立足课堂设计培养小学生的科学工程思维能力——以苏教版五年级“露和霜”一课为例

□江苏省南通市通州区刘桥小学 葛丽霞

科学工程思维能力是学生在科学实践和工程设计过程中进行创新和解决问题的能力。在小学科学课堂中，教师可以通过对小学科学课程及相关活动进行有趣的情境创设，优化课堂导入环节，激发学生的兴趣，启动学生的思维状态，有效的提问促进学生思维进一步提升，依托实验材料进行课堂深入探究，从而培养小学生的科学工程意识和科学工程思维能力，让学生通过观察、实验、制作、建模和推理一系列活动来获取知识，在不断的经历中培养实践能力、工程思维能力和运用科学知识解决问题的能力。小学科学教育既要注重通过书本课程来培养并发展学生的工程思维，也要从生活入手联系生活实际创造情境，用课程所学知识来解决生活中的问题发展学生的工程思维；始终要以发展学生的科学核心素养为宗旨，深入解读课程文本，优化课堂设计，给予学生足够的时间空间等相关所需条件让学生充分进行科学探究，在研讨与交流中进行思维碰撞，促进学生科学工程思维发展；并创造性地使用教学资源，培养学生运用所学知识解决生活中实际问题的能力和创新的科学态度，促进学生全面发展。

一、优化导入环节，是促进学生科学工程思维的起点

1.图文导入，促进学生工程思维

利用教材所安排的图片案例为切入口，选择与学习内容相关且接近学生生活的图片或文字进行导入，图片为学生提供更直观、生动的视觉元素，让学生去观察思考，有助于提高学生的参与度和学习动力启动思维。笔者在教学“露和霜”这一课时，设计出示自然天气中出现的露和霜的图片，让学生从观察图片中的露和霜开始，以激发学生的思考和联想能力，帮助他们将存在于我们生活中的露和霜的概念和信息联系在一起，从而促进思维的发生和发展。学生从观察图片开始，按照教者预设逐步进入既定的课题步骤往下走，学生参与的热情特别高，在参与过程中从而更好地引发学生的科学思维。图片导入可以提升学习的效果和兴趣，丰富教学内容，强化记忆和理解，并促进学生的思维发展，能够引起学生的兴趣和好奇心。研究表明，图片可以帮助学生更容易将信息转化为记忆和理解的内容，从而提高学习效果。通过视觉呈现，学生更容易记住图片所代表的概念和信息。

2.问题导入，促进学生工程思维

在新课导入环节，通过设计一些启发性的问题来引导学生进行思考和讨论，这样可以激发学生的求知欲和思维活跃度，培养他们提出问题、解决问题的能力，发展工程思维能力。笔者在教学“露和霜”这一课时，课始就出示课题，让学生根据课题，提出：“看了课题，你们心中想知道哪些问题呢？可以先分组讨论一下。”学生通过讨论会提出“什么是露？什么是霜？”“露是怎么形成的？”“霜是怎么形成的？”“露和霜的形成有相同的地方吗？”“露和霜的不同点在哪？”等一系列的问题，学生会根据所提的一系列问题启动思维去不断深入探究，在明白露和霜的定义之后，思考怎么模拟露和霜的形成。学生通过讨论交流然后形成共识，展开探究实践，整堂课通过问题导入，激发思维，引导学生步步深入探究本课重点。

3.活动导入，促进学生工程思维

导入环节还可以采用一些互动性较强的活动，如小组讨论、实验观察等，让学生参与其中，积极探索和发现。例如，笔者在教学“露和霜”时为了更好引发学生兴趣，笔者以“秋天的第一杯奶茶”预设情境，出示学生喜爱的冰冻奶茶和常温奶茶，看到喜欢的奶茶出现在课堂上，学生异常激动，在这样的情境下让学生观察并摸一摸两杯奶茶的外包装盒壁，学生很容易就发现冰冻奶茶的盒壁是湿的，说明冰冻奶茶的外杯壁有小水珠，笔者继续提问，是奶茶漏出来了吗？学生再次通过观察活动发现奶茶包装盒完好无缺，此时学生自然而然会深入思考，为什么两杯奶茶，其中冰的一杯的外壁会湿呢？冰冻奶茶外杯壁的小水珠是从哪里来的呢？为什么常温奶茶外杯壁没有小水珠？外杯壁水的产生和什么有关？是和冰有关吗？又有怎样的关系呢？此时利用这个活动导入能够驱动孩子的思维，使他们更积极去探究这种现象产生的本质。

