在小學(xué)科學(xué)教育的版圖中，四年級(jí)是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵期。此時(shí)，他們的具象思維依然占據(jù)主導(dǎo)，但抽象邏輯思維已開(kāi)始萌芽，對(duì)動(dòng)手實(shí)踐充滿(mǎn)好奇與熱情。將工程師思維的培養(yǎng)有機(jī)融入四年級(jí)科學(xué)課程，不僅能夠深化學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解與應(yīng)用，更能前瞻性地培育其解決真實(shí)問(wèn)題的核心能力，為未來(lái)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)奠定基石。本文旨在探討如何在四年級(jí)科學(xué)課程框架內(nèi)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)并有效實(shí)施工程師思維的訓(xùn)練路徑。一、工程師思維訓(xùn)練的核心理念與目標(biāo)定位工程師思維并非單一的技能，而是一系列認(rèn)知方式、實(shí)踐方法和態(tài)度的集合。在四年級(jí)階段，我們不宜過(guò)早引入復(fù)雜的工程術(shù)語(yǔ)，而應(yīng)側(cè)重于通過(guò)具體情境和實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生潛移默化地體驗(yàn)工程師解決問(wèn)題的基本流程與核心特質(zhì)。核心理念在于：以真實(shí)情境中的問(wèn)題為導(dǎo)向，以學(xué)生主動(dòng)參與的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為載體，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”、“用中學(xué)”，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題到設(shè)計(jì)方案、動(dòng)手制作、測(cè)試改進(jìn)直至分享交流的完整過(guò)程。這一過(guò)程應(yīng)緊密結(jié)合四年級(jí)科學(xué)課程的核心知識(shí)點(diǎn)，如“物質(zhì)的性質(zhì)”、“力與運(yùn)動(dòng)”、“簡(jiǎn)單機(jī)械”、“生物與環(huán)境”等，使科學(xué)探究與工程實(shí)踐相互促進(jìn)，協(xié)同發(fā)展。訓(xùn)練目標(biāo)可分為三個(gè)維度：1.認(rèn)知維度：初步理解工程師的工作是解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，了解工程設(shè)計(jì)的基本步驟（如明確問(wèn)題、構(gòu)思方案、動(dòng)手制作、測(cè)試改進(jìn)等），能夠?qū)⑺鶎W(xué)科學(xué)知識(shí)應(yīng)用于簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)與制作中。2.能力維度：培養(yǎng)學(xué)生觀(guān)察與提問(wèn)的能力，初步的方案構(gòu)思與草圖繪制能力，運(yùn)用常見(jiàn)材料進(jìn)行簡(jiǎn)單原型制作的動(dòng)手能力，對(duì)作品進(jìn)行測(cè)試、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并嘗試改進(jìn)的探究能力，以及在小組活動(dòng)中的協(xié)作與溝通能力。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)維度：激發(fā)學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)的興趣和熱情，培養(yǎng)其面對(duì)挑戰(zhàn)時(shí)的耐心與毅力，樹(shù)立“失敗是成功之母”、“持續(xù)改進(jìn)”的成長(zhǎng)型思維，以及樂(lè)于合作、善于分享的團(tuán)隊(duì)精神。二、工程師思維訓(xùn)練模塊的設(shè)計(jì)框架基于上述理念與目標(biāo)，工程師思維訓(xùn)練可分解為若干相互關(guān)聯(lián)的模塊，這些模塊可嵌入常規(guī)科學(xué)課的單元教學(xué)中，或通過(guò)主題式項(xiàng)目學(xué)習(xí)集中開(kāi)展。（一）模塊一：?jiǎn)栴}意識(shí)與需求分析——工程師的“火眼金睛”*核心目標(biāo)：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)觀(guān)察生活，從現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)設(shè)計(jì)解決的問(wèn)題，并明確問(wèn)題的核心需求。*實(shí)施策略與示例：*情境導(dǎo)入：展示生活中不便的物品或現(xiàn)象（如：下雨天教室門(mén)口容易滑倒、植物澆水不方便、小動(dòng)物沒(méi)有合適的“家”等），引發(fā)學(xué)生思考。