在進行同課異構(gòu)時，不同教師可能會從不同角度出發(fā)設計教學：有的通過對教材內(nèi)容的側(cè)重點進行差異化處理，有的改變教學環(huán)節(jié)的設計與編排，還有的側(cè)重于組織形式各異的學生活動，以此共同實現(xiàn)同一課程內(nèi)容下教學方式和效果的異構(gòu)。而我在第三次執(zhí)教《設計制作小車（一）》時，則是通過對設計制作小車的材料進行改變達到拓展學生思維空間的目的。
《設計制作小車（一）》是教科版小學科學四年級上冊《運動和力》單元的第7課，這節(jié)課是一節(jié)運用本單元所學關(guān)于運動和力的科學知識進行工程設計實踐的課，與第8課同為該單元的總結(jié)課。教材中為了給學生設計制作小車搭建支架，不僅明確了工程設計任務“用生活中的材料設計制作一輛具有動力的小車，使它能在5秒內(nèi)把兩塊橡皮運輸1米遠”，還以圖片形式給學生提供了設計制作小車的材料，并要求學生基于提供的材料完成設計一輛小車的任務。
我第一次執(zhí)教該課時，嚴格按照教材設計意圖，讓學生基于教材中提供的材料進行設計。教學過程中，我發(fā)現(xiàn)僅給學生提供一個硬紙盒作為車身，同時只提供一個氣球和一根橡皮筋的情況下，學生在設計過程中受到材料的限制，只考慮了動力的選擇和各個部件的連接，忽略了車身的大小、形狀，以及橡皮筋長短、氣球大小等因素對小車的影響。小組內(nèi)學生沒有激烈的思想碰撞，僅簡單把如何連接以及使用什么動力表達出來，導致匯報交流中無話可說，缺少創(chuàng)意想法。反思本節(jié)課，因為給學生提供的材料選擇余地小，所以學生思維空間狹窄，設計圖雷同。這節(jié)設計制作小車的課更像一節(jié)制作組裝課，缺少設計的深層次思考和呈現(xiàn)，沒能很好地體現(xiàn)工程設計的內(nèi)涵。
怎么讓學生的思維打開，在課堂上讓學生真正有設計思考呢？我在第二次執(zhí)教時，設計任務為“設計一輛具有動力，能跑5米的小車”，減去計時環(huán)節(jié)，任務簡單化。我著重在材料上給學生提供更大的選擇余地，提供了三種大小不同不帶蓋子的盒子：“大硬紙盒（20厘米×10厘米）、小硬紙盒（12厘米×6厘米）、亞克力盒子（15厘米×8厘米）”，大小不一的兩個氣球，長短不一的兩根橡皮筋，兩組大小不一的輪子，還有剪刀、膠水等材料。我試圖通過材料的多樣化，在課堂上引導學生深入思考影響小車行駛距離的各種因素，這不僅包括動力因素，還涵蓋了車身大小設計以及動力與車身結(jié)構(gòu)之間的匹配等因素。課堂上，每組學生在小組討論設計時，都能圍繞選擇哪種車身能跑得更遠，大氣球合適還是小氣球合適，橡皮筋長短的區(qū)別以及利弊等問題展開討論，最后呈現(xiàn)出的小車設計圖也各式各樣，每個小組都有自己的獨特設計和思考。教學過程中，學生面對多種選擇材料時，思維明顯活躍了，考慮問題的角度更多了，每個學生都會思考影響小車跑遠的因素，像小設計師那樣去發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題，并且全班形成了多種讓小車跑遠的解決方案，與第一次執(zhí)教相比更接近一節(jié)設計課。
給學生提供多種車身和動力的選擇，雖然給了學生更大的思考空間，也讓學生順利完成了小車的設計，但是總感覺這樣的課堂距離真正的設計還存在一定的差距。怎樣讓學生思維空間更大，創(chuàng)新意識得以進一步加強呢？能不能用學生熟悉的材料，并可以隨意改造來替代原來固定形狀的車身呢？
