朱小琴

【摘要】體驗(yàn)工程的核心在設(shè)計(jì)，所以“方案設(shè)計(jì)”是學(xué)生經(jīng)歷工程活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)。在教學(xué)時(shí)，我們應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，選擇有結(jié)構(gòu)性的材料，幫助學(xué)生細(xì)化設(shè)計(jì)重點(diǎn)、突破設(shè)計(jì)難點(diǎn)、豐富設(shè)計(jì)想法、完善設(shè)計(jì)層次，努力提高學(xué)生“方案設(shè)計(jì)”的有效性。

【關(guān)鍵詞】有結(jié)構(gòu)的材料? 有效性? 方案設(shè)計(jì)

2017年，教育部發(fā)布新修訂的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》新增了“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的學(xué)習(xí)內(nèi)容，重在引導(dǎo)學(xué)生“像工程師一樣”，經(jīng)歷“明確問(wèn)題、前期探索、方案設(shè)計(jì)、制作模型、評(píng)價(jià)改進(jìn)、展示分享”的工程活動(dòng)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。體驗(yàn)工程的核心在于設(shè)計(jì)，所以，學(xué)生在工程體驗(yàn)活動(dòng)過(guò)程中的“方案設(shè)計(jì)”尤為重要，直接影響作品制作或解決問(wèn)題的效果。

有結(jié)構(gòu)的材料是指教師經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的典型材料的組合。這種材料組合，既能揭示與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的科學(xué)概念或原理，又符合學(xué)生的年齡特征和認(rèn)知規(guī)律，使學(xué)生通過(guò)對(duì)材料的探索來(lái)合理解決問(wèn)題。因此，在學(xué)生“方案設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)中，要為學(xué)生準(zhǔn)備有結(jié)構(gòu)的材料，這樣才能提高“方案設(shè)計(jì)”的有效性。

一、選擇有結(jié)構(gòu)的材料，細(xì)化設(shè)計(jì)重點(diǎn)

在工程施工前為什么要先“設(shè)計(jì)方案”？其目的就是盡可能地降低工作過(guò)程中的返工、錯(cuò)誤與偏差。同樣，在體驗(yàn)工程實(shí)踐的活動(dòng)中，“設(shè)計(jì)方案”的目的也是讓學(xué)生在制作作品（模型）時(shí)有圖可依，否則，就失去了“方案設(shè)計(jì)”的意義。但在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在作品制作或模型制作環(huán)節(jié)，并沒(méi)有按照“設(shè)計(jì)方案”來(lái)制作，有的制作出來(lái)的作品與方案設(shè)計(jì)分明就是兩碼事。

例如，在教學(xué)二年級(jí)的“自制小溫室”時(shí)，筆者為學(xué)生準(zhǔn)備了保鮮膜、塑料袋、吸管、細(xì)木條、鐵絲段等豐富的材料，學(xué)生利用這些材料也設(shè)計(jì)出了許多方案，有大棚式的、小屋式的、立體式的。但在制作“小溫室”的過(guò)程中，很多小組都沒(méi)有制作完成，即使完成的小組，與“設(shè)計(jì)方案”比對(duì)也相差甚遠(yuǎn)。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況呢？筆者通過(guò)與學(xué)生交流，發(fā)現(xiàn)方案中沒(méi)有考慮材料尺寸、材料數(shù)量是最主要的原因。學(xué)生在設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中，主要考慮的是“小溫室”的結(jié)構(gòu)和形狀，缺少對(duì)材料尺寸、材料數(shù)量、材料連接的細(xì)節(jié)考慮，從而導(dǎo)致在作品制作環(huán)節(jié)中邊做邊想。于是，在后來(lái)的教學(xué)中，筆者不僅給材料標(biāo)上了長(zhǎng)度、數(shù)量，如鐵絲段長(zhǎng)60厘米，共10根;吸管長(zhǎng)15厘米，共有12根;細(xì)木條長(zhǎng)50厘米，共10根等。而且以“設(shè)計(jì)溫馨提示”的形式提醒學(xué)生在設(shè)計(jì)圖上標(biāo)出“小溫室”的尺寸、材料的長(zhǎng)度、材料的數(shù)量，讓學(xué)生明白設(shè)計(jì)“小溫室”不能隨心所欲，需要考慮“小溫室”的大小，然后根據(jù)“小溫室”的大小來(lái)確定材料的尺寸、材料的數(shù)量，學(xué)生呈現(xiàn)出來(lái)的“小溫室設(shè)計(jì)圖”一目了然，有據(jù)可依。在后來(lái)的制作過(guò)程中，學(xué)生基本都能根據(jù)方案完成，即使有方案考慮不全，在制作過(guò)程中稍做完善就可以了。

