工程實(shí)踐活動(dòng)的有效實(shí)施能夠增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)，更能促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的真正發(fā)展。科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)將“工程設(shè)計(jì)與物化”的內(nèi)容納入科學(xué)核心概念之中，并明確了工程實(shí)踐活動(dòng)的一系列關(guān)鍵要素，包括明確問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、實(shí)施計(jì)劃、檢驗(yàn)作品、改進(jìn)完善、展示成果等。蘇教版《科學(xué)》教材中專門設(shè)置了如小小工程師、項(xiàng)目化學(xué)習(xí)等專項(xiàng)學(xué)習(xí)內(nèi)容，這些內(nèi)容需要用到工程實(shí)踐活動(dòng)的學(xué)習(xí)方式。在“立體小菜園”項(xiàng)目教學(xué)中，為了能更好地開(kāi)展工程實(shí)踐活動(dòng)，我們逐步形成以明確工程問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)踐方案、制作和完善模型、物化和展示成果這四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)的教學(xué)流程（如圖1）。

一、明確工程問(wèn)題

1.結(jié)合生活需求

在開(kāi)展工程實(shí)踐活動(dòng)之前，教師要引導(dǎo)學(xué)生明確工程問(wèn)題。首先，了解需求，這里的需求可以是學(xué)生個(gè)人的需求、也可以是社會(huì)共同的需求；然后，結(jié)合以上需求明確要解決的工程問(wèn)題，并且將工程問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ虒?shí)踐活動(dòng)任務(wù)。[1]例如，在野外生活中，電源是人們共同的需求，由此明確“如何在野外擁有電源”的問(wèn)題，提出制作水力發(fā)電機(jī)的任務(wù)。

2.創(chuàng)設(shè)主題情境

教師在教學(xué)中可以創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)的主題情境，如故事情境、實(shí)驗(yàn)情境、生活情境、問(wèn)題情境、科學(xué)史情境和討論情境等，讓學(xué)生在情境中明確工程問(wèn)題，提出將要實(shí)踐的工程任務(wù)。這可以激發(fā)學(xué)生的興趣，也可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

在“立體小菜園”項(xiàng)目的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師提供“人口多、耕地少”的閱讀資料或視頻資料，讓學(xué)生了解到解決糧食短缺的社會(huì)需求，并以圖片的形式出示“立體農(nóng)場(chǎng)”的概念。在了解“立體農(nóng)場(chǎng)”優(yōu)缺點(diǎn)的同時(shí)，學(xué)生知道了蔬菜、水果等農(nóng)作物可以在高層建筑中種植，從而思考如何將“立體農(nóng)場(chǎng)”遷移到每個(gè)家庭的陽(yáng)臺(tái)，并將其轉(zhuǎn)化成工程實(shí)踐任務(wù)：在陽(yáng)臺(tái)建造一個(gè)“立體小菜園”。這樣一來(lái)，學(xué)生將要實(shí)踐的工程任務(wù)不是教師直接給出的，而是來(lái)源于根據(jù)社會(huì)需求提出的工程問(wèn)題。

二、設(shè)計(jì)實(shí)踐方案

設(shè)計(jì)實(shí)踐方案是工程實(shí)踐活動(dòng)的靈魂，是工程物化的前提條件，指引著工程實(shí)踐的方向。工程設(shè)計(jì)不同于科學(xué)探究設(shè)計(jì)，它不僅要考慮科學(xué)因素，而且要考慮技術(shù)因素、環(huán)境因素、經(jīng)濟(jì)因素和文化因素等（如圖2）。除此之外，教師要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用設(shè)計(jì)圖紙、材料選擇、經(jīng)費(fèi)核算等外顯的表達(dá)形式，促進(jìn)他們工程設(shè)計(jì)能力的提升。[2]

