如何培养学生的工程思维能力

摘   要：工程思维是指综合运用科学、技术、社会、人文、管理科学等方面知识解决实践问题的系统思维方式。小学科学活动课程是培养学生工程思维的重要载体，但是由于农村小学在师资、教育资源、配套设施等方面具有很大的局限性，因而培养农村学生的工程思维能力具有很大的难度。本文结合小学科学教材内容和农村实际生活，开发科学活动课程，以期发展农村学生的工程思维，培养综合型人才。

关键词：农村教育   小学科学   工程思维

在STEAM教育理念的影响下，义务教育阶段的教学越来越注重对学生工程思维的培养。工程思维是指综合运用科学、技术、社会、人文、管理科学等方面知识解决实践问题的系统思维方式，是一种跨学科思考与运用知识的思维模式，具有专业层次强、筹划密度高、可执行度高等特点。小学科学是培养学生工程思维的重要载体，但是农村小学由于师资条件不足、教育资源不均衡、配套设施不完善等，学生的工程思维欠缺。对此，在农村小学科学教学中，教师既要通过科学课程来培养学生的工程思维，又要从生活入手，创设生活化情境，促使学生在解决生活实际问题的过程中发展工程思维。

一、探究现状，聚焦培养学生工程思维的价值

侧重专业领域的工程思维的培养，是在STEAM教育理念提出后才逐渐普及的。在教学中，教师通过基础性的工程教育，逐渐培养学生的工程意识，提高学生运用工程思维解决实际问题的能力，对学生的综合发展具有重大意义。我国小学科学教育底蕴深厚，有大量学者聚焦于工程思维的理论研究，但对于学生工程思维培养的研究仍处于探索阶段，而且多数是依托高等教育工科专业课程的，对于基础教育阶段学生工程思维培养的研究并不多见。究其原因，大部分教师认为小学生年龄偏小，认知水平较低，学习能力较弱，其本身的知识建构能力和研究能力不足以支撑他们工程思维能力的发展。

笔者认为，从教育的角度来看，工程思维是可以覆盖到教育的每一个阶段的。在义务教育阶段有意识地培养学生的工程思维，让学生体会工程思维对个人、社会的影响，不仅是社会发展的大势所趋，也符合新课程标准“培养全面发展的人”的基本理念。科学是一门研究自然现象、发现自然规律的课程，为工程和技术提供了理论基础，科学、技术和工程之间是相互促进的关系。因此，在小学科学教学中开展基于工程思维的科学探究活动，能促使学生将学习内容与已有经验相结合、将动手与动脑相结合，发展学生的综合思维能力。

二、探究策略，致力于学生工程思维的培养

（一）转变观念，发展学生的工程思维意识

首先，教师改变自身的教学理念，是培养学生工程思维的前提。根据统计数据，目前全国专职的小学科学教师较少，大部分科学教师都是由其他学科教师兼任的。并且，农村小学师资力量严重弱于城市，实验室、实验材料等基础配套设施也相对缺失严重。针对这种情况，农村小学科学教师应从自身实际情况出发，多参加与时俱进的培训，学习新的理念，学以致用。只有教师从根本上改变传统的教育理念，重视学生工程思维的培养，学生才能在教学活动中获得有效的启发，从而有针对性地发展工程思维。

（二）激发学生学习的兴趣，培养学生的工程思维

激发学生学习的兴趣，是培养学生工程思维的保障。好奇心是孩子的天性，人一旦对一件事情产生好奇心，就会产生驱动力，从而在潜意识里驱动自己去探究。例如，在教学中，笔者根据学校所处区域的文化特征和学生的实际认知情况，开发了校本课程《风筝》。在这一活动课程中，笔者带领学生参观了学校风筝馆，了解了风筝的起源、历史、流派，以及国内外风筝的差异。通过这一活动，学生不仅了解了风筝的相关知识，体会到了我国风筝文化的源远流长，还了解了风筝与科学技术的渊源，让学生对风筝产生了浓厚的兴趣，从而驱动学生主动制作风筝、研究风筝、创新风筝。

（三）依托教材，提升学生工程思维能力

苏教版小学科学教材设置了“工程与技术”专项学习，包括“像科学家那样……”“像工程师那样……”，明确了培养学生工程思维的教学目标。在小学科学教学中，教师要以教材为依托，在学生已有知识的基础上，开发与之相关联的科学课程活动，让学生在参与活动的过程中不断探究与思考，从而促进自身工程思维的发展。

以“做LED手环”为例，此活动设置在学生已经具备了简单的电路知识，有能力设计、开发并制作LED手环。在活动过程中，笔者首先将学生进行分组，让学生进行小组合作，开展设计图纸、连接电路、加入开关、自由控制灯等活动，完成简单电路的连接。其次，这一过程中，学生会遇到怎么装饰这个LED手环、怎么连接电路等问题。这些都要求学生了解理论知识，具备一定的工程思维，并形成一定的工程计划。在小组合作活动中，学生通过“头脑风暴”，能不断思考、完善工程计划，从而不断增强工程思维能力。最后，在确定方案后，小组在按照计划制作LED手环的过程中，也需要根据实际情况不断调整方案。制作完成后，小组还要进行质量测试，观察电路是否可控、是否安全且稳定、装饰是否美观、穿戴是否方便等，边测试、边思考、边优化。在这种生活实践活动中，学生的工程思维能在思维碰撞中实现飞跃。

（四）课外延伸，拓展学生的工程思维

科学学科核心素养的内涵之一是探究实践，要求学生了解技术与工程实践的一般过程与方法，并针对实际需要明确问题，提出有创意的解决方案。小学科学教学的重要目标之一就是引导学生用所学的科学知识解决生活中的实际问题，学以致用。如果学生只会应用课本上的知识解决课本上的难题，这样的学习只能是纸上谈兵，而没有实际价值。在小学科学教学中，教师要通过科学课程培养学生的工程意识、工程思维，使学生能将工程思维延伸至课外，利用生活中的素材开发科学活动，发展工程思维。

例如，鸟是学生司空见惯的一种小动物，学生天生就有爱护弱小的心理。农村绿树参天，随处可见品种众多的鸟类，在开展实践探究活动时具有得天独厚的优势。对此，笔者设计了为期一个月的项目式学习活动：制作鸟巢，亲近鸟类。在整个活动中，学生要走进鸟的世界、了解鸟类知识、为鸟建造美丽的家园。笔者引导学生以小组为单位，收集制作鸟巢的材料，并统筹设计最佳方案。在统筹设计的过程中，学生需要不断思考、优化，有效锻炼工程思维。在此过程中，有的学生考虑到鸟巢的材料；有的学生考虑到鸟巢的大小；有的学生考虑到鸟巢的稳固性……通过这个完整的活动，学生从实际生活出发，像工程师一样设计、创造、实践，发展了系统性的工程思维。

综上所述，在小学科学教学中，教师要认识到培养学生工程思维的重要价值，并依托小学科学教材，开发与之相关联的科学课程活动，让学生既动手又动脑，不断锻炼他们的工程思维。

参考文献：

[1]李燕.STEAM教育理念下小学科学教学中的工程思维培养[J].福建教育学院学报，2021，22（10）：109-111.

[2]孟凡荣.基于工程思维的小学科学教学策略研究[J].智力，2021（19）：79-80.

[3]吴丽钦.STEM理念下小学科学培养学生工程思维能力的教学策略[J].文理导航（下旬），2020（7）：5，8.◆（作者单位：江苏省南通市通州区刘桥小学）