文献题目

科学思维、技术思维与工程思维的比较研究

研究时间

2024.3

研究教师

丁晓华

文献来源

《“工程思维视域下小学科学学科实践的全域推进研究”文献汇编》

内容摘要：

    科学思维、技术思维与工程思维存在着密切的相互联系与互动关系。它们同属于人类经过长期实践积累的以认识世界和改造世界为目的的对象性思方式。工程思维离不开科学思维和技术思维。工程思维是具有科学性的思维，也是具有技术性（可行性与操作性）的思维。工程思维作为一种“设计”并“构建”新的存在物的思维，必然内在地包含着遵循事物因果联系与规律的科学思维方式以及遵循方法手段操作流程与规范的技术思维方式。简言之，工程思维是建立在科学思维与技术思维基础上的一种高阶思维（它还包括艺术思维、社会思维等），它以科学思维与技术思维为支撑。

读后感悟（对典型课教学或本课题研究的启发）：

本课题是以工程思维为导向，以生成“待构建的人工系统”解决实际问题为手段的，促进学科科学学科素养发展为目的的教学实践活动。基于工程思维、科学思维与技术思维三者的内在逻辑，给我们的启示是：在教学实践的内容开发与设计时对三者要有整体上的把握，在产品生成的工程思维主体框架内，要注重科学的理论指导与方法论引领，以保障工程的科学性和可能性。要遵循技术思维的方法指导与有效程序，明确工程实施的操作路径和可能边界。在发展学生工程思维、提高工程实践的内容开发与设计时，也要考虑工程实践的创新与发展对学生科学思维及技术思维的推动作用，借工程思维之场发展科学思维与技术思维，使学生的思维品质乃至科学学科素养得到充分发展。

具体方案如下：

       工程思维视域下小学科学学科实践的内容开发与设计研究

部分教学环节中过程标注（提出问题——聚焦主题——系统设计——统筹资源——探究实践——反思诊断——探究实践/更新迭代）

《自制冰箱》教学设计

【教学目标】

一、使学生知道：

1.有些物体导热性能强、有些物体导热性能差。

2.通常热从温度高的物体传向温度低的物体。

3.有自然三种传递热的方式：传导、对流、辐射

二、使学生理解：

1..材料的选择不同，呈现的产品传热效能不同。

2.当我们了解热传递的发生条件、热传递的方式及导热性能后，就能根据实际需求，选择是防止热传递的发生，还是利用热传递来方便生活。

三、使学生学会：

1.运用热传递的知识设计并制作出人造冰箱。

【教学重难点】

重点：知道工程师是做什么的，经历制作一件物品的过程。

难点：实施制作冰箱的全过程，理解设计、发明、制造等工程要素的基本内涵。

【教学准备】

教师材料：PPT

学生材料：纸杯、冰块、泡沫箱、填充物、锡纸、一次性手套、温度计、电子秤等

【教学过程设计】

（三）教学流程：

学习任务一

活动1：问题与聚焦（提出问题）

活动内容：学生进入情境，抓住核心问题

检测方式：通过讨论，学生能够界定出任务及具体要求。

活动2：知识回顾

活动内容：学生回顾热传递的知识（统筹资源）

检测方式：1.知道自制小冰箱会用到热传递的相关知识。2.能够辨别出生活中常见场景是利用热传递还是防止热传递。3.能够归纳出生活中的一些常见的热的不良导体。4.聚焦外卖箱的材料，了解其保温功能与材料存在密切联系。5.以外卖箱的锡纸结构，能够联想类比到保温杯内部的镜面反射，知道锡纸可以通过镜面反射将热反射回去以减缓因热辐射导致的热量散失。

活动3：厘清方案清单（聚焦主题、系统设计）

活动内容：学生根据合适的材料，厘清设计方案清单

检测方式：学生能够根据泡沫箱、锡纸等材料写出自制小冰箱相关的方案清单。

学习任务二：

活动1：画出设计图（系统设计）

活动内容：学生画出小冰箱的设计图，包括小冰箱的尺寸、各部分用到的材料以及材料的多少。

检测方式：1.知道根据实物的大小按比例缩小在图纸上画出小冰箱的尺寸。2.画出小冰箱的设计图，并标出各部分用到的材料及所用材料的多少。

活动2：展示设计图

活动内容：小组展示设计图，并分享设计想法

检测方式：1.各小组能够展示自己的设计图，并清晰表达设计想法，具有逻辑性。2.在分享展示的过程中其他成员能够认真聆听，并对自己小组的设计图进行初步修正。

活动3：制作小冰箱（统筹资源、探究实践）

活动内容：根据设计图制作小冰箱

检测方式：1.能够按照设计图制作小冰箱。2.在制作的过程中，小组成员间合理分工合作。3.交流制作过程中存在的问题。4.尝试解决制作过程中的问题，并完善制作。

学习任务三：测试小冰箱（反思诊断、迭代更新）

活动1：

活动内容：测试小冰箱的保冷效果并完成记录单

检测方式：

记录单：

活动2：

活动内容：改进小冰箱

检测方式：1、能够反思自己的制作。2、逻辑思维能力。3、想办法让制作的小冰箱保冷效果更好且成本低、便携。

实践思考（教学实践后对典型课教学或本课题研究的启发）：

在教学中我们尝试以项目化的方式推进工程产品创造创新的实践活动，探究思维主要用来理清小冰箱的工作原理，技术思维主要利用热传递原理进行小冰箱制作过程的规划，工程思维则在整体上进行引领，重要落点于主题聚焦、统筹资源、探究实践、更新迭代等方面。整体设计因为有了目标产品作为先导，学生参与的积极性高，因为实践，对工程涉及的几个基本要素及操作方式的理解也较为深入。其指向核心素养的合作、沟通、审辩及创造创新等能力也得到了有效训练。基于工程思维、科学思维、技术思维三位一体的教学内容与设计，能有效提升学生的科学素养。