基于工程思维培养的小学科学教学方式创新研究

一、结合工程思维培养要求，设定课程教学目标

工程思维的核心在于系统分析、约束权衡、迭代优化与功能实现，其培养必须植根于明确且具有层次性的教学目标体系。在小学科学教学中，目标设定不应局限于知识点的覆盖，而应聚焦于学生能否在限定条件下识别问题、规划路径、协调资源并评估结果。教学目标需体现从“知道什么”到“能做什么”的转变，强调在真实或模拟工程情境中发展学生的决策能力与系统意识。目标层级应包含基础认知、过程体验与高阶应用三个维度，每一维度均需对应工程思维的具体要素，如在认知层面强调问题界定能力，在过程层面突出方案设计与调整能力，在应用层面注重成果优化与迁移能力。目标的设定还需兼顾年龄特征与认知发展规律，确保工程思维的培养既具挑战性又具可达成性，避免因目标过高导致学习挫败，或因目标模糊削弱思维训练的实效性。

二、根据科学课程教学内容，创设工程实践情境

情境的创设是工程思维得以激活的前提，其本质在于将抽象的科学原理转化为可操作、可干预、可反馈的实践场域。在小学科学教学中，情境设计需紧密围绕课程内容的核心概念，同时赋予其工程属性，如引入限制条件、资源约束、功能需求等真实工程要素。情境不应是装饰性的背景，而应成为驱动学生思考与行动的结构性框架。教师需在情境中预设冲突与挑战，引导学生在解决矛盾的过程中自然调用工程思维，如权衡材料成本与结构强度、协调时间效率与实验精度等。情境的复杂度应随年级递进，低年级侧重单一变量控制与简单系统搭建，高年级则可引入多目标优化与跨学科整合。情境的真实性不等于现实还原，而在于逻辑自洽与思维张力，使学生在模拟工程任务中体验真实决策压力，从而深化对科学原理的理解与工程方法的掌握。

三、围绕工程实践需求，提供工程实践素材

素材的供给直接影响工程实践的深度与广度，其选择与组织应服务于思维训练的精准性与系统性。工程实践素材不仅包括物理材料，更涵盖数据工具、模型框架、评估标准等认知性资源。素材的配置需体现“有限性”与“适配性”原则，即通过资源限制激发学生的创造性配置能力，同时确保素材与任务目标高度契合，避免因工具冗余或缺失导致思维偏离。在素材结构上，应构建“基础—拓展—挑战”三级支持体系，基础素材保障任务可行性，拓展素材鼓励个性化探索，挑战素材推动思维跃迁。教师还需引导学生对素材进行二次加工与重组，使其从被动使用者转变为主动设计者。素材的动态更新与跨单元复用，有助于学生建立工程资源管理的全局观，理解材料选择与系统性能之间的内在关联，从而在反复实践中形成稳定的工程判断力。

四、布置工程实践任务，训练学生工程思维

任务是工程思维训练的载体，其设计质量直接决定思维发展的深度与方向。工程实践任务应具备明确的功能目标、清晰的约束条件与开放的解决路径，使学生在完成任务的过程中自然经历“定义—设计—测试—改进”的完整工程循环。任务不宜追求结果的唯一正确性，而应强调过程的合理性与思维的可见性。教师需在任务中嵌入阶段性反思节点，引导学生对方案进行自我评估与同伴互评，从而强化元认知能力。任务难度应呈螺旋上升趋势，初期任务侧重单一环节的思维训练，如需求分析或原型构建，后期任务则整合多个环节，要求学生统筹规划与动态调整。任务的评价标准需与工程思维维度对应，如创新性、可行性、效率性、可持续性等，使学生在追求成果的同时，内化工程价值判断标准。通过任务驱动，学生逐步从模仿操作走向自主决策，实现工程思维从外显行为到内隐能力的转化。

五、拓展课程教学范围，培养学生创新学习能力

工程思维的培养不应囿于课堂边界，而应通过课程外延的拓展，构建持续生长的学习生态系统。教学范围的拓展体现在空间维度上打破教室限制，引导学生关注社区、自然、技术环境中的工程问题；在时间维度上延伸学习周期，支持长期项目与迭代改进；在内容维度上打通学科壁垒，促进科学、技术、数学乃至艺术领域的协同融合。创新学习能力的培养关键在于激发学生的自主探究意愿与跨界整合能力，使其在面对复杂问题时能够主动调用多元知识，构建个性化解决方案。教师需设计开放性探究主题，鼓励学生自主立项、协作攻关、成果展示，从而在真实成就感中强化学习内驱力。课程拓展不是内容的简单叠加，而是学习方式的结构性变革，通过项目式、探究式、协作式等多元路径，使学生在持续实践中形成灵活应变、敢于试错、善于优化的创新品格。

六、开展评价反思活动，深化工程思维培养效果

评价与反思是工程思维闭环培养的关键环节，其功能不仅在于结果判定，更在于思维过程的显性化与能力结构的再建构。评价体系应突破传统纸笔测试的局限，采用过程性档案、表现性任务、同伴互评、自我陈述等多维方式，全面捕捉学生在工程实践中的思维轨迹与能力成长。反思活动需制度化、结构化，引导学生从“做了什么”转向“为什么这样做”“如何做得更好”，从而促进元认知水平的提升。教师应设计反思支架，如思维导图、决策日志、优化清单等，帮助学生梳理工程决策的逻辑链条，识别思维盲区与改进空间。评价结果应及时反馈并用于教学调整，形成“实践—评价—反思—再实践”的螺旋上升机制。通过持续的评价与深度反思，学生逐步建立起对工程思维的自觉意识，能够在新情境中主动迁移方法、优化策略，实现能力的内化与固化。

七、结语

工程思维的培养是小学科学教学走向深度化、结构化与实践化的重要路径。通过系统设定教学目标、科学创设实践情境、精准供给工程素材、精心设计实践任务、有效拓展课程边界、深入开展评价反思，工程思维得以从理念转化为可操作的教学实践，从零散活动升华为课程内核。这一教学创新体系不仅提升了学生的科学素养与实践能力，更塑造了其面对复杂问题时的系统思维与创新品格。工程思维的渗透使小学科学教育超越了知识传授的单一维度，实现了能力导向、过程导向与价值导向的有机统一，为学生终身学习与未来发展奠定了坚实的思维基础。

参考文献

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