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        指向工程思維培養(yǎng)的科學(xué)項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)

        2023-07-11 14:29:16袁晉
        江蘇教育研究 2023年11期
        關(guān)鍵詞:工程思維

        袁晉

        摘要:在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中,培養(yǎng)學(xué)生的工程思維是重要課題。在科學(xué)項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)中,通過鍛煉籌劃性思維、激發(fā)可行性思維、培植價(jià)值性思維、實(shí)現(xiàn)迭代性思維等路徑,能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

        關(guān)鍵詞:工程思維;籌劃性思維;可行性思維;價(jià)值性思維;迭代性思維

        中圖分類號(hào):G623.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-9094(2023)11-0078-03

        《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版》(以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》)強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)從知識(shí)本位到素養(yǎng)本位的跨越,創(chuàng)新設(shè)置了13個(gè)學(xué)科核心概念,涵蓋了所有學(xué)生在義務(wù)教育階段應(yīng)該掌握的科學(xué)課程的核心內(nèi)容[1]。其中“技術(shù)、工程與社會(huì)”和“工程設(shè)計(jì)與物化”兩個(gè)學(xué)科核心概念迅速引起了一線科學(xué)教育工作者的廣泛關(guān)注,使得學(xué)生工程思維能力的培養(yǎng)成為熱門研究課題。工程思維是一種籌劃性、可行性、價(jià)值性、迭代性思維,其核心是能夠?qū)σ粋€(gè)項(xiàng)目或者領(lǐng)域存在的問題進(jìn)行比較系統(tǒng)的分析,整體把握和規(guī)劃,權(quán)衡其利弊,并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,提出較為系統(tǒng)的解決方案,力求拿出全面、綜合、科學(xué)的決策。

        相關(guān)研究表明,為學(xué)生創(chuàng)造參加具有綜合性與跨學(xué)科性的工程實(shí)踐活動(dòng)可以有效地促進(jìn)其工程思維的發(fā)展,如何幫助學(xué)生找到一種適切的習(xí)得方式就變得尤為重要[2]。筆者在《新課標(biāo)》中找到了答案:義務(wù)教育課程要變革育人方式,突出實(shí)踐,“突出課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化,探索主題、項(xiàng)目、任務(wù)等內(nèi)容組織方式”,“探索大單元教學(xué),積極開展主題化、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等綜合性教學(xué)活動(dòng)”,指向“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”的課程與教學(xué)體系,倡導(dǎo)項(xiàng)目學(xué)習(xí)。

        一、問題解決,鍛煉籌劃性思維

        科學(xué)的核心是發(fā)現(xiàn),工程的價(jià)值是實(shí)現(xiàn)。工程中的籌劃性思維是指解決現(xiàn)實(shí)問題時(shí)調(diào)動(dòng)和使用各種思維方式,全方位、多層次和多角度對(duì)問題進(jìn)行運(yùn)籌和集成,達(dá)到解決工程問題目的的思維。所以,科學(xué)學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)必須是基于問題的學(xué)習(xí),學(xué)生在明確問題,進(jìn)行頭腦風(fēng)暴時(shí)會(huì)產(chǎn)生多個(gè)可能的解決方案。