我在第三次執(zhí)教時，選用了生活中常見的胡蘿卜代替原來三種大小材質(zhì)不同盒子做車身，其他材料不變。胡蘿卜便宜又好找，相對于盒子來說，學生可以根據(jù)自己的想法將車身可削成不同的形狀、不同的大小，車身可以是實心的，也可以是中間挖空的，硬度足以支撐各種各樣的改造，符合車輛行進的要求。原來兩次教學我出示盒子時，學生自然而然想到這是拿來當車身的，而第三次教學出示胡蘿卜時，吸引學生注意力的同時，大家都提出了疑問，這是拿來做什么用的？當所有材料介紹完后，學生才反應過來，只能用它做車身，但能做車身嗎？怎么才能讓它成為車身的樣子呢？學生的思維廣度不斷開拓，頭腦風暴螺旋上升。小組合作研討時，有的學生想把胡蘿卜削成方形，但馬上有學生提出流線型更利于行進的想法；有的學生想把胡蘿卜挖空減輕重量，馬上有學生提出不能太輕，太輕容易打滑；有的學生提出可以在車身頂上開條槽便于吸管和氣球的安裝；有的學生提出可以采用雙動力系統(tǒng)……設計前的討論，學生基于原有知識儲備再重新定義車的概念，創(chuàng)意無限地提出自己的想法，并進一步思考如何落實該想法的辦法，不斷修正提升自己的想法，最后以三視圖的形式呈現(xiàn)自己的小車設計。課堂匯報交流時，每個小組提交的小車設計圖想法各異、精彩紛呈，但都有按設計圖進行制作和物化的接地氣設計�？梢哉f，一個小小的胡蘿卜，激發(fā)了學生對小車的重新認識和定義的興趣，一個小小的胡蘿卜給予學生大大的思維空間，一個小小的胡蘿卜給了學生無限的可能。
縱觀三節(jié)課，雖然目標一致，教學方法和教學環(huán)節(jié)相同，但課堂上學生呈現(xiàn)出的學習狀態(tài)差異很大，讓我更深刻認識到“工程的關(guān)鍵是設計，設計需要經(jīng)歷不斷改進的過程，直至滿足要求”這句話的意義。通過三節(jié)課的對比，以及與工作室伙伴的互動交流，我對素養(yǎng)導向下的科學工程設計課有了更深的理解。
一是工程設計要盡量接近真實的設計，而不是想象中的設計。學校的教育教學往往與現(xiàn)實生活有一定程度上的脫節(jié)，很多模擬活動為了適合學生，降低難度，減少干擾，把現(xiàn)實復雜的活動做成了一個很簡單的操作活動，這樣的模擬活動與真實的現(xiàn)實活動大相徑庭，導致學生對現(xiàn)實活動有錯誤的認知。我認為，教學在顧及學生的學習基點和實際能力的同時，要將設計活動盡量與真實的設計接近，讓學生了解真正意義上的設計是什么。二是工程設計要給學生提供學習支架，而不能讓支架成為制約創(chuàng)新的阻礙。工程設計對于小學生來說是有一定困難的，因此在教學類似工程設計課時，教師一定要給學生提供設計制作活動的支架，讓有困難的學生可以沿著學習支架往深處走。但有時教師給學生提供的學習支架，有可能反而成為學生自由思考和創(chuàng)新的阻礙。因此，我認為要給學生提供更具開放性的學習支架，給學生的學習提供更多可能，這樣有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、科學思維的發(fā)展。三是工程設計要給予學生思維空間，而不是為了完成教學任務束縛學生思考。類似于《設計制作小車》這類工程設計課，教師既要學生運用已學知識進行實踐探究，又要開闊學生思維，發(fā)揮學生敢想敢干、勇于探索的精神。因此，課堂上教師就不應被教材束縛，而應該給學生更大的思維空間、更大的發(fā)揮余地，這樣有利于保護學生的好奇心和求知欲。
在實施過程中，不論第二節(jié)課給學生多種材料選擇，還是第三節(jié)課給學生胡蘿卜，其目的都是為了在原有學習基礎(chǔ)上給學生更多的改造空間、想象空間和創(chuàng)新空間，讓學生去思考設計一輛小車應考慮哪些方面、哪些因素，會遇到什么問題，這些問題如何解決等，這樣的設計就是通過材料的小改變，給學生提供更大的思維空間，讓課堂內(nèi)的工程設計更接近實際。