在进行同课异构时，不同教师可能会从不同角度出发设计教学：有的通过对教材内容的侧重点进行差异化处理，有的改变教学环节的设计与编排，还有的侧重于组织形式各异的学生活动，以此共同实现同一课程内容下教学方式和效果的异构。而我在第三次执教《设计制作小车（一）》时，则是通过对设计制作小车的材料进行改变达到拓展学生思维空间的目的。
《设计制作小车（一）》是教科版小学科学四年级上册《运动和力》单元的第7课，这节课是一节运用本单元所学关于运动和力的科学知识进行工程设计实践的课，与第8课同为该单元的总结课。教材中为了给学生设计制作小车搭建支架，不仅明确了工程设计任务“用生活中的材料设计制作一辆具有动力的小车，使它能在5秒内把两块橡皮运输1米远”，还以图片形式给学生提供了设计制作小车的材料，并要求学生基于提供的材料完成设计一辆小车的任务。
我第一次执教该课时，严格按照教材设计意图，让学生基于教材中提供的材料进行设计。教学过程中，我发现仅给学生提供一个硬纸盒作为车身，同时只提供一个气球和一根橡皮筋的情况下，学生在设计过程中受到材料的限制，只考虑了动力的选择和各个部件的连接，忽略了车身的大小、形状，以及橡皮筋长短、气球大小等因素对小车的影响。小组内学生没有激烈的思想碰撞，仅简单把如何连接以及使用什么动力表达出来，导致汇报交流中无话可说，缺少创意想法。反思本节课，因为给学生提供的材料选择余地小，所以学生思维空间狭窄，设计图雷同。这节设计制作小车的课更像一节制作组装课，缺少设计的深层次思考和呈现，没能很好地体现工程设计的内涵。
怎么让学生的思维打开，在课堂上让学生真正有设计思考呢？我在第二次执教时，设计任务为“设计一辆具有动力，能跑5米的小车”，减去计时环节，任务简单化。我着重在材料上给学生提供更大的选择余地，提供了三种大小不同不带盖子的盒子：“大硬纸盒（20厘米×10厘米）、小硬纸盒（12厘米×6厘米）、亚克力盒子（15厘米×8厘米）”，大小不一的两个气球，长短不一的两根橡皮筋，两组大小不一的轮子，还有剪刀、胶水等材料。我试图通过材料的多样化，在课堂上引导学生深入思考影响小车行驶距离的各种因素，这不仅包括动力因素，还涵盖了车身大小设计以及动力与车身结构之间的匹配等因素。课堂上，每组学生在小组讨论设计时，都能围绕选择哪种车身能跑得更远，大气球合适还是小气球合适，橡皮筋长短的区别以及利弊等问题展开讨论，最后呈现出的小车设计图也各式各样，每个小组都有自己的独特设计和思考。教学过程中，学生面对多种选择材料时，思维明显活跃了，考虑问题的角度更多了，每个学生都会思考影响小车跑远的因素，像小设计师那样去发现问题、思考问题、解决问题，并且全班形成了多种让小车跑远的解决方案，与第一次执教相比更接近一节设计课。
给学生提供多种车身和动力的选择，虽然给了学生更大的思考空间，也让学生顺利完成了小车的设计，但是总感觉这样的课堂距离真正的设计还存在一定的差距。怎样让学生思维空间更大，创新意识得以进一步加强呢？能不能用学生熟悉的材料，并可以随意改造来替代原来固定形状的车身呢？
我在第三次执教时，选用了生活中常见的胡萝卜代替原来三种大小材质不同盒子做车身，其他材料不变。胡萝卜便宜又好找，相对于盒子来说，学生可以根据自己的想法将车身可削成不同的形状、不同的大小，车身可以是实心的，也可以是中间挖空的，硬度足以支撑各种各样的改造，符合车辆行进的要求。原来两次教学我出示盒子时，学生自然而然想到这是拿来当车身的，而第三次教学出示胡萝卜时，吸引学生注意力的同时，大家都提出了疑问，这是拿来做什么用的？当所有材料介绍完后，学生才反应过来，只能用它做车身，但能做车身吗？怎么才能让它成为车身的样子呢？学生的思维广度不断开拓，头脑风暴螺旋上升。小组合作研讨时，有的学生想把胡萝卜削成方形，但马上有学生提出流线型更利于行进的想法；有的学生想把胡萝卜挖空减轻重量，马上有学生提出不能太轻，太轻容易打滑；有的学生提出可以在车身顶上开条槽便于吸管和气球的安装；有的学生提出可以采用双动力系统……设计前的讨论，学生基于原有知识储备再重新定义车的概念，创意无限地提出自己的想法，并进一步思考如何落实该想法的办法，不断修正提升自己的想法，最后以三视图的形式呈现自己的小车设计。课堂汇报交流时，每个小组提交的小车设计图想法各异、精彩纷呈，但都有按设计图进行制作和物化的接地气设计。可以说，一个小小的胡萝卜，激发了学生对小车的重新认识和定义的兴趣，一个小小的胡萝卜给予学生大大的思维空间，一个小小的胡萝卜给了学生无限的可能。
纵观三节课，虽然目标一致，教学方法和教学环节相同，但课堂上学生呈现出的学习状态差异很大，让我更深刻认识到“工程的关键是设计，设计需要经历不断改进的过程，直至满足要求”这句话的意义。通过三节课的对比，以及与工作室伙伴的互动交流，我对素养导向下的科学工程设计课有了更深的理解。
一是工程设计要尽量接近真实的设计，而不是想象中的设计。学校的教育教学往往与现实生活有一定程度上的脱节，很多模拟活动为了适合学生，降低难度，减少干扰，把现实复杂的活动做成了一个很简单的操作活动，这样的模拟活动与真实的现实活动大相径庭，导致学生对现实活动有错误的认知。我认为，教学在顾及学生的学习基点和实际能力的同时，要将设计活动尽量与真实的设计接近，让学生了解真正意义上的设计是什么。二是工程设计要给学生提供学习支架，而不能让支架成为制约创新的阻碍。工程设计对于小学生来说是有一定困难的，因此在教学类似工程设计课时，教师一定要给学生提供设计制作活动的支架，让有困难的学生可以沿着学习支架往深处走。但有时教师给学生提供的学习支架，有可能反而成为学生自由思考和创新的阻碍。因此，我认为要给学生提供更具开放性的学习支架，给学生的学习提供更多可能，这样有利于学生创新能力的培养、科学思维的发展。三是工程设计要给予学生思维空间，而不是为了完成教学任务束缚学生思考。类似于《设计制作小车》这类工程设计课，教师既要学生运用已学知识进行实践探究，又要开阔学生思维，发挥学生敢想敢干、勇于探索的精神。因此，课堂上教师就不应被教材束缚，而应该给学生更大的思维空间、更大的发挥余地，这样有利于保护学生的好奇心和求知欲。
在实施过程中，不论第二节课给学生多种材料选择，还是第三节课给学生胡萝卜，其目的都是为了在原有学习基础上给学生更多的改造空间、想象空间和创新空间，让学生去思考设计一辆小车应考虑哪些方面、哪些因素，会遇到什么问题，这些问题如何解决等，这样的设计就是通过材料的小改变，给学生提供更大的思维空间，让课堂内的工程设计更接近实际。