1.分析任務(wù)，做好前期研究

工程問(wèn)題往往較為復(fù)雜，需要使用一種或者多種資源，包括諸多為了解決該問(wèn)題所需要完成的相互獨(dú)立、相互依賴、相互聯(lián)系的活動(dòng)，通常具有系統(tǒng)性、多元性和開(kāi)放性等特征。如果直接讓學(xué)生設(shè)計(jì)方案，會(huì)有較大難度，讓他們無(wú)從下手。因此，教師在教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生采用系統(tǒng)、多元和開(kāi)放的思維方式去考慮各種因素。在設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)方案之前，教師先引導(dǎo)學(xué)生分析工程任務(wù)，思考可能會(huì)遇到什么問(wèn)題，需要知道哪些信息，再根據(jù)實(shí)際情況將工程問(wèn)題分解為諸多的小任務(wù)，鼓勵(lì)他們明確分工、人人參與，圍繞一個(gè)小任務(wù)進(jìn)行大量的前期研究，并在小組中分享交流各自的前期研究，集思廣益，共同商討可行方法，為后續(xù)設(shè)計(jì)實(shí)踐方案做好鋪墊。

在“立體小菜園”項(xiàng)目任務(wù)分析環(huán)節(jié)，教師引出問(wèn)題“在陽(yáng)臺(tái)制作一個(gè)立體小菜園可能會(huì)遇到什么問(wèn)題，需要考慮哪些方面的內(nèi)容？”，并鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合前期研究學(xué)習(xí)單（如圖3）盡可能多地列出需要前期研究的內(nèi)容，進(jìn)行分工合作。通過(guò)資料的收集、小組交流討論等活動(dòng)對(duì)每個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行研究，如“選擇適合在陽(yáng)臺(tái)種植的蔬菜”“選擇適合陽(yáng)臺(tái)種植的容器和土壤”“陽(yáng)臺(tái)種植技術(shù)有哪些”“如何實(shí)現(xiàn)立體化種植”等，讓學(xué)生在小組初步統(tǒng)一意見(jiàn)，商討出可行方法。值得注意的是，在收集“立體小菜園”的各方面信息時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生盡可能多地收集，充分發(fā)揮思維的開(kāi)放性，發(fā)展他們的創(chuàng)造性思維。

2.集思廣益，設(shè)計(jì)方案和圖紙

基于前期研究，小組內(nèi)集思廣益、商討方法，初步形成一些可行方法，設(shè)計(jì)具體制作方案。當(dāng)然，工程任務(wù)的完成是要有一定標(biāo)準(zhǔn)的，在設(shè)計(jì)方案之前學(xué)生要明確怎樣的設(shè)計(jì)才算是成功的，如產(chǎn)品效果、質(zhì)量牢固、節(jié)約材料等。同時(shí)，為了方便學(xué)生設(shè)計(jì)制作方案，教師可以為他們提供“超市化”的材料清單，鼓勵(lì)他們從中選擇合適的材料，并采用圖文結(jié)合的方式展示。在畫示意圖時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生標(biāo)注使用到的科學(xué)知識(shí)、各部分的結(jié)構(gòu)、主要功能和科學(xué)原理等。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生的工程設(shè)計(jì)思維能力得到了發(fā)展，具體表現(xiàn)為科學(xué)知識(shí)應(yīng)用、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、材料選擇、成本計(jì)算等。無(wú)論哪一方面都是工程設(shè)計(jì)思維的體現(xiàn)，但學(xué)生在這些方面的基礎(chǔ)比較薄弱，所以教師在教學(xué)中要循序漸進(jìn)，幫助他們提升工程設(shè)計(jì)思維。[3]

