一、為何聚焦“問題解決的工程思維”？——課程背景與價值定位演講人01為何聚焦“問題解決的工程思維”？——課程背景與價值定位02什么是“問題解決的工程思維”？——核心概念與要素解析03如何在課堂中培育工程思維？——教學(xué)策略與實(shí)踐路徑04如何評價工程思維的發(fā)展？——多元評價與反饋機(jī)制05結(jié)語：讓工程思維成為學(xué)生終身的“問題解決力”目錄2025小學(xué)六年級科學(xué)上冊問題解決的工程思維課件作為一名深耕小學(xué)科學(xué)教育十余年的一線教師，我始終堅信：科學(xué)教育的終極目標(biāo)不是知識的灌輸，而是思維能力的培育。當(dāng)2022版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確將“工程思維”列為核心素養(yǎng)的重要組成部分時，我便意識到：六年級作為小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)的收官階段，正是幫助學(xué)生完成從“科學(xué)探究”到“工程實(shí)踐”思維躍升的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。今天，我將結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐與新課標(biāo)要求，系統(tǒng)梳理“問題解決的工程思維”教學(xué)框架，與各位同仁共同探討如何在小學(xué)六年級科學(xué)課堂中培育學(xué)生的工程思維。01為何聚焦“問題解決的工程思維”？——課程背景與價值定位1新課標(biāo)要求的核心回應(yīng)2022版課標(biāo)在“課程目標(biāo)”中明確提出：“學(xué)生要初步形成工程思維，能運(yùn)用工程思維解決簡單的實(shí)際問題”；在“課程內(nèi)容”中單獨(dú)設(shè)立“技術(shù)與工程”領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)“通過設(shè)計、制作、測試、優(yōu)化等活動，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力”。六年級作為小學(xué)階段的最高年級，學(xué)生已具備一定的科學(xué)知識儲備（如物質(zhì)性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)與功能等）和探究經(jīng)驗(yàn)（如對比實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)記錄），正是將零散的知識轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的工程思維的最佳窗口期。2學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的必然需求我曾在教學(xué)中觀察到一個典型現(xiàn)象：五年級學(xué)生在“設(shè)計生態(tài)瓶”時，往往停留在“按步驟操作”層面，很少主動考慮“材料選擇是否最優(yōu)”“結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定”；而六年級學(xué)生在“制作簡易顯微鏡”時，開始自發(fā)討論“鏡片曲率對放大倍數(shù)的影響”“支架材料的承重性”。這說明，六年級學(xué)生的抽象思維、系統(tǒng)分析能力已顯著提升，能夠理解“問題-設(shè)計-優(yōu)化”的閉環(huán)邏輯，具備了工程思維培育的認(rèn)知基礎(chǔ)。3真實(shí)生活的實(shí)踐導(dǎo)向工程思維本質(zhì)是“用科學(xué)方法解決實(shí)際問題”的思維。我在家長會中常聽到家長反饋：“孩子能背出熱傳遞的三種方式，卻不會設(shè)計保溫杯；能說出電路的連接方式，卻修不好家里的小臺燈?！边@恰恰反映了傳統(tǒng)科學(xué)教育與生活實(shí)踐的割裂。六年級學(xué)生即將進(jìn)入青春期，對“解決真實(shí)問題”的需求更強(qiáng)烈——通過工程思維的培育，能讓他們真正體會“科學(xué)有用”，從而激發(fā)持續(xù)的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。