*觀(guān)察提問(wèn)：指導(dǎo)學(xué)生使用“5W1H”等方法對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行追問(wèn)，如“這個(gè)問(wèn)題是什么時(shí)候發(fā)生的？”“誰(shuí)會(huì)遇到這個(gè)問(wèn)題？”“它造成了什么影響？”“我們希望達(dá)到什么效果？”*需求明確：通過(guò)小組討論，將模糊的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為具體、可操作的設(shè)計(jì)需求。例如，在“為小鳥(niǎo)設(shè)計(jì)喂食器”的單元中，學(xué)生需要明確喂食器應(yīng)具備防雨、防松鼠偷吃、方便添加食物等基本功能。（二）模塊二：創(chuàng)意構(gòu)思與方案設(shè)計(jì)——工程師的“智慧大腦”*核心目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新意識(shí)，學(xué)習(xí)運(yùn)用草圖等方式表達(dá)設(shè)計(jì)想法，并對(duì)方案進(jìn)行初步篩選與優(yōu)化。*實(shí)施策略與示例：*頭腦風(fēng)暴：圍繞明確的需求，鼓勵(lì)學(xué)生大膽想象，提出盡可能多的解決方案，暫時(shí)不做評(píng)價(jià)。*草圖繪制：引導(dǎo)學(xué)生將自己的想法用簡(jiǎn)單的圖畫(huà)（草圖）和文字說(shuō)明記錄下來(lái)。強(qiáng)調(diào)草圖的重點(diǎn)在于表達(dá)想法，而非繪畫(huà)技巧。*方案篩選：小組內(nèi)展示各自的草圖，從可行性（材料是否易得、制作是否困難）、有效性（是否能解決問(wèn)題）、創(chuàng)新性等角度進(jìn)行討論和初步評(píng)估，選擇或融合形成一個(gè)小組方案。例如，在“設(shè)計(jì)橋梁”單元，學(xué)生需要考慮用什么材料（卡紙、吸管、牙簽等），設(shè)計(jì)成什么形狀（平板橋、拱橋、斜拉橋等），如何保證其承重能力和穩(wěn)定性。（三）模塊三：動(dòng)手制作與原型迭代——工程師的“靈巧雙手”*核心目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、空間想象能力和解決實(shí)際制作難題的能力，初步體驗(yàn)“做中學(xué)”和“迭代優(yōu)化”的過(guò)程。*實(shí)施策略與示例：*材料準(zhǔn)備：提供安全、易得、低成本的多種材料（如卡紙、紙盒、吸管、木棍、繩子、回形針、膠帶、剪刀、膠水等），鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造性地使用材料。*原型制作：學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)草圖，分組合作制作簡(jiǎn)易原型。教師巡回指導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生在遇到困難時(shí)積極思考、相互幫助，而非直接提供答案。*初步調(diào)試：原型完成后，進(jìn)行初步的自我測(cè)試和調(diào)整，發(fā)現(xiàn)制作過(guò)程中未預(yù)料到的問(wèn)題并嘗試解決。例如，在“制作簡(jiǎn)易太陽(yáng)能小車(chē)”時(shí)，學(xué)生可能會(huì)遇到輪子不轉(zhuǎn)、車(chē)身不平衡、太陽(yáng)能板角度不合適等問(wèn)題，需要逐步調(diào)整。（四）模塊四：測(cè)試改進(jìn)與優(yōu)化完善——工程師的“批判眼光”*核心目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)、評(píng)估能力和持續(xù)改進(jìn)的科學(xué)態(tài)度，理解測(cè)試是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)有效性的重要手段。*實(shí)施策略與示例：*制定標(biāo)準(zhǔn)：師生共同制定簡(jiǎn)單的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和方法。例如，喂食器的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)可以是“能否成功投放食物”、“雨水是否容易進(jìn)入”；橋梁模型的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)可以是“能承受多少本書(shū)的重量”、“是否穩(wěn)固不倒塌”。*公開(kāi)測(cè)試：按照預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行小組間或全班性的測(cè)試，記錄測(cè)試結(jié)果。*分析改進(jìn)：根據(jù)測(cè)試結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生分析成功經(jīng)驗(yàn)和失敗原因，思考如何改進(jìn)設(shè)計(jì)和制作。