在“立體小菜園”項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)在陽(yáng)臺(tái)建造一個(gè)立體小菜園的任務(wù)，提出了眾多需要前期研究的小任務(wù)，如選擇適合在陽(yáng)臺(tái)種植的蔬菜、選擇適合陽(yáng)臺(tái)種植的容器和土壤、陽(yáng)臺(tái)種植技術(shù)有哪些、如何實(shí)現(xiàn)立體化種植等。教師提供大量的文字、圖片和視頻等閱讀資料，學(xué)生結(jié)合前期研究學(xué)習(xí)單，將收集到的信息匯總，并與小組成員分享交流，從而商討出在陽(yáng)臺(tái)建造立體小菜園的可行方法。如在解決“如何實(shí)現(xiàn)立體化種植”這個(gè)小任務(wù)時(shí)，學(xué)生通過(guò)查閱資料、借鑒已有經(jīng)驗(yàn)等方式，明確需要制作一個(gè)能放在陽(yáng)臺(tái)的立體種植架。教師先引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立畫出立體種植架的設(shè)計(jì)圖，然后在小組中交流討論，形成小組共同認(rèn)可的方案，并畫出小組設(shè)計(jì)圖（如圖4）。這里的設(shè)計(jì)圖不僅要有立體種植架的外觀設(shè)計(jì)，還要細(xì)化到具體的材料、大小、高度、長(zhǎng)度等信息，使其具有可操作性。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生逐步養(yǎng)成用設(shè)計(jì)圖紙表達(dá)設(shè)計(jì)思路的品質(zhì)。同時(shí)，對(duì)于制作材料的選擇、成本的計(jì)算等問(wèn)題，教師要進(jìn)行針對(duì)性地指導(dǎo)，循序漸進(jìn)地發(fā)展學(xué)生工程設(shè)計(jì)的思維能力。

三、制作和完善模型

制作和完善模型是實(shí)施工程實(shí)踐方案的重要手段之一。該環(huán)節(jié)中，學(xué)生要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案制作模型，再結(jié)合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，最后改進(jìn)完善模型，為物化和展示成果打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.依據(jù)設(shè)計(jì)方案，制作模型

模型制作的過(guò)程是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案可行性的重要環(huán)節(jié)，是設(shè)計(jì)方案與物化成果之間的重要中間環(huán)節(jié)。制作模型時(shí)，學(xué)生要嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)方案，這有助于他們熟悉制作方法和流程、熟練工具的使用，而且有助于他們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中可能存在的不合理之處。在修改方案的過(guò)程中，教師要重點(diǎn)讓學(xué)生解釋修改的原因，為接下來(lái)實(shí)際工程物化的過(guò)程做好充分準(zhǔn)備，并初步發(fā)展學(xué)生的工程物化能力。

制作“立體小菜園”模型時(shí)，針對(duì)“如何實(shí)現(xiàn)立體化種植”這一任務(wù)，教師為學(xué)生提供了“超市化”材料，要求他們根據(jù)具體情況填寫“模型制作材料使用情況記錄表”（見(jiàn)表1），樹(shù)立節(jié)約成本的意識(shí)。當(dāng)學(xué)生在制作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的不足之處時(shí)，教師引導(dǎo)他們及時(shí)修改，并說(shuō)明修改理由。例如，有的小組設(shè)計(jì)的立體種植架是垂直的四層型，在制作過(guò)程中他們發(fā)現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)不利于植物的生長(zhǎng)，遂將其修改為“樓梯狀”的四層型，并標(biāo)注修改的原因。

2.設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

檢驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒏倪M(jìn)完善是工程實(shí)踐活動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它可以促使實(shí)踐方案和模型不斷迭代，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。為了幫助學(xué)生有目的地檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，教師要幫助學(xué)生設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如產(chǎn)品效果、牢固穩(wěn)定、節(jié)約材料、分工合作、后期維護(hù)計(jì)劃等，同時(shí)采取形式多樣的評(píng)價(jià)手段。當(dāng)學(xué)生檢驗(yàn)成果之后，發(fā)現(xiàn)小組制作的模型存在可以改進(jìn)的方面，教師及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)方案和模型的改進(jìn)，為接下來(lái)完善模型提供理論基礎(chǔ)。

在“立體小菜園”項(xiàng)目的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，學(xué)生結(jié)合檢驗(yàn)評(píng)價(jià)表（見(jiàn)表2）開(kāi)展自評(píng)和互評(píng)活動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)小組的模型可以改進(jìn)的方面：

