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(guò)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(wèn)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(kāi)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(wèn)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(wèn)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(wèn)題進(jìn)行運(yùn)籌和集成，達(dá)到解決工程問(wèn)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(wèn)題的學(xué)習(xí)，學(xué)生在明確問(wèn)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(wèn)題中不斷地修改和完善。在這樣的項(xiàng)目學(xué)習(xí)探究過(guò)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(guò)不斷的自我反思、自我審視，找出自身存在的問(wèn)題，繼而自我調(diào)整，發(fā)現(xiàn)和解決遇到的困難和問(wèn)題，鍛煉籌劃性思維。例如，在開(kāi)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(wèn)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(wèn)題串設(shè)計(jì)，促使學(xué)生在一開(kāi)始時(shí)可以有針對(duì)性地把這些問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)搭建，從而形成問(wèn)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(wèn)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(wú)論怎么對(duì)折，都不能超過(guò)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(wèn)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(shuō)話，從問(wèn)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(kāi)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(guò)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(lái)越厚，甚至超過(guò)了杯子的容量；有的小組甚至沒(méi)有進(jìn)行開(kāi)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(wèn)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(lái)，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(kāi)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)校“知行農(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(wèn)題，有的學(xué)生解決了流速的問(wèn)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(guò)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(wèn)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(guò)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(wèn)題的創(chuàng)新性過(guò)程。那迭代是什么呢？如果說(shuō)創(chuàng)新是一個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程，那么迭代就是一個(gè)從有到優(yōu)的過(guò)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(kāi)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(kāi)不順暢的問(wèn)題，有的會(huì)出現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別錯(cuò)誤的問(wèn)題……學(xué)生的研究沒(méi)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(lái)的問(wèn)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(wú)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(guò)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