了学生的知识储备、生活经验、实践等各方面能力，将科学、技术、工程、数学等有机融合进去，有效提升了学生的工程思维能力。

二、注重应用知识，提升思维深度

工程思维具有思维指向性，需要按照一定的目标、规范或者标准去思考设计制作，这要充分调动学生已有的知识储备。技术与工程中的设计制作一般安排在单元学习最后一课，其目的在于对本单元知识的梳理和应用。为避免学生的工程制作出现“依葫芦画瓢”现象，在讨论设计前，一定要对本单元的知识围绕创作的需要进行梳理回顾。比如《做一个太阳能热水器》可以围绕“运用我们本单元学过的知识，怎样让我们自制的太阳能热水器获得更多的热？”这个话题开展讨论。这个问题的提出前提是“运用本单元学过的知识”，学生很自然会联系之前学过的课，从“物体的颜色”“太阳能的材料选用”“怎样的角度放置”等等展开交流。学生通过交流能初步综合知识和经验进行设计自己的太阳能热水器。如果能这样有目的地回顾梳理知识，那么学生的工程制作就不仅仅只是中看不中用的“花瓶摆设”，它一定能体现科学课堂所学的知识，同时又能通过动手实践进一步发展科学概念，提升思维深度。

三、注重设计讨论，开拓创新思维

工程思维具有创新性，在设计制作过程中更具有跳跃性、求异性，更能触发思维碰撞。根据创作的要求和相关的概念，在个人综合知识和生活经验的基础上，经过构思、选择、确定方案，画出草图，这就是设计。接着在小组交流讨论过程中，学生要思考哪个方案最可行，哪个材料最实用，哪种方法最科学等，这个环节称之为“设计讨论”。但这一过程目前我们往往比较弱化，导致学生没有按设计来创作。因此在课堂教学环节中，要充分调动每个学生思维积极性，先自行设计，再进行小组讨论，最后确定方案。比如《指南针》制作中小组同学对于制作“空中悬浮式”还是“水中漂浮式”进行了辩论。通过交流启发，打开了同学们的思维“或者我们把指南针用绳子系住放进透明的玻璃瓶，再用塞子塞住，这样不是既看得见又不受风、水或者空气流动的影响，而且可以随意移动或者摆放。”最后他们的这个“瓶子指南针”获得科技小創作一等奖。

可见“设计讨论”是一个对多种方案进行选优的过程，也是一个学生解决问题的过程，这是工程思维中的重点。在设计中推断预测制作中可能遇到的问题，尝试使用最合适的方法，选择最合适的材料工具进行作品设计，力求最优化，这是工程思维对实践的理性认识和复杂的立体型思考，工程思维就在这种综合判断和选择过程中不断提升，不断创新。

四、注重反思设计，提升科学思维

工程思维具有严谨性，只有在反复的讨论、尝试、改善中，产品的制作才能不断趋向成功，严谨性是这过程中必不可少的思维品质。所以说“设计讨论”是技术课程的重要环节，后期的测试完善、改进设计方案则是技术工程的点金之笔。

让学生在作品的测试和比较中学会反思，寻找原因，在反思中促进新的观念的形成，在修正作品中提升科学能力。这比作品本身的优劣更值得关注，是学习的隐性成果之一。比如《有趣的浮沉子》，老师布置设计任务后，特别提醒学生，在制作中，如果遇到问题困难，想想怎么解决，在原来的设计图上用另一种颜色的笔再进行反思改进。从图片中发现，学生用红笔进行改进之处正是学生制作中遇到的困难，并通过不断的尝试，改善发现原先设计中忽略的、或者考虑不严谨之处。这两种颜色的设计很好地展示了学生思维在不断向严谨性发展，展示思维深度的提升。

对自己的设计、自己的作品进行反思改进，不但可以总结创作经验，优化设计方案，还可以加深学生对科学知识的理解和运用，提高学生的观察能力、分析能力、科学探究能力、创新能力和合作能力。