首先，選擇適合種植的植物，需要考慮植物的生長(zhǎng)習(xí)性與陽(yáng)臺(tái)和種植盆中的環(huán)境是否適應(yīng)，這體現(xiàn)出對(duì)科學(xué)要素的考慮；

其次，設(shè)計(jì)“立體小菜園”的立體化形式，無(wú)論是制作種植架，還是與陽(yáng)臺(tái)構(gòu)造相結(jié)合進(jìn)行立體化設(shè)計(jì)，均需要考慮到技術(shù)要素；

再次，在選擇搭建材料時(shí)，無(wú)論是金屬材料，還是木質(zhì)材料，甚至是PV水管等，除了要考慮材料的結(jié)實(shí)程度之外，還要考慮材料是否經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等要素；

最后，教師要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)的立體小菜園進(jìn)行裝扮，使它變得更加美觀。如有小組的立體種植架選擇的是PV水管，他們通過(guò)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種材料制作的立體種植架在“牢固穩(wěn)定”方面只打了兩顆星，而其他小組選擇的金屬材料雖然在“牢固穩(wěn)定”方面打了三顆星，但是“節(jié)約成本”方面卻只有一顆星。經(jīng)過(guò)交流、討論，學(xué)生決定將立體種植架的制作材料改為木質(zhì)材料，木制的立體種植架不僅牢固、穩(wěn)定，而且成本較低。

3.發(fā)展創(chuàng)新思維，不斷改進(jìn)完善模型

創(chuàng)新思維是學(xué)生必備的關(guān)鍵能力之一。首先，在工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)教師要注重引導(dǎo)學(xué)生討論方案，鼓勵(lì)他們盡可能提出更多的方案，或是與別人不同的想法，使他們的設(shè)計(jì)思維具有跳躍性和求異性，觸發(fā)思維的碰撞，產(chǎn)生創(chuàng)新的火花；然后，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)模型存在各方面的不足或需要改進(jìn)的地方時(shí)，教師要鼓勵(lì)他們自主改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，或借鑒其他小組的成功經(jīng)驗(yàn)。在此過(guò)程中學(xué)生可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多新問(wèn)題，教師要引導(dǎo)他們學(xué)會(huì)反思，尋找原因，改進(jìn)完善，使整個(gè)工程實(shí)踐成果不斷迭代更新，從而不斷培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維。[4]在不斷經(jīng)歷設(shè)計(jì)、制作、改進(jìn)、再設(shè)計(jì)、再制作的過(guò)程后，學(xué)生的工程實(shí)踐能力會(huì)得到有效發(fā)展。

在設(shè)計(jì)“立體小菜園”的階段，無(wú)論是植物、種植盆的選擇，還是立體小菜園的模型設(shè)計(jì)，教師都要讓學(xué)生在收集大量資料的基礎(chǔ)上，在小組中充分進(jìn)行“頭腦風(fēng)暴”，不斷優(yōu)化。教師設(shè)計(jì)模型評(píng)價(jià)方案（見(jiàn)表3）幫助學(xué)生對(duì)小組制作的模型進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，促使模型不斷改進(jìn)和完善，從而逐步發(fā)展創(chuàng)新思維。如有學(xué)生提出可以種植黃豆，因?yàn)辄S豆種植難度低；有學(xué)生提出黃豆雖然易于種植，可是由于陽(yáng)臺(tái)的空間限制，黃豆的產(chǎn)量將會(huì)很低；有學(xué)生提出可以種植小青菜或葡萄……學(xué)生針對(duì)一個(gè)方面充分討論，不斷優(yōu)化想法。

