孟王芳

【摘? ?要】? 技術(shù)與工程是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究和技術(shù)創(chuàng)新兩方面的教育，提高學(xué)生工程思維和實(shí)踐創(chuàng)新的能力，是當(dāng)前小學(xué)科學(xué)教育的發(fā)展方向。本文針對(duì)工程思維的特征，結(jié)合實(shí)際教學(xué)現(xiàn)狀，提出基于STEM理念，從科學(xué)知識(shí)、科學(xué)思維、設(shè)計(jì)能力、科學(xué)態(tài)度等幾方面提出培養(yǎng)提升小學(xué)生工程思維能力的教學(xué)策略和思路。

【關(guān)鍵詞】? 工程思維;STEM理念;設(shè)計(jì)制作;科學(xué)探究;能力態(tài)度

小學(xué)科學(xué)大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其目的在于鞏固所學(xué)的理論，但在培養(yǎng)學(xué)生的思維能力方面則較差，缺乏自主探究能力與工程思維能力的培養(yǎng)。然而，技術(shù)與工程恰恰架起了科學(xué)探究、創(chuàng)新發(fā)明與工程思維的橋梁，為我們的實(shí)際教學(xué)探尋了新的思路。

針對(duì)教學(xué)中簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)后腳踩西瓜皮制作的“無(wú)謂設(shè)計(jì)”;學(xué)生拿到實(shí)驗(yàn)材料沒(méi)有前期動(dòng)腦設(shè)計(jì)，就滿是好奇心投入動(dòng)手的“沒(méi)有設(shè)計(jì)”;以及在作品完成后再來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的“偽設(shè)計(jì)”，讓我們錯(cuò)失了很多可以鍛煉學(xué)生工程思維的機(jī)會(huì)。因此筆者認(rèn)為，在技術(shù)工程教學(xué)過(guò)程中，有目的性的有效設(shè)計(jì)能大力助推工程思維能力的提升。如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，可以從工程思維幾個(gè)特性入手：

一、設(shè)計(jì)基于STEM，激發(fā)思維活躍度

工程思維具有綜合性，以解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，在工程活動(dòng)中既要考慮所要建構(gòu)的對(duì)象，又要把整個(gè)活動(dòng)與周圍的自然、社會(huì)、環(huán)境聯(lián)系起來(lái)，這和STEM理念是相通的。因此工程項(xiàng)目的提出如果能基于STEM理念，切合學(xué)生的生活實(shí)際，更能激發(fā)學(xué)生思維的活躍度，調(diào)動(dòng)思維能力的綜合性。在《制作一只保溫杯》的教學(xué)中，老師結(jié)合即將到來(lái)的運(yùn)動(dòng)會(huì)提出設(shè)計(jì)制作任務(wù)：要求運(yùn)用學(xué)過(guò)的《熱》這單元知識(shí)，設(shè)計(jì)并制作一只保溫杯，棒冰沒(méi)融化算優(yōu)秀，獎(jiǎng)品就是小組分吃棒冰，棒冰融化就需要再改進(jìn)。當(dāng)制作保溫杯的任務(wù)遇到學(xué)生喜歡的棒冰時(shí)，設(shè)計(jì)和制作變得那么有吸引力。在設(shè)計(jì)保溫杯時(shí)，學(xué)生調(diào)動(dòng)前所未有的積極性投入到設(shè)計(jì)討論中，從篩選杯子材質(zhì)到杯子外面保溫用什么，到包裝材質(zhì)顏色吸熱反光，到考慮運(yùn)動(dòng)會(huì)當(dāng)天天氣溫度，甚至到棒冰大小品種的選擇，杯子的美觀都被列入到了設(shè)計(jì)討論中去。

這樣的討論、設(shè)計(jì)、制作綜合了學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備、生活經(jīng)驗(yàn)、實(shí)踐等各方面能力，將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等有機(jī)融合進(jìn)去，有效提升了學(xué)生的工程思維能力。

二、注重應(yīng)用知識(shí)，提升思維深度

工程思維具有思維指向性，需要按照一定的目標(biāo)、規(guī)范或者標(biāo)準(zhǔn)去思考設(shè)計(jì)制作，這要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的知識(shí)儲(chǔ)備。技術(shù)與工程中的設(shè)計(jì)制作一般安排在單元學(xué)習(xí)最后一課，其目的在于對(duì)本單元知識(shí)的梳理和應(yīng)用。為避免學(xué)生的工程制作出現(xiàn)“依葫蘆畫瓢”現(xiàn)象，在討論設(shè)計(jì)前，一定要對(duì)本單元的知識(shí)圍繞創(chuàng)作的需要進(jìn)行梳理回顧。比如《做一個(gè)太陽(yáng)能熱水器》可以圍繞“運(yùn)用我們本單元學(xué)過(guò)的知識(shí)，怎樣讓我們自制的太陽(yáng)能熱水器獲得更多的熱？”這個(gè)話題開展討論。這個(gè)問(wèn)題的提出前提是“運(yùn)用本單元學(xué)過(guò)的知識(shí)”，學(xué)生很自然會(huì)聯(lián)系之前學(xué)過(guò)的課，從“物體的顏色”“太陽(yáng)能的材料選用”“怎樣的角度放置”等等展開交流。學(xué)生通過(guò)交流能初步綜合知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)自己的太陽(yáng)能熱水器。如果能這樣有目的地回顧梳理知識(shí)，那么學(xué)生的工程制作就不僅僅只是中看不中用的“花瓶擺設(shè)”，它一定能體現(xiàn)科學(xué)課堂所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)又能通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)概念，提升思維深度。

