□杭州市胜利小学 徐寻知
近年来中小学兴起STEM学习热潮，但笔者通过课堂观察和反思，发现在培养学生的工程设计思维方面还存在课程有局限、教师不够重视和学生已有能力缺乏等问题。
自2016年起，浙江省教育厅与美国印第安纳州教育厅连续合作实施“浙江—印州中小学课程平移项目”，邀请美国教师走进浙江中小学课堂，面向学生开展STEM教学。笔者通过连续10天平移项目的跟踪观察和翻转教学，尝试提出小学STEM课程中工程设计思维培养的教学模型以及相应的教学策略，藉以在STEM课程中培养小学生工程设计思维，并意图将工程设计思维的培养作为STEM教育的核心任务之一，将工程设计思维视为创新必备的逻辑思维能力。
一、工程设计思维培养的教学模型构建
STEM教育下的教学模型各有特色，笔者通过课程平移的现场教学观察，发现美方课程中有一套完整的基于设计的教学模型，即：提问—解决—设计—创造—测试—改进。
通过对美方教师课堂中工程设计思维培养的细节观察，结合克罗多纳基于设计的科学探究学习循环模型，笔者尝试构建出适合中国学生的STEM课程中工程设计思维培养的教学模型：设计与实施—分解任务、明确设计目标—确定设计要求和相关规范—进行设计和规划—实施建模建构—分享解决方案。
二、工程设计思维培养的教学策略
1.利用科学日志本，了解学生元认知。教师在实验过程中，都会强调学生需及时记录科学日志。其策略操作要点为：合理安排好设计和记录时间，留出充分空间让学生记录并反思；提供给学生的日志本中专门用于设计的小方格纸，潜移默化地渗透设计中画图的规范性；日志中数据的记录要求有真实性，提醒学生不能有选择地去记录数据数值，只有真实数据才能分析出问题的所在，才能真实反应实验的过程。
2.启发式教学，拆解核心问题。启发式教学策略就是根据教学目的、内容、学生的知识水平和知识规律，运用各种教学手段，采用启发诱导办法传授知识、培养能力，使学生积极主动地学习，以促进身心发展。其策略操作要点为：如出示“设计制造一辆汽车”的任务以及设计要求；教师和学生一起讨论核心问题，让学生思考核心问题中包含了哪些子问题；让学生进行独立的思考设计，然后进行小组内分享；小组共同进行设计，教师严格控制组间的交流，强调组内独立的思考和原创性。教师要留意学生的参与度，观察学生如何进行沟通，了解学生是否真正领会了任务的意义。
3.规矩在前，建立规则意识。发自内心的、以规则为自己行为准绳的意识，能直接影响学生的情感、思维、行为、习惯及气质的形成。其策略操作要点为：包括“速听从指令，在说话前请举手，如果需要离开位置请举手示意”等课堂规则；包括“原始设计图、修正记录、试验表格、二次设计图”等设计规则；包括“先修改设计图再修改产品，设计图中必须见到不同颜色标记的二次修改处，成功或失败的修改都要保留”等修改规则。
4.设立“脚手架”，提供平面参考图范例。其策略操作要点为：在整个项目中，教师一共出示过两次不同的小车平面参考图，第一次是让学生搭建该小车，并对小车进行某因素对行驶距离的影响实验时；第二次是到了最终挑战环节，学生明确拆解核心问题，明确设计意图之后，教师再次出示该设计图，让学生感受为何看了设计图就能够拼搭出相应的小车。
5.不吝时空，提供长时间的互动交流空间。生生互动是指学生之间的交流、质疑、争辩、补充。其策略操作要点为：出示挑战任务并短时间的独立思考后，教师提供了第一次小组内生生讨论、拆解任务的时间；要设计怎么样的小车来完成挑战，教师提供了第二次小组内生生讨论的时间和长达两节课的设计时间。总的算下来，在学生动手根据自己的设计图进行制作小车之前，教师至少提供给了学生100分钟的时间思考、讨论和设计。
6.鼓励思考允许犯错，从失败中受益。无论是学生的学习活动，还是人类的一切发明创造活动，都离不开思维，思维能力是学习能力的核心。其策略操作要点为：学生根据自己的设计图制作出的小车并不能一次性成功，甚至很多小组尝试了多次也未能成功；教师将所有学生召集回教室，问：“你们成功了吗，还没成功的问题出在哪里？”让学生从失败中受益，学生在每一次活动过后，通过自己的反思，找出实验中导致失败的因素，加以改进，再重新设计，会对自己的实验过程有一个反思，提升自我反思能力。
7.及时反思，自主总结。反思总结策略：在学习结束后，教师应引导学生对自己进行全面、深入的反思，学生从学习态度、方法、合作技能等方面进行反思，找出自己做得好的地方和还需要改进的地方，将自己的反思用语言、文字表达出来，使得认识更为清晰。其策略操作要点为：进行挑战小车的设计，要求设计成什么样就做成什么样，并通过长时间的测试和修改之后，每个小组在组内讨论制作小车过程中的“挑战困难”和“成功之处”，并将整个过程的总结写在日志本上；小组讨论之后，进行全班的交流，教师协同全班同学对每一组的设计进行反馈，提出肯定之处和修改建议；运用要求学生做学习小结的策略，通过将第一次设计的小车图纸和第二次设计的图纸进行对比，可以让学生更好地总结出自己设计时的优缺点，尽可能将设计优化，给予学生充分的自我反思，提高学生学习自主性。