02什么是“問題解決的工程思維”？——核心概念與要素解析1工程思維的定義與特征1工程思維是一種以“解決實(shí)際問題”為導(dǎo)向，通過“需求分析-方案設(shè)計-原型制作-測試優(yōu)化-成果應(yīng)用”的系統(tǒng)化流程，綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識，創(chuàng)造性解決問題的思維方式。其核心特征可概括為三點(diǎn)：2（1）目標(biāo)導(dǎo)向性：所有思維活動圍繞“解決特定問題”展開，如“設(shè)計一個能承重1kg的紙橋”比“研究紙的承重能力”更具明確指向；3（2）迭代優(yōu)化性：工程實(shí)踐中沒有“完美方案”，只有“更優(yōu)方案”，需通過測試數(shù)據(jù)不斷調(diào)整設(shè)計（我曾帶領(lǐng)學(xué)生用3輪迭代將紙橋承重從300g提升至1.2kg）；4（3）跨學(xué)科綜合性：一個簡單的“保溫盒設(shè)計”需融合熱傳遞（科學(xué)）、材料特性（技術(shù)）、尺寸計算（數(shù)學(xué)）、用戶體驗(yàn)（人文）等多維度知識。2科學(xué)思維與工程思維的區(qū)別與聯(lián)系在教學(xué)中，我常通過對比幫助學(xué)生理解二者差異（見表1）：2科學(xué)思維與工程思維的區(qū)別與聯(lián)系|維度|科學(xué)思維|工程思維|1|----------------|---------------------------|---------------------------|2|核心目標(biāo)|發(fā)現(xiàn)規(guī)律（“為什么”）|解決問題（“怎么做”）|3|思維路徑|觀察→假設(shè)→驗(yàn)證→結(jié)論|需求→設(shè)計→制作→優(yōu)化|4|結(jié)果特征|普適性（適用于同類現(xiàn)象）|針對性（解決特定問題）|5|評價標(biāo)準(zhǔn)|正確性（是否符合規(guī)律）|有效性（是否解決問題）|6二者并非對立，而是互補(bǔ)：科學(xué)思維為工程實(shí)踐提供理論支撐（如浮力原理指導(dǎo)船的設(shè)計），工程實(shí)踐又能反哺科學(xué)探究（如橋梁測試數(shù)據(jù)推動材料科學(xué)研究）。3小學(xué)六年級工程思維的培育重點(diǎn)010203040506基于課標(biāo)要求與學(xué)生特點(diǎn)，六年級需重點(diǎn)培育以下5項(xiàng)能力（見圖1）：需求分析能力：能從生活現(xiàn)象中提取關(guān)鍵問題（如“教室門老夾手”→“需要防夾裝置”）；方案設(shè)計能力：能用草圖、流程圖等工具呈現(xiàn)設(shè)計思路（我要求學(xué)生必須標(biāo)注“設(shè)計依據(jù)”，如“選擇瓦楞紙是因?yàn)槠淇箯澢芰?qiáng)”）；原型制作能力：能安全使用簡單工具（如剪刀、膠槍），合理選擇材料（區(qū)分“實(shí)驗(yàn)材料”與“工程材料”）；測試優(yōu)化能力：能設(shè)計測試方案（如“用沙包增重測試紙橋承重”），通過數(shù)據(jù)對比改進(jìn)設(shè)計；團(tuán)隊協(xié)作能力：能在小組中分工（記錄員、操作員、匯報員），尊重他人觀點(diǎn)（我曾讓學(xué)生用“3分鐘傾聽法”：先完整聽完同伴方案再提問）。03如何在課堂中培育工程思維？——教學(xué)策略與實(shí)踐路徑1以“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”為載體，構(gòu)建真實(shí)問題情境六年級學(xué)生對“虛假任務(wù)”（如“假設(shè)你是工程師”）興趣有限，需創(chuàng)設(shè)“與自身相關(guān)”的真實(shí)問題。我在教學(xué)中常用以下3類情境：（1）校園生活問題：如“設(shè)計班級圖書角的防傾倒書架”（涉及重心原理、材料承重）；（2）家庭生活問題：如“制作媽媽的廚房防燙夾”（涉及熱傳遞、摩擦力）；（3）社會熱點(diǎn)問題：如“為社區(qū)設(shè)計雨水收集裝置”（涉及水循環(huán)、材料防水性）。