4.迁移导入，促进学生工程思维

导入环节也可以把旧知与新知迁移贯穿结合，使学生能够将导入环节中所引发的问题同旧知与新知联系起来，形成知识的整体认知。这样可以帮助学生建立科学思维的体系，巩固旧知，拓展未知领域，从而加强他们将知识应用于解决实际问题的能力。如“露和霜”是五年级的内容，学生在四年级时就学过水遇热到一定程度会变成水蒸气，液态的水在加热到一定温度的情况下会变成气态的水，那气态的水又怎么变回液态的水呢？也就是水蒸气又怎么变回水呢？利用孩子的已有的知识经验出发，思考解决问题，解决这个问题时可以引导孩子逆向思考。同样的课题，不同的导入，能引发不同的课堂生成，学生的思维也能更好地跟随导入环节深入课堂。

综上所述，优化导入环节可以更好地促进学生的科学思维发展，激发学生的学习兴趣和思考能力，引导他们主动参与学习，提高学习效果。

二、优化教学提问，促进学生科学工程思维的提升

优化教学提问是指在教学过程中，设计合理的问题，在学生迷茫之际适时引导学生进行思考和探索，从而在教学中更好地促进学生的科学思维发展。科学课堂是一种自主探究型课堂，也是师生互动、生生互动的课堂，在课堂中教师的提问能很好地引导课堂的走向，引领孩子在科学课堂中探讨相关的问题，从而能更好地引导学生的思考。

首先，教学提问应该具有启发性和挑战性，能够引起学生的思考和探索欲望。问题应该涉及学生已经学过的知识，或者与学生的日常生活经验相联系，以激发学生的兴趣和好奇心。例如，笔者在教学“露和霜”这一课时，学生导入阶段之后知道给水蒸气降温会把气态的水变回液态的水，师者问：“用冰块给水蒸气降温，说明露和霜的形成和温度有关，只要有冰块就能形成露和霜吗？露和霜的形成和温度有怎样的关系？我们怎么用实验材料去探究露和霜的形成和温度有怎样的关系？完成实验需要哪些材料？利用这些材料按什么步骤去进行实验？”问题一出，很多孩子顿时安静下来，这些环环紧扣的提问给孩子带来了挑战，他们认真思考本堂课的关键实验探究，通过讨论，最后一致选择所需材料按照实验步骤去探究形成露和霜的秘密。教师通过有效的提问，一步步引领孩子思维，走向生成。这样的课堂比灌输型课堂更能驱动孩子的科学思维。

其次，教学提问应该鼓励学生进行思维的运用和分析。问题应该设计得具有多样性，可以有不同的答案，或者可以引发不同的思考角度和解决方法，这样可以培养学生的批判性思维和创造性思维。例如，在教“露和霜”这一课时，笔者从学生已有的知识经验出发，学生知道液态的水加热会变成气态的水，逆向思维得出水蒸气降温会变成液态的水，此时师者提问：“怎么给水蒸气降温呢？”“你们准备用什么材料来给水蒸气降温？”“为什么你们觉得用冰块降温比较好？”一石激起千层浪，学生开动思维，七嘴八舌地述说降温的方法，最后通过筛选比较，发现在本课堂中用冰块降温是比较可行也易操作探究的方法。

最后，教学提问应该与教学目标和学生的学习水平相适应。问题的难易程度应该适当，既要能够引发学生的思考，又要保证学生能够理解和回答。同时，还要根据学生的不同水平设置不同的提问方式和深度，以满足不同学生的学习需求和发展。

综上所述，优化教学提问可以更好地促进学生的科学思维发展，激发学生的学习兴趣和思考能力，培养他们的批判性思维和创造性思维，提高他们解决问题的能力。同时，教学提问应该注重引导学生进行自主学习和自主发现，培养他们的学习兴趣和学习能力。

三、优化实验材料，是促进学生的科学工程思维的依托

在小学科学课堂中，科学实验无疑是提升孩子工程思维能力的重要途径之一。而要在科学实验中培养孩子的工程思维能力，首先要注重培养他们的观察和思考习惯。观察和思考是工程思维的基石，它们能够帮助孩子发现问题、寻找解决方案，并在实验中获得更深层次的学习体验。通过精心设计的实验活动，教师可以引导孩子注重观察实验现象的细节，激发他们的观察力和对细节的敏感性；同时，在孩子进行实验的过程中，教师还要鼓励他们提出问题、思考解决问题的方法，帮助他们培养独立思考和解决问题的能力。通过这样的努力，相信孩子的工程思维能力将会得到显著提升。

