立足项目化活动培养学生工程思维

科学课程标准指出，技术与工程实践要围绕真实情境开展探究活动，以解决生活中的现实问题为目的，引导学生自主思考、分析问题，通过技术与工程方法设计、制作装置或模型进行深入研究。在技术与工程实践教学中，教师要借助项目化活动，以循序渐进的工程任务激发学生的兴趣，引领他们主动参与实践，培养他们的实践能力以及创造能力，进而发展高阶思维。

一、创设工程情境，开启工程思维

技术与工程实践的项目化活动要根据学生的年龄特点、生活经验，以及社会时事进行真实情境的创设，增强趣味性和实践性，引起学生的足够关注，从而提出有价值的工程项目。工程思维是抽象的高阶思维，真实的工程情境有助于学生在项目化活动中积极思考，了解工程思维，并逐步养成良好工程思维习惯，提高解决问题的能力。

在“模拟飞船对接”项目中，教师以“神舟十四号发射成功，中国的飞天探索进入新的里程碑”为真实情境，抛出问题：“关于神舟十四号，你了解多少？神舟十四号的主要任务是什么？”学生通过课前资料查阅并观看课堂视频知道：神舟十四号由轨道舱、返回舱、推进舱和太阳能电池帆板等主要结构组成；神舟十四号乘组配合地面完成空间站组装建设工作，经历5次交会对接，完成首次进驻“问天”“梦天”实验舱等重要任务。学生了解中国航天事业取得的巨大进步后，教师引出项目内容：我们要像工程师一样制作并模拟飞船对接，确定飞船交会对接成功的标准。

教师有意识地以社会时事创设情境，不但弘扬航天精神、普及航天知识，还促使学生把科学原理与工程实践结合起来，大大激发了他们参与实践的兴趣，使其主动聚焦核心问题，明确项目内容，为项目的后续开展奠定基础。

二、提出驱动任务，训练工程思维

著名心理学家皮亚杰在建构主义学习理论中提出，学习是积极主动进行意义建构的过程而不是被动的。发展工程思维的项目化活动中，学生在任务串的驱动下，运用已有的知识技能和经验提出设想、设计方案，通过体验、交流、合作最终解决问题、完成任务，从而发展探究思维、设计思维、建造思维等工程思维。

1.明确任务，发展探究思维

明确任务是解决问题的前提，而解决工程问题是为了让学生学会思辨。项目探究的过程就是发展工程思维的过程。在项目化活动中，教师要启发学生通过工程思维方式积极思考，从而顺利完成并完善产品。在本项目化活动中，教师通过“观察飞船的外部结构”和“了解飞船精准对接的原理”这两个活动，启发学生的工程思维。

在“观察飞船的外部结构”活动中，教师首先抛出问题：“边看视频，边观察飞船的外部特征，思考怎么设计飞船，设计时要考虑哪些因素？”启发学生思考，并在交流互动中明确飞船的形状、大小、材料等模型的设计制作问题。

在“了解飞船精准对接的原理”活动中，学生通过视频了解到飞船的对接包括：飞船的锥探头和空间站的锥套；对接时，飞船会开启自主定位找到对接端口，从而让锥探头接触到锥套实现自动化对接。学生知道了对接原理后更能像工程师一样思考“要让飞船能成功对接，设计时要注意什么？飞船对接成功的标准是什么？”教师引领他们通过独立思考、小组交流，在思辨中明确项目的任务：交会对接的接口尺寸以及显示交会对接成功的电路装置的设计。

2.设计方案，发展设计思维

在项目化活动中，教师要善于启迪学生发现项目产品制作过程中的问题，引导他们精心设计解决问题的方案，通过文字说明、图画等直观方式表达自己的设计思路。在本项目化活动中，教师引领学生根据以下要求开展设计与制作：自主选择需要的材料设计两艘飞船模型，并且对接时指示灯会亮起来；设计的图纸清晰明了、有条理，有文字说明、标记；飞船结构特征明显；飞船设计的电路图绘制清晰、标准、科学；飞船美观，成本合理；小组分工合作，电路图可先绘制在便利贴上，再粘贴到设计单上。

设计前，教师指导各小组先进行分工，并设置不同任务：飞船工程部，主要负责飞船模型设计制作；电路工程部，主要负责显示对接成功的电路设计布置；美工部，主要负责飞船外观设计等。各部门成员根据自己的任务独立思考，并在部门内讨论、改进。例如，飞船工程部的学生根据教师提供的材料设计飞船的结构，标注材料和数量；电路工程部的学生根据电路原理以及飞船对接原理对两艘不同飞船的电路进行设计。各部门设计思路清晰，工程思维可视化，为后续的方案改进奠定基础。