四、物化和展示成果

1.結(jié)合模型，物化成果

工程實(shí)踐能力的核心內(nèi)容是工程物化能力的發(fā)展，只有讓學(xué)生真正參與工程實(shí)踐活動(dòng)，才能逐步發(fā)展他們的工程物化能力。當(dāng)成果的物化過(guò)程很難在課堂教學(xué)中完成時(shí)，教師可以在學(xué)校科技社團(tuán)活動(dòng)時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生完成，或是鼓勵(lì)他們利用課余時(shí)間進(jìn)行工程實(shí)踐。在學(xué)生物化成果的過(guò)程中教師要給予充足的支持和幫助，如提供工程物化過(guò)程中需要的材料和工具等，同時(shí)，鼓勵(lì)他們?nèi)巳藚⑴c、相互合作，最終制作出與模型相符的成果。

在建造“立體小菜園”的過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷了從工程問(wèn)題到物化成果的整個(gè)實(shí)踐過(guò)程，認(rèn)識(shí)了工程實(shí)踐的一般流程。特別是在物化成果的環(huán)節(jié)，教師提供了大量的制作材料和工具，如木料、釘子、花盆、各種類型的土壤、各種蔬菜水果的種子和幼苗、錘子、螺絲刀等。教師可以結(jié)合學(xué)?？萍忌鐖F(tuán)活動(dòng)，讓學(xué)生有充足的時(shí)間和空間制作。該環(huán)節(jié)的建造不同于之前的模型制作，不僅需要建造“立體種植架”，還要選擇適合種植在陽(yáng)臺(tái)的植物種子或幼苗，以及種植的容器和土壤等。教師可以在科學(xué)實(shí)驗(yàn)室或者社團(tuán)教室開(kāi)辟出一塊類似陽(yáng)臺(tái)環(huán)境的位置，方便學(xué)生放置建造好的“立體小菜園”，方便督促他們后期對(duì)“立體小菜園”進(jìn)行維護(hù)、照料種植的蔬菜、水果等，使工程實(shí)踐活動(dòng)得到延續(xù)。在這個(gè)過(guò)程中，小組成員要分工明確、人人參與。

2.充分展示交流，回顧工程實(shí)踐

教師要開(kāi)展形式多樣的活動(dòng)讓學(xué)生展示、交流物化成果。通過(guò)展示交流，學(xué)生可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，使自己的設(shè)計(jì)和物化過(guò)程更加優(yōu)化，而這樣的活動(dòng)往往會(huì)被教師忽視。因此，教師要重視開(kāi)展形式多樣的展示交流活動(dòng)，如成果發(fā)布會(huì)、展示櫥窗、舞臺(tái)表演等。在展示交流活動(dòng)中，學(xué)生要通過(guò)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)、演講詞、劇本、圖片、視頻等多種方式來(lái)推介自己的成果。同時(shí)，教師也可以組織學(xué)生對(duì)其他小組作品的設(shè)計(jì)、物化的質(zhì)量以及推介的表現(xiàn)等通過(guò)投票來(lái)評(píng)優(yōu)或表彰，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。[5]

當(dāng)每個(gè)小組都完成“立體小菜園”的制作之后，教師設(shè)計(jì)了一場(chǎng)“成果發(fā)布會(huì)”（如圖5），讓學(xué)生將“立體小菜園”的設(shè)計(jì)方案和物化過(guò)程以及過(guò)程中的感受展示出來(lái)。有的小組精心設(shè)計(jì)了“成果說(shuō)明書(shū)”，有的小組制作了PPT，詳細(xì)介紹了“立體小菜園”各方面的情況，還有一個(gè)小組設(shè)計(jì)了“相聲表演”的節(jié)目來(lái)介紹“立體小菜園”。針對(duì)學(xué)生的創(chuàng)意展示，教師及時(shí)組織學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)投票，分別評(píng)選出“最佳成果獎(jiǎng)”和“最佳展示獎(jiǎng)”。同時(shí)，學(xué)生在展示交流中也發(fā)現(xiàn)了自己小組的物化成果還有更多可以改進(jìn)的地方，使新作品的迭代有了更多的可能，發(fā)揮了他們的主觀能動(dòng)性。

參考文獻(xiàn)

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