三、注重設(shè)計(jì)討論，開拓創(chuàng)新思維

工程思維具有創(chuàng)新性，在設(shè)計(jì)制作過(guò)程中更具有跳躍性、求異性，更能觸發(fā)思維碰撞。根據(jù)創(chuàng)作的要求和相關(guān)的概念，在個(gè)人綜合知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)構(gòu)思、選擇、確定方案，畫出草圖，這就是設(shè)計(jì)。接著在小組交流討論過(guò)程中，學(xué)生要思考哪個(gè)方案最可行，哪個(gè)材料最實(shí)用，哪種方法最科學(xué)等，這個(gè)環(huán)節(jié)稱之為“設(shè)計(jì)討論”。但這一過(guò)程目前我們往往比較弱化，導(dǎo)致學(xué)生沒(méi)有按設(shè)計(jì)來(lái)創(chuàng)作。因此在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，要充分調(diào)動(dòng)每個(gè)學(xué)生思維積極性，先自行設(shè)計(jì)，再進(jìn)行小組討論，最后確定方案。比如《指南針》制作中小組同學(xué)對(duì)于制作“空中懸浮式”還是“水中漂浮式”進(jìn)行了辯論。通過(guò)交流啟發(fā)，打開了同學(xué)們的思維“或者我們把指南針用繩子系住放進(jìn)透明的玻璃瓶，再用塞子塞住，這樣不是既看得見(jiàn)又不受風(fēng)、水或者空氣流動(dòng)的影響，而且可以隨意移動(dòng)或者擺放?！弊詈笏麄兊倪@個(gè)“瓶子指南針”獲得科技小創(chuàng)作一等獎(jiǎng)。

可見(jiàn)“設(shè)計(jì)討論”是一個(gè)對(duì)多種方案進(jìn)行選優(yōu)的過(guò)程，也是一個(gè)學(xué)生解決問(wèn)題的過(guò)程，這是工程思維中的重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中推斷預(yù)測(cè)制作中可能遇到的問(wèn)題，嘗試使用最合適的方法，選擇最合適的材料工具進(jìn)行作品設(shè)計(jì)，力求最優(yōu)化，這是工程思維對(duì)實(shí)踐的理性認(rèn)識(shí)和復(fù)雜的立體型思考，工程思維就在這種綜合判斷和選擇過(guò)程中不斷提升，不斷創(chuàng)新。

四、注重反思設(shè)計(jì)，提升科學(xué)思維

工程思維具有嚴(yán)謹(jǐn)性，只有在反復(fù)的討論、嘗試、改善中，產(chǎn)品的制作才能不斷趨向成功，嚴(yán)謹(jǐn)性是這過(guò)程中必不可少的思維品質(zhì)。所以說(shuō)“設(shè)計(jì)討論”是技術(shù)課程的重要環(huán)節(jié)，后期的測(cè)試完善、改進(jìn)設(shè)計(jì)方案則是技術(shù)工程的點(diǎn)金之筆。

讓學(xué)生在作品的測(cè)試和比較中學(xué)會(huì)反思，尋找原因，在反思中促進(jìn)新的觀念的形成，在修正作品中提升科學(xué)能力。這比作品本身的優(yōu)劣更值得關(guān)注，是學(xué)習(xí)的隱性成果之一。比如《有趣的浮沉子》，老師布置設(shè)計(jì)任務(wù)后，特別提醒學(xué)生，在制作中，如果遇到問(wèn)題困難，想想怎么解決，在原來(lái)的設(shè)計(jì)圖上用另一種顏色的筆再進(jìn)行反思改進(jìn)。從圖片中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生用紅筆進(jìn)行改進(jìn)之處正是學(xué)生制作中遇到的困難，并通過(guò)不斷的嘗試，改善發(fā)現(xiàn)原先設(shè)計(jì)中忽略的、或者考慮不嚴(yán)謹(jǐn)之處。這兩種顏色的設(shè)計(jì)很好地展示了學(xué)生思維在不斷向嚴(yán)謹(jǐn)性發(fā)展，展示思維深度的提升。

對(duì)自己的設(shè)計(jì)、自己的作品進(jìn)行反思改進(jìn)，不但可以總結(jié)創(chuàng)作經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，還可以加深學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用，提高學(xué)生的觀察能力、分析能力、科學(xué)探究能力、創(chuàng)新能力和合作能力。