教师在选择实验材料时，选择与学生生活经验相关的实验材料，或者选择能够引起学生兴趣和好奇心的实验材料，这样能够更好地激发学生的科学思维。且此时不应仅仅局限于传统的实验材料，还可以引入一些新颖的材料，如虚拟实验、模拟实验等，使学生能够从不同的角度来思考和解决问题。教师还要关注实验材料的可操作性和可观察性，确保实验材料能够让学生进行实际操作和观察，以便他们能够通过实际经验来探索和理解科学现象；还可以提供开放性的实验材料，给予学生一定程度的自由度，让他们能够根据自己的兴趣和想法进行实验设计和实施，培养他们的创新思维和问题解决能力，鼓励学生进行实验推理和探究，引导学生通过实验观察和数据统计，进行推理和探究，培养他们的科学思维和分析能力；也可以开展实验材料的扩展应用，将实验材料与实际生活和社会问题结合起来，引导学生进行实际应用和扩展，培养他们的创新思维和解决实际问题的能力。在实验后，教师应该积极组织学生进行讨论和交流，让他们分享实验结果和心得体会，促进他们的合作与交流能力，进一步加深对科学思维的理解和应用，在优化材料的同时还要注意材料安全。如笔者在执教“露和霜”这一课时，为了易于学生操作探究，精心准备了试验相关的材料，把搜集的易拉罐外表喷上黑色的油漆，是为了让孩子更好地观察到实验变化现象，根据秒表提供的时间读取温度计上显示的刻度，是让孩子在一个时间段内去发现冰块入水后冰水温度的变化，以及易拉罐外杯壁的实验现象变化，同时在实验之前询问孩子实验的注意事项，很多孩子能说出实验中要注意实验安全，像这些实验材料都是学生生活中曾经见到过甚至亲手使用过的，在课堂中用来进行科学研究更能激发他们的探究兴趣。

科学课区别于其他学科课堂，就在于科学课上学生通过老师的引导，积极思维，在老师提供的实验材料上，根据课堂需要去选择所需材料、设计实验步骤、探究实验结果、动手实验，在实验探究中发现与本堂课所相关的科学知识，而不是通过老师的灌输型教学直接了解科学知识点。所以师者在准备课堂实验材料的时候，就要从孩子的实际出发，所选材料在课前老师就自己要多次实验，确保孩子的实验完成，通过实验的整个过程使孩子能积极探究，主动进行科学思维，在这样的科学课堂中，教师利用材料进行实验来不断提高孩子的科学思维能力。笔者在教学“露和霜”这一课时，在最开始设计实验的时候，是把孩子能够按照既定的操作步骤制成露或者霜所需的材料的多少分发给学生，学生按照实验步骤确实能制造出所需的露和霜，但是究其根本，从学生的思维出发，他们一开始无法理解为什么老师给的这些材料就正好能制成露和霜，如果材料的量改变了还能产生露和霜吗，在心底会产生疑惑，后来经过反思思考，笔者觉得这样的实验设计只是为了让孩子造出露或者霜，学生无法从本质上去理解或亲身体会露和霜形成的本质过程以及区别。笔者重新调整了课堂，给学生准备了足够的实验所需的材料，让学生自己用材料去试着创造露和霜，学生在合作的时候虽然很多小组无法一下子成功造出露和霜，但心底产生疑惑会使学生更积极主动去探究分析无法成功的原因到底与什么有关，在不断的试探改进过程中，学生发现造露和霜的关键在于温度降低到一定范围，这就和冰块、水、盐的多少有关，学生改进实验过程和步骤，最后发现当温度降低到零摄氏度以上又非常接近零摄氏度的时候能够出现露，当温度降低到零摄氏度以下的时候会出现霜，学生知道了实验成败的关键是温度后，在运用实验材料的时候，就会细心思考观察，考虑材料的选择以及量的多少，这样的开放式实验过程，更能激发学生的探究，在此过程中学生由最开始的失败，不断思维，学生的探究兴趣空前高涨，最终收获成功的喜悦，迸发思维火花。实验后，教师要组织学生进行讨论和交流，促进他们的合作与交流能力。

综上所述，课堂是学生的课堂，优化导入环节可以更好地促进学生的科学思维发展，激发学生的学习兴趣和思考能力，引导他们主动参与学习，提高学习效果。优化教学提问是在教学过程中设计合理的问题，引导学生进行思考和探索，从而促进学生的科学思维发展。在教学中要注意材料的合理性、可操作性及安全性，确保学生在实验中能够积极探究和发展科学思维能力。