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文 / 阿福媽媽

我們聽說過很多關于工程師思維的趣談，比如奇葩大會中“畢導”（清華大學化工系博士生）的洗襪神器設計制作改善過程就讓人捧腹不已。親們在感慨理工科學生腦洞大開的神奇方式外，是否注意到，這其實是非常典型的工程師思維的實際應用。

今天，我們就從工程和工程思維的概念聊起，談一下為什麼以及如何給孩子們進行工程師思維的培養。

什麼是工程？我們常聽到的工程師思維是什麼？

工程就是應用數學、科學和技術領域的概念來系統地解決複雜問題。

而工程師思維可以從以下七個步驟來體現：

• 第一步：識别問題和制約因素
• 第二步：調查研究
• 第三步：形成概念
• 第四步：分析觀點
• 第五步：建立模型
• 第六步：測試和優化
• 第七步：溝通和反思

孩子們在學習過程中使用工程設計思維有哪些好處呢？福媽總結了幾條給大家參考：

• 可以将複雜問題分解為框架來逐一處理。
• 運用了高階思維模式（高階思維是較高認知水平層次上的心智活動或認知能力，表現為分析、綜合、評價和創造）。
• 在STEAM項目學習中，可以在數學、科學和技術與現實世界的産品和過程之間建立聯系。
• 提倡發現式學習而形成的主動意識，發展獨特的解決方案。

重點來了，如何培養孩子的工程師思維呢？

阿福媽媽通過一則小實驗舉例如何培養和引導孩子的工程師思維：

實驗名稱：打造錫紙船

實驗目的：根據實驗進程和工程師思維的一一對應來拆解培養孩子的工程師思維的可行步驟

實驗過程：

1. 在實驗開始前，先給孩子提出幾個小問題或講述故事給孩子的大腦預熱。比如，為什麼我們叫”宇宙飛船“，而不是”宇宙飛機“？接下來講述船的發展曆史，然後請孩子設定自己的造船藍圖。

阿福的造船藍圖是這樣的：

外面的一圈線條是他畫的傘，他叫這艘船為”傘船“，頗有潛水艇的感覺

這個《造船藍圖》裡面有包含需要思考的問題：比如，船用什麼材質？會有什麼樣的冒險，你是怎麼解決的？等等，阿福的文字能力有限，在有着什麼樣的冒險時他有口頭向我表達：”航行的過程中船底破了一個洞“，福媽引導他尋求解決方案時，他也很天真的表示”我去把洞補上繼續航行“。

這個環節實際對應的就是工程師思維的第一步：識别問題和制約因素。

2. 接下來引入密度的概念、理解和探讨。這一步對應工程師思維的第二、三和四步，調查研究、形成概念和分析觀點。

引入密度概念時，首先給孩子準備幾種材質讓他試想在水中的沉浮狀況：金屬硬币、木頭、冰塊、錫紙、不同形狀的塑料、。

阿福思考的會沉下來的材質：金屬硬币、木頭、冰塊、錫紙。

而他認為會浮起來的：塑料。

實驗的結果是：

沉入水中的材質：金屬硬币、整塊的塑料、揉成團的錫紙。

浮在水中的：冰塊、木頭和杯型的塑料。

看到實驗結果後，引導他思考：為什麼金屬沉入水底，木頭可以浮在水面？為什麼都是水，冰塊卻浮起來，為什麼杯型的塑料浮在水面，三角塊和其他形狀的塑料卻沉入水底？

為了讓阿福更進一步了解密度，福媽跟他講了曹沖稱象的故事，然後引發他的思考：為甚麼木頭的船可以裝大象，為什麼大象的重量和船裡的沙石一樣？船的兩次刻度之間的差距和大象的重量有什麼關系？

經過以上的問題和實驗思考，阿福有了最最初級的密度概念。雖然還不明白确切的意義，但是他大概明白了密度這個東西和重量還有形狀（體積）是有關系的。

3. 接下來就是他通過親自實驗來進一步了解密度概念，并且運用工程師思維的第五步（建立模型）、第六步（測試和優化）以及第七步（溝通和反思）來完成他的最終作品。

首先，他自己分别折了紙船和錫紙船：

發現的現象是搭載了貨物（金屬硬币）的紙船會逐漸變濕，最終沉入水中。

在錫紙船的測試中，由于貨物放置不均勻船會傾倒進水，随着貨物重量的增加船的底部開始進水。對此，他的解決方案是在錫紙船的外面再包一層完整沒有折疊的錫紙【完整沒有折疊是什麼意思？】，包後的效果是這樣的：

動手操作後，福媽請他回顧并描述整個造船過程以及相應的故事。盡管他的講演過程和情節比較稚嫩，但是通過這個實驗，他對密度的概念有了初步的認知，學會了把自己的構思通過工程師思維的步驟來實現。雖然他的作品沒有那麼完美，但思維方式已經萌芽。思維的形成需要經曆一個過程，後續需要不斷地訓練加強。

希望這個小實驗能夠給您帶來靈感，如果您有想法和建議，歡迎與我們溝通，需要這個《打造錫紙船》完整教案的親們，可以在下方留言中著名自己的郵箱或是微信号，我們将免費發Word文檔給您，您可以繁轉簡，根據您的孩子的情況自己修改完善課件，陪伴孩子動動小手，轉轉大腦。

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