以“校園生活問題”為例，我曾帶領(lǐng)學(xué)生解決“科學(xué)教室工具柜雜亂”的問題：首先引導(dǎo)學(xué)生觀察工具柜現(xiàn)狀（工具易滑落、分類不清晰），提取核心需求（“分類存儲、穩(wěn)固防落”）；然后小組討論設(shè)計方案（有組提出“分層隔板+彈性綁帶”，有組設(shè)計“帶標(biāo)簽的抽屜式結(jié)構(gòu)”）；接著用KT板制作原型，模擬放入不同工具測試（發(fā)現(xiàn)“彈性綁帶對圓形工具固定效果差”）；最后優(yōu)化方案（改為“魔術(shù)貼+凹槽設(shè)計”）。整個過程持續(xù)3周，學(xué)生不僅解決了實(shí)際問題，更深刻體會了工程思維的“問題-設(shè)計-優(yōu)化”邏輯。2以“思維工具”為支架，降低認(rèn)知門檻六年級學(xué)生雖具備一定邏輯能力，但面對復(fù)雜工程問題時仍易“卡殼”。我在教學(xué)中總結(jié)了3類實(shí)用思維工具：（1）需求分析表（見表2）：通過“問題描述-影響人群-關(guān)鍵指標(biāo)”三欄，幫助學(xué)生明確核心需求。例如解決“課間水杯易打翻”問題時，學(xué)生填寫“問題描述：水杯放在課桌邊緣易碰倒”“影響人群：全班45人”“關(guān)鍵指標(biāo)：防倒性（傾斜45不翻）、易取放（單手可拿）”。|欄目|內(nèi)容示例||----------------|---------------------------||問題描述|課間水杯易打翻|2以“思維工具”為支架，降低認(rèn)知門檻|影響人群|全班45人||關(guān)鍵指標(biāo)|傾斜45不翻、單手可拿|（2）設(shè)計對比表（見表3）：在方案設(shè)計階段，引導(dǎo)學(xué)生從“可行性、成本、效果”三方面對比不同方案。如設(shè)計“保溫盒”時，有組提出“泡沫箱+棉花”，有組提出“塑料盒+錫紙”，通過對比發(fā)現(xiàn)“泡沫箱成本低但不防水，塑料盒防水但保溫稍差”，最終選擇“塑料盒內(nèi)襯泡沫板”的折中方案。|方案|可行性（材料易獲?。﹟成本（元）|保溫效果（℃/30分鐘）||----------------|---------------------|------------|-----------------------|2以“思維工具”為支架，降低認(rèn)知門檻|泡沫箱+棉花|★★★★|5|降溫8||塑料盒+錫紙|★★★|8|降溫6||塑料盒+泡沫板|★★★★|7|降溫5|（3）優(yōu)化日志：要求學(xué)生記錄“測試現(xiàn)象-問題分析-改進(jìn)措施”（見表4）。例如紙橋測試中，某組記錄“第一次測試：中間部位下彎3cm，承重500g；問題分析：橋面材料太薄，支撐柱間距過大；改進(jìn)措施：疊加2層A4紙做橋面，縮小支撐柱間距至10cm”。這種“記錄-反思-改進(jìn)”的循環(huán)，能有效培養(yǎng)學(xué)生的“迭代思維”。|測試次數(shù)|測試現(xiàn)象|問題分析|改進(jìn)措施||--------------|-------------------------|---------------------------|-------------------------|2以“思維工具”為支架，降低認(rèn)知門檻231|第1次|中間下彎3cm，承重500g|橋面材料薄，支撐柱間距大|疊加2層橋面，間距10cm||第2次|橋面邊緣撕裂，承重800g|膠水粘貼不牢，材料接口脆弱|改用雙面膠+訂書釘加固||第3次|無明顯變形，承重1200g|方案可行|確定最終設(shè)計|3以“跨學(xué)科整合”為突破，提升思維深度工程問題往往涉及多學(xué)科知識，我在教學(xué)中注重與數(shù)學(xué)、美術(shù)、信息技術(shù)等學(xué)科聯(lián)動：與數(shù)學(xué)整合：在“設(shè)計承重結(jié)構(gòu)”時，引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)公式計算“材料抗彎曲能力與寬度、厚度的關(guān)系”（如“抗彎曲能力與厚度的平方成正比”），用數(shù)據(jù)支撐設(shè)計；與美術(shù)整合：要求學(xué)生用“設(shè)計草圖+色彩標(biāo)注”呈現(xiàn)方案（如用紅色標(biāo)注“受力關(guān)鍵部位”，藍(lán)色標(biāo)注“薄弱環(huán)節(jié)”），提升設(shè)計的可視化；與信息技術(shù)整合：鼓勵學(xué)生用“思維導(dǎo)圖軟件”梳理設(shè)計流程，用“Excel”分析測試數(shù)據(jù)（如繪制“承重-變形量”折線圖），培養(yǎng)數(shù)字化工具應(yīng)用能力。