在分享飞船模型设计图时，大部分学生没有考虑模型的尺寸，特别是“对接的接口问题”。两艘飞船要成功对接，对接口尺寸要求特别高，因此教师抛出问题：“对接口尺寸怎样设计才能保证飞船能精准对接？”这引导学生聚焦到两艘飞船模型接口尺寸的设计，自发根据尺寸要求进一步改进设计图。

分享电路设计图时，有一个组的飞船的两个对接口电路连接的材料分别是螺丝钉和裸露导线，有学生提出：可以在裸露导线的那端对接口加上磁铁，利用磁铁吸铁的特性，飞船能更精准地对接，导线连接效果会更稳定。于是，教师根据学生的需要提供更多有结构的材料（磁铁等），供他们选择、测试、再设计，以解决指示灯显示的稳定性问题。学生在不断解决问题和改进的过程中逐步完善设计方案，初步形成作品的蓝图。教师可提供设计图评价表（见表1），使学生的设计思维可视化。

3.实施计划，发展建造思维

在项目化活动中，教师要帮助学生了解工程建造的基本步骤，引导他们在小组内按设计图合作完成设计的物化，同时关注他们在环保、成本、安全、合作意识等工程核心素养方面的表现。教师根据学生的设计图提供足够的材料，并出示明确的制作要求：做出飞船模型并适当地艺术处理；加入电路布置；测试对接装置和电路；个人自评或互评，改进完善作品。

模型制作的关键在于对接口的匹配问题，因此，学生要像工程师一样细心地测量、制作、测试、改进。其中一组的两个对接口是利用矿泉水盖与瓶身的嵌合，他们在制作中发现，要使其中一个瓶盖口向外并固定在相匹配的瓶身上并不容易。经过讨论并多次测试，他们最终给一艘飞船盖紧的瓶盖“开窗”，另一艘飞船使用小一点的瓶子，使得两艘飞船模型对接口能够匹配并能固定牢。

呈现对接成功的电路部分，理论上电路能够形成闭合回路，灯泡就会亮。然而在实际制作中，学生发现对接时要让电路稳定连接并不容易。例如，有一个组的对接口电路连接的材料都是螺丝钉，测试时发现螺帽凸起影响对接效果，导致电路连接不稳定。他们通过讨论反复测试，发现由于磁铁具有异性相吸的特性，两边材料都换成磁铁，电路连接最稳定。学生就是这样不断调换连接材料、改进方法，逐步提高电路连接的稳定性。

在此环节中，教师还引导学生运用美术知识修饰飞船模型。同时，教师强调节约材料、控制好预算以及制作时的安全问题等，引领学生经历一系列的工程制作过程，让他们体验像工程师一样思考。

三、开展测试分享，拓展工程思维

测试作品是工程的一部分，学生根据要求进行测试，对出现的问题进行分析，寻找解决的方法，对作品进行再设计，不断优化作品。测试评价的过程旨在激发学生的制作兴趣，指向高阶思维训练。

在本项目化活动中，其中一组在测试中发现飞船模型能对接，但对接后指示灯不亮，通过对出现的问题进行逐一排查，他们找到了原因：电池盒太重没固定好，导致对接口导线松动，电路接触不良。接着，小组讨论寻找合适的改进方案：将电池盒用更牢固的双面胶固定，对接口的导电材料也进行加固、改进。这样飞船模型成功对接后能亮起指示灯。

在测试环节前，教师出示评价表（见表2），让学生明确评价的内容，使得制作目标更明确，提高了作品的完成率。在所有作品都完成后，各组上台展示并测试作品，小组互评使各组更明确自己作品的不足之处，激发继续改进的动力。

小结

在真实的情境中，学生通过经历真实的设计方案、实施计划、测试评价、分享成果等技术与工程实践活动过程，体会到在做中学的成功和乐趣。他们运用知识和经验，独立思考、合作交流共同解决问题，促进了工程思维的提升。

（作者单位：林双英，福建省石狮市世茂实验小学；李伟明，福建省晋江市第二实验小学）

参考文献

[1]刘惠，曾宝俊.基于工程思维强化学生工程实践活动[J].湖北教育（科学课），2022（11）.