二、選擇有結(jié)構(gòu)的材料，突破設(shè)計(jì)難點(diǎn)

在平時(shí)的教學(xué)中，總有教師會(huì)這樣想：為什么學(xué)生的“設(shè)計(jì)方案”都差不多呢？怎么就沒(méi)有有價(jià)值的“設(shè)計(jì)方案”出現(xiàn)呢？“設(shè)計(jì)方案”對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)是不是太難了？其實(shí)問(wèn)題的關(guān)鍵在于要用有結(jié)構(gòu)的材料加以突破，也就是說(shuō)，教師在給學(xué)生提供制作材料的時(shí)候，一定要明確為什么要選擇這些材料，選擇這些材料要達(dá)到什么目標(biāo)，而不是簡(jiǎn)單的依據(jù)教材提供材料。

例如，在教學(xué)二年級(jí)的“制作風(fēng)向標(biāo)”時(shí)，教材為學(xué)生提供了一組制作材料：一張卡紙、一根吸管、一支帶橡皮的鉛筆、一根大頭針。學(xué)生根據(jù)材料進(jìn)行“風(fēng)向標(biāo)”方案設(shè)計(jì)。從學(xué)生設(shè)計(jì)的方案來(lái)看，很多學(xué)生都知道用吸管來(lái)做指針，然后用大頭針將吸管插在鉛筆的橡皮頭上，但是沒(méi)有學(xué)生考慮大頭針應(yīng)插在吸管的什么位置。大頭針插在吸管的位置很重要，只有將大頭針插在指針的重心位置，指針才會(huì)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于二年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中能主動(dòng)考慮重心位置確實(shí)有些難度，但是重心位置又是制作的一個(gè)難點(diǎn)，怎么辦？經(jīng)過(guò)思考，筆者對(duì)吸管進(jìn)行了改進(jìn)，提供給學(xué)生的吸管上扎有三個(gè)孔：吸管的中心位置一個(gè)孔，在中心位置兩邊各一個(gè)孔。從制作材料上為學(xué)生突破設(shè)計(jì)難點(diǎn)搭建一個(gè)支架。這樣，學(xué)生在設(shè)計(jì)方案的時(shí)候就有意識(shí)地對(duì)吸管上的小孔進(jìn)行思考、選擇，而且還出現(xiàn)兩種觀點(diǎn)的爭(zhēng)論：一種觀點(diǎn)認(rèn)為大頭針應(yīng)插在吸管的中心位置;另一種觀點(diǎn)卻認(rèn)為不應(yīng)該插在吸管的中心位置，因?yàn)榧^、箭尾不一樣大，應(yīng)該稍稍偏一點(diǎn)，學(xué)生們的觀點(diǎn)正是“重心位置”和“中心位置”的爭(zhēng)論。筆者認(rèn)為，這樣有爭(zhēng)論的方案設(shè)計(jì)才是有思維深度的方案設(shè)計(jì)，才是最有效的方案設(shè)計(jì)。

三、選擇有結(jié)構(gòu)的材料，豐富設(shè)計(jì)想法

“技術(shù)與工程”領(lǐng)域中的“方案設(shè)計(jì)”，主要是學(xué)生根據(jù)自己已有的知識(shí)、技能和生活經(jīng)驗(yàn)，利用現(xiàn)有材料進(jìn)行的一項(xiàng)創(chuàng)造性活動(dòng)?！扒蓩D難為無(wú)米之炊”，制作材料無(wú)疑就是學(xué)生方案設(shè)計(jì)的“米”，無(wú)“米”肯定不行，而且“米”的好壞也直接決定了“飯”的質(zhì)量。

例如，“自制望遠(yuǎn)鏡”在設(shè)計(jì)上就有兩個(gè)重點(diǎn)：要有合適的透鏡組合和合適的鏡筒長(zhǎng)度。為了突破“合適的透鏡組合”，筆者在執(zhí)教時(shí)，試圖在“方案設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)讓學(xué)生通過(guò)嘗試透鏡的各種組合“發(fā)明”望遠(yuǎn)鏡。在最初設(shè)計(jì)時(shí)，筆者給每個(gè)小組（每組4人）提供了8塊透鏡——4塊凸透鏡、4塊凹透鏡，但最后學(xué)生設(shè)計(jì)出來(lái)的方案并非筆者預(yù)期的那樣，大部分小組只有一種組合，有的小組有兩種組合，個(gè)別小組有三種組合，沒(méi)有一個(gè)小組全面考慮到四種組合，而且學(xué)生的思維一點(diǎn)也不活躍。這是什么原因造成的呢？通過(guò)仔細(xì)分析，筆者覺(jué)得提供給學(xué)生的鏡片數(shù)量不足可能是主要原因。學(xué)生看到材料，每人拿了兩塊透鏡后，就沒(méi)有多余鏡片了，而且學(xué)生的注意力都在自己拿到的鏡片上，不會(huì)相互交換鏡片，所以想法就被限定了，僅僅考慮到自己拿在手上的透鏡組合，沒(méi)有能進(jìn)行多種組合的思考。于是，在后來(lái)的教學(xué)中，筆者給每組的透鏡數(shù)量加倍：8塊凸透鏡、8塊凹透鏡。由于學(xué)生每人取兩塊，每組還多余8塊，學(xué)生可以隨意更換透鏡，最后幾乎每組學(xué)生都設(shè)計(jì)出了四種不同的鏡片組合。