記得有次“設(shè)計校園導(dǎo)視牌”項(xiàng)目，學(xué)生不僅運(yùn)用科學(xué)中的“材料耐候性”（選擇PVC板而非紙板）、數(shù)學(xué)中的“視角與尺寸計算”（確定字體大小），還通過美術(shù)課學(xué)的“色彩心理學(xué)”（用綠色傳遞“環(huán)保”，藍(lán)色傳遞“科技”）優(yōu)化設(shè)計，最終作品被學(xué)校采納放置在操場入口——這種“多學(xué)科融合”的成就感，是單一學(xué)科教學(xué)無法給予的。04如何評價工程思維的發(fā)展？——多元評價與反饋機(jī)制1過程性評價：關(guān)注思維軌跡工程思維的培育重點(diǎn)在“過程”，我設(shè)計了“工程思維成長檔案袋”，收錄以下材料：需求分析單：考察是否能準(zhǔn)確提取關(guān)鍵問題；設(shè)計草圖與說明：考察設(shè)計的合理性與邏輯性（是否標(biāo)注“設(shè)計依據(jù)”）；測試記錄與優(yōu)化日志：考察“發(fā)現(xiàn)問題-分析問題-解決問題”的能力；小組合作記錄：通過同伴互評表（見表5）考察溝通、分工、傾聽能力。|評價維度|評價標(biāo)準(zhǔn)|自評（★）|組評（★）|師評（★）||----------------|---------------------------|-----------|-----------|-----------|1過程性評價：關(guān)注思維軌跡|任務(wù)參與度|全程投入，完成分工任務(wù)|★★★|★★★★|★★★★|1|觀點(diǎn)貢獻(xiàn)|提出2個以上有效改進(jìn)建議|★★★★|★★★|★★★★|2|傾聽與協(xié)作|能完整傾聽他人觀點(diǎn)并回應(yīng)|★★★★|★★★★|★★★★|32結(jié)果性評價：聚焦問題解決最終作品需滿足“功能性”與“創(chuàng)新性”雙重標(biāo)準(zhǔn)。我制定了“工程作品評價量表”（見表6）：2結(jié)果性評價：聚焦問題解決|評價維度|評價指標(biāo)|分值|0504020301|----------------|---------------------------|------||功能實(shí)現(xiàn)|能解決目標(biāo)問題（如紙橋承重≥1kg）|40||設(shè)計合理性|設(shè)計依據(jù)明確，符合科學(xué)原理|30||創(chuàng)新性|有獨(dú)特設(shè)計點(diǎn)（如材料新用法）|20||美觀與實(shí)用性|結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，外觀整潔|10|3反思性評價：促進(jìn)思維進(jìn)階每完成一個工程項(xiàng)目，我會引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“三維反思”：（1）對問題的反思：“最初的問題是否被完全解決？哪些需求被忽略了？”（2）對過程的反思：“哪個環(huán)節(jié)最困難？如果重來一次會如何改進(jìn)？”（3）對思維的反思：“工程思維與之前學(xué)的科學(xué)探究有什么不同？它對你解決其他問題有什么啟發(fā)？”有位學(xué)生在反思中寫道：“以前做實(shí)驗(yàn)總想著‘得出正確結(jié)論’，現(xiàn)在做工程卻要想著‘怎么讓它更好用’。我給奶奶做的防燙夾雖然夾菜時有點(diǎn)松，但奶奶說‘比超市買的還貼心’——原來解決問題比‘正確’更重要?！边@段真實(shí)的反思，正是工程思維內(nèi)化的體現(xiàn)。05結(jié)語：讓工程思維成為學(xué)生終身的“問題解決力”結(jié)語：讓工程思維成為學(xué)生終身的“問題解決力”回顧十余年教學(xué)，我最深的感受是：工程思維不是“額外的教學(xué)內(nèi)容”，而是“重新組織教學(xué)的思維方式”。它將零散的科學(xué)知識串聯(lián)成解決問