        教師在設(shè)計(jì)學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)時(shí),應(yīng)為學(xué)生提供選擇自認(rèn)為最好的解決方案的機(jī)會(huì),并引導(dǎo)學(xué)生落實(shí)解決方案,促使學(xué)生在解決問題中不斷地修改和完善。在這樣的項(xiàng)目學(xué)習(xí)探究過程中,學(xué)生需要不斷地考慮方案是否可行,具體落實(shí)到每一個(gè)步驟是否可以實(shí)際操作。學(xué)生通過不斷的自我反思、自我審視,找出自身存在的問題,繼而自我調(diào)整,發(fā)現(xiàn)和解決遇到的困難和問題,鍛煉籌劃性思維。例如,在開展“空氣炮”這個(gè)學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)時(shí),就要設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生思考的問題:制作空氣炮可以選擇什么材料?如何制作空氣炮?究竟是什么因素制約和影響著空氣炮的射程?大部分學(xué)生會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為炮口大射程就遠(yuǎn)。但事實(shí)真的是這樣嗎?炮身粗細(xì)和射程會(huì)不會(huì)也有聯(lián)系呢?有什么辦法可以使炮身更牢固些?怎樣測(cè)試炮程更科學(xué)?有層次的問題串設(shè)計(jì),促使學(xué)生在一開始時(shí)可以有針對(duì)性地把這些問題進(jìn)行系統(tǒng)搭建,從而形成問題框架,有效地助推學(xué)生順利完成下一階段的設(shè)計(jì)、制作與測(cè)試,讓學(xué)生在實(shí)踐中真切感受到可行性和可操作性的意義和價(jià)值,從而有效鍛煉籌劃性思維。

        二、情境驅(qū)動(dòng),激發(fā)可行性思維

        工程中的可行性思維是指在解決現(xiàn)實(shí)問題時(shí),充分考慮需求的角色是否滿足、按照功能的邏輯思考是否能走通、遇到技術(shù)知識(shí)盲點(diǎn)是否能突破等。網(wǎng)上有一個(gè)關(guān)于折紙的論點(diǎn):一張紙無論怎么對(duì)折,都不能超過9次,真的是這樣嗎?有些學(xué)生不相信。于是,就用A4紙親自動(dòng)手折一折,結(jié)果只能折7次。還有些學(xué)生質(zhì)疑是不是紙?zhí)?,于是更換了一張更長(zhǎng)更薄的宣紙,結(jié)果也只是折了8次,第9次因?yàn)樘裾鄄幌氯チ?。其?shí),不相信的學(xué)生是一種基于學(xué)科邏輯的系統(tǒng)思維,是用科學(xué)原理和科學(xué)概念解決問題的思維活動(dòng)。親自動(dòng)手實(shí)踐的學(xué)生則是用證據(jù)說話,從問題的真實(shí)情境出發(fā),考慮“現(xiàn)實(shí)性”“可行性”和“實(shí)現(xiàn)性”,這就是工程中的可行性思維。

        教師在設(shè)計(jì)科學(xué)學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)時(shí),必須從學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知特征出發(fā),創(chuàng)設(shè)出一個(gè)具有驅(qū)動(dòng)性的項(xiàng)目情景,從而有效激發(fā)學(xué)生的可行性思維。例如,在開展“佩奇的保溫杯”這個(gè)學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)時(shí),教師創(chuàng)設(shè)驅(qū)動(dòng)性項(xiàng)目情境:為佩奇設(shè)計(jì)制作一款簡(jiǎn)易保溫杯,能滿足她夏天喝冰水的需求。學(xué)生通過實(shí)踐探究,發(fā)現(xiàn)不同的方式方法均可完成工程任務(wù)。但有的小組為達(dá)成保溫目的,選擇多種保溫材料疊加,杯子外壁越來越厚,甚至超過了杯子的容量;有的小組甚至沒有進(jìn)行開蓋設(shè)計(jì)。這時(shí),教師就要引導(dǎo)學(xué)生充分、綜合地考慮各種因素的“現(xiàn)實(shí)性”“實(shí)現(xiàn)性”“可行性”,以順利地完成工程任務(wù),順利形成可行性思維。

        三、真實(shí)任務(wù),培植價(jià)值性思維

        工程技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì),工程是運(yùn)用科學(xué)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、解決實(shí)際問題和制造產(chǎn)品的活動(dòng)。工程思維是以價(jià)值為取向的一種思維,目的是滿足社會(huì)的需要、實(shí)現(xiàn)并創(chuàng)造更大的價(jià)值。工程思維和現(xiàn)實(shí)世界的核心相互關(guān)系是“設(shè)計(jì)性”和“實(shí)踐性”的完美統(tǒng)一,引導(dǎo)人們主動(dòng)地創(chuàng)造現(xiàn)實(shí)、塑造現(xiàn)實(shí)、改變世界。