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行多輪次的“測(cè)試-改進(jìn)-再測(cè)試”，體驗(yàn)迭代優(yōu)化的過(guò)程。例如，小車(chē)跑得太慢，可能需要減輕重量或調(diào)整輪子摩擦力；橋梁承重力不夠，可能需要增加結(jié)構(gòu)支撐或改變材料組合。（五）模塊五：交流展示與反思總結(jié)——工程師的“溝通橋梁”*核心目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生清晰表達(dá)設(shè)計(jì)思路、制作過(guò)程和成果的能力，學(xué)會(huì)傾聽(tīng)他人意見(jiàn)，并進(jìn)行自我反思。*實(shí)施策略與示例：*成果展示：組織“小小工程師發(fā)布會(huì)”或“設(shè)計(jì)成果展”，學(xué)生以小組為單位，向全班展示自己的作品，介紹設(shè)計(jì)理念、制作過(guò)程、遇到的困難及解決方法、測(cè)試結(jié)果和改進(jìn)方向。*互評(píng)互學(xué)：鼓勵(lì)其他學(xué)生提問(wèn)、評(píng)價(jià)，分享自己的看法和建議，形成良好的交流氛圍。*個(gè)人反思：通過(guò)簡(jiǎn)單的記錄表或口頭總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生回顧整個(gè)工程實(shí)踐過(guò)程，思考自己學(xué)到了什么，有哪些收獲和不足，下次可以如何做得更好。三、四年級(jí)科學(xué)課程工程師思維訓(xùn)練的教學(xué)實(shí)施建議將工程師思維訓(xùn)練融入四年級(jí)科學(xué)課程，需要教師在教學(xué)觀(guān)念和教學(xué)方法上進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。1.內(nèi)容融合，有機(jī)滲透：避免將工程訓(xùn)練視為獨(dú)立于科學(xué)課程之外的附加任務(wù)，而是要深入研究教材，尋找科學(xué)概念與工程實(shí)踐的結(jié)合點(diǎn)。例如，學(xué)習(xí)了“力的作用效果”后，可以設(shè)計(jì)“如何讓靜止的物體動(dòng)起來(lái)”或“如何減小物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力”等工程挑戰(zhàn)；學(xué)習(xí)了“植物的生長(zhǎng)需要”后，可以設(shè)計(jì)“校園小菜園的規(guī)劃與種植工具改進(jìn)”等項(xiàng)目。2.時(shí)間保障，彈性安排：工程實(shí)踐活動(dòng)往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，教師可根據(jù)實(shí)際情況，靈活利用單元內(nèi)的若干課時(shí)、課后服務(wù)時(shí)間或綜合實(shí)踐活動(dòng)時(shí)間進(jìn)行。不必追求每個(gè)項(xiàng)目都完美無(wú)缺，關(guān)鍵在于讓學(xué)生經(jīng)歷完整的思維和實(shí)踐過(guò)程。3.材料支持，開(kāi)放多元：建立班級(jí)“創(chuàng)客材料角”，鼓勵(lì)學(xué)生收集和貢獻(xiàn)生活中的廢舊物品作為制作材料，培養(yǎng)節(jié)約和環(huán)保意識(shí)。提供的材料應(yīng)具有開(kāi)放性，允許學(xué)生有不同的選擇和組合。4.教師角色，引導(dǎo)賦能：教師應(yīng)從知識(shí)的直接傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒?dòng)的設(shè)計(jì)者、引導(dǎo)者、組織者和激勵(lì)者。要耐心等待，給予學(xué)生充分的思考和嘗試空間；要善于提問(wèn)，激發(fā)學(xué)生深度思考；要鼓勵(lì)創(chuàng)新，尊重學(xué)生的獨(dú)特想法；要寬容失敗，引導(dǎo)學(xué)生從失敗中學(xué)習(xí)。5.評(píng)價(jià)多元，過(guò)程為重：改變單一的結(jié)果性評(píng)價(jià)，采用過(guò)程性評(píng)價(jià)與結(jié)果性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式。關(guān)注學(xué)生在活動(dòng)中的參與度、合作精神、創(chuàng)新意識(shí)、解決問(wèn)題的能力以及反思總結(jié)的深度，而非僅僅關(guān)注作品的“完美”程度?？梢圆捎糜^(guān)察記錄、學(xué)生自評(píng)互評(píng)、作品展示、成長(zhǎng)檔案袋等多種評(píng)價(jià)方式。四、結(jié)語(yǔ)在四年級(jí)科學(xué)課程中系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施工程師思維訓(xùn)練，是對(duì)傳統(tǒng)科學(xué)教