實(shí)驗(yàn)材料是學(xué)生探究活動(dòng)的重要載體，同樣，制作材料也是學(xué)生設(shè)計(jì)方案的重要載體。因此，教師應(yīng)該根據(jù)方案設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，提供合適、多樣的材料，通過(guò)材料引發(fā)學(xué)生深入思考，豐富學(xué)生的設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)學(xué)生縝密的思維。

四、選擇有結(jié)構(gòu)的材料，完善設(shè)計(jì)層次。

蘭本達(dá)教授認(rèn)為，有結(jié)構(gòu)的材料就意味科學(xué)概念?？茖W(xué)概念的結(jié)構(gòu)是有層次的，因而給學(xué)生的材料的結(jié)構(gòu)也應(yīng)是有層次的，不同層次的結(jié)構(gòu)材料能引導(dǎo)學(xué)生獲得不同的發(fā)現(xiàn)。同樣，在“設(shè)計(jì)方案”過(guò)程中，學(xué)生的認(rèn)知是需要過(guò)程的，而且設(shè)計(jì)的需求也會(huì)隨著問(wèn)題逐步解決而發(fā)生變化，是需要不斷完善、不斷深入的。因此，材料也需要滿(mǎn)足這樣的過(guò)程與變化。

例如，在執(zhí)教《擰螺絲》一課時(shí)，筆者就為學(xué)生準(zhǔn)備了一組材料：十字螺絲（1號(hào)）、一字螺絲（2號(hào)）、大十字螺絲刀（A號(hào)）、小十字螺絲刀（B號(hào)）、一字螺絲刀（C號(hào)），而且選擇的十字螺絲用大十字螺絲刀（A號(hào)）和小十字螺絲刀（B號(hào)）都能固定。為什么這么選擇？目的就是用簡(jiǎn)單的材料讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中，層層推進(jìn)，不斷完善設(shè)計(jì)方案。首先給學(xué)生提出設(shè)計(jì)任務(wù)：用擰螺絲的方法固定小板凳，你打算選擇幾號(hào)螺絲？哪把螺絲刀？面對(duì)這個(gè)任務(wù)，學(xué)生都很有信心地提出了自己的解決方案：有學(xué)生提出選擇十字螺絲（1號(hào)）和大十字螺絲刀（A號(hào)）;有學(xué)生提出選擇十字螺絲（1號(hào)）和小十字螺絲刀（B號(hào)）;還有的學(xué)生提出選擇一字螺絲（2號(hào)）和一字螺絲刀（C號(hào)）。當(dāng)學(xué)生按照自己的設(shè)計(jì)選擇了螺絲、螺絲刀進(jìn)行操作后，發(fā)現(xiàn)固定十字螺絲，大小兩把十字螺絲刀都可以完成。當(dāng)學(xué)生都認(rèn)為自己設(shè)計(jì)的方案可行時(shí)，教師提出了第二個(gè)任務(wù)：大、小兩把十字螺絲刀都可以用來(lái)固定十字螺絲，那用大十字螺絲刀和小十字螺絲刀來(lái)固定同樣的螺絲會(huì)有什么不一樣呢？學(xué)生通過(guò)操作比較，發(fā)現(xiàn)用大十字螺絲刀來(lái)固定更省力，從而讓學(xué)生明白在選擇工具的時(shí)候不僅要選對(duì)，而且要選擇最合適的，這樣工作的效率才能提高。

總之，小學(xué)科學(xué)教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)性，幫助學(xué)生細(xì)化設(shè)計(jì)重點(diǎn)、突破設(shè)計(jì)難點(diǎn)、豐富設(shè)計(jì)想法、完善設(shè)計(jì)層次，努力提高“方案設(shè)計(jì)”的有效性。