        教師在設(shè)計(jì)學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)時(shí),制定的任務(wù)目標(biāo)要和現(xiàn)實(shí)生活、現(xiàn)實(shí)世界勾連起來,具有現(xiàn)實(shí)意義。這樣,學(xué)生在參與項(xiàng)目學(xué)習(xí),完成目標(biāo)任務(wù)的時(shí)候,才能獲得真實(shí)的生活體驗(yàn)和社會(huì)性的成長(zhǎng)。例如,在開展“滴灌器”學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)時(shí),學(xué)生為了更好地種植養(yǎng)護(hù)好學(xué)?!爸修r(nóng)場(chǎng)”中的蔬菜,自制了滴灌器,并迭代出幾代產(chǎn)品,投入農(nóng)場(chǎng)使用。這時(shí),教師就要抓住契機(jī),設(shè)計(jì)能夠使學(xué)生走上舞臺(tái)展示自己的學(xué)習(xí)成果的項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)。在展示中教師驚喜地發(fā)現(xiàn),有的學(xué)生解決了土地板結(jié)的問題,有的學(xué)生解決了流速的問題,有的學(xué)生在設(shè)計(jì)上更加美觀,展現(xiàn)出學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中盡情地思考和創(chuàng)造,讓學(xué)生體悟到了創(chuàng)造價(jià)值的喜悅。這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)解決了學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活中真真切切遇到的問題,在教師合理的設(shè)計(jì)、有意識(shí)的引導(dǎo)下,學(xué)生在活動(dòng)中培植工程思維的價(jià)值取向。

        四、改進(jìn)產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)迭代性思維

        工程設(shè)計(jì)是一個(gè)通過不斷構(gòu)思設(shè)想、建立模型、反復(fù)測(cè)試、不斷迭代,最終解決現(xiàn)實(shí)問題的創(chuàng)新性過程。那迭代是什么呢?如果說創(chuàng)新是一個(gè)從無到有的過程,那么迭代就是一個(gè)從有到優(yōu)的過程。

        教師在設(shè)計(jì)學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)時(shí),要引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)新值的產(chǎn)生、舊值的優(yōu)化、新值與舊值之間的對(duì)比、舊值與新值之間的遞推,從而促使學(xué)生理解工程設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)要經(jīng)歷由實(shí)踐到理論、再到理論和實(shí)踐相結(jié)合、繼而由理論向?qū)嶋H發(fā)展等轉(zhuǎn)變。例如,在開展“垃圾桶變形計(jì)”學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)時(shí),學(xué)生在制作智能語(yǔ)音分類垃圾桶時(shí),有的出現(xiàn)電路接觸不良的情況,有的會(huì)出現(xiàn)桶蓋打開不順暢的問題,有的會(huì)出現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別錯(cuò)誤的問題……學(xué)生的研究沒有因?yàn)槔щy就此停止,而是興趣盎然地不斷試錯(cuò),深入思考后優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,不斷地在原始設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上尋求新的方法解決暴露出來的問題。工程設(shè)計(jì)是一種非線性優(yōu)化,對(duì)模型進(jìn)行測(cè)試,往往要經(jīng)歷無數(shù)次的失敗,所以測(cè)試不是工程設(shè)計(jì)的終點(diǎn),而是又一個(gè)嶄新的起點(diǎn)。學(xué)生通過反復(fù)測(cè)試,反思總結(jié)失敗的原因,不斷地嘗試改進(jìn),不斷地迭代,不斷地追求卓越,完善自己的作品,走向成功,從而實(shí)現(xiàn)迭代性思維的培養(yǎng)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2022:90.

        [2]張華.讓學(xué)生創(chuàng)造著長(zhǎng)大——2022年版義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)核心理念解析[M].北京:教育科學(xué)出版社,2022:157.

        責(zé)任編輯:賈凌燕

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