淺析為什么要發(fā)展高中生的工程思維

摘 要：高中生的工程思維是區(qū)別于科學、數學、技術之外的另一種形式的獨特思維模式，發(fā)展高中生的工程思維，不僅有利于國家的工程建設與發(fā)展，而且也有助于高中生自身的發(fā)展與提升，有益于其核心素養(yǎng)的養(yǎng)成與發(fā)展。

關鍵詞：工程思維;高中生;發(fā)展

一、 引言

工程（Engineering）是人類社會創(chuàng)造性的實踐活動，工程思維是人類在進行工程活動有關的研究過程中專有的思維模式，工程思維（Engineering Thinking）賦予了工程師一種全面認識工程活動的工程能力，是工程師的核心能力，發(fā)展高中生的工程思維有助于新世紀工程師的培養(yǎng)，有利于國家的建設和社會的進步。

2002年，李伯聰教授提出“科學—技術—工程”三元論，促使人們對工程的本質開展深入研究;2006年2月2日，美國總統(tǒng)布什在其國情咨事的《美國競爭力計劃》（American Competitiveness Initiative，ACI）中提出，造就具有STEM品質的人才，鼓勵學生主修科學、技術、工程和數學，培育科技理工素養(yǎng);M.Nehdi and R.Rehan（2007）則認為技術工程知識不再是工程師職業(yè)成功的保證，而應是大量專業(yè)知識的合成;2014年，張艷秋博士指出，如何培養(yǎng)學生的工程創(chuàng)新思維，提升學生的工程綜合素質和工程實踐能力，是我們廣大教育工作者長期思考的問題;2016年，李宏博博士提出，工程思維對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)具有重要的指導作用。

科學（Science）是對客觀世界的認識、理解、解釋與發(fā)現，科學思維是探索真理、追求真理的過程;技術（Technology）是改造世界所用到的各種可能的方法、技巧和工具，技術思維是發(fā)明創(chuàng)新、追求訣竅的過程;工程是一項創(chuàng)造性實踐活動，以人的一定目標存在為前提，按照一定程序使用相應工具和技術對原材料進行一系列的操作、加工，生產出符合要求的物質產品的過程;數學（Mathematics）是技術與工程學科的基礎工具。

工程思維的主體既可以是工程師，也可以是預從事工程活動的學生和科研人員，高中生在科技創(chuàng)新、通用技術、社會實踐、信息技術等課程中也會成為工程思維的主體。工程的存在，是生產和社會的需要，具有很強的價值性和目的性，價值呈現多維化，制約條件呈現多元化，成果具有不確定性，過程具有不可逆性。因此，工程思維具有更強的集成性，它不是相互關聯的各種內容的簡單疊加，而是在盤根錯節(jié)的各種體系中尋找的一種平衡?？梢哉J為，工程思維的結果既沒有準確解，也沒有最優(yōu)解，只有滿意解。本文就以下幾個方面闡述為什么要發(fā)展高中生的工程思維。

二、 工程思維缺失分析

隨著改革發(fā)展，尤其是近年來的飛速發(fā)展，我國的工程建設正開辟一項新型的工業(yè)化的道路，2018年我國固定資產投資（不含農戶）63.6萬億元，全國工程建設得到飛速發(fā)展。工程活動在規(guī)模、系統(tǒng)復雜程度和社會影響上都達到了空前未有的高度。如“北斗”工程，截至2019年6月25日2時09分，我國已經發(fā)射46顆北斗導航衛(wèi)星，我國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS），成為全球第三大成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

然而，由于各個行業(yè)和各個領域的超前發(fā)展，諸多問題紛至沓來。石油、天然氣、煤炭等的過度開采，導致能源資源的嚴重短缺;旅游景點、城市化等不合理的開發(fā)和建設，造成文化底蘊日漸衰退、生態(tài)環(huán)境逐漸惡化;工廠、汽車、生活等排放的“三廢”，使得人們周圍的環(huán)境質量日益下降，新型病情時有爆發(fā)，發(fā)病率也有所提升;尤其是各種各樣的腐敗工程、豆腐渣工程和政績工程接連不斷的出現，人民的生命財產遭受嚴重損失，如錢江三橋坍塌事故、陽明灘大橋坍塌事故等。

究其原因，除了不可抗的環(huán)境因素和急功近利的人為因素，工程思維的缺失也不容忽視。工程思維表現為：規(guī)劃上系統(tǒng)性和綜合性的全局觀、實踐操作中實踐性和嚴密性的邏輯觀、設計上實用性和創(chuàng)新性的方法觀。更多的時候，我們應該考慮“我們是否做了一個好的工程”，是否按照自然發(fā)展的客觀規(guī)律為人民建造了一個美好世界。

工程師應具備良好的工程思維能力，除了要擁有科學知識、先進技術、數學方法等的理論智慧，尤其要有關愛人類、承擔責任、服從自然、籌化創(chuàng)新、實踐創(chuàng)造等的實踐智慧。而我國，工程思維能力的培養(yǎng)相對滯后，大學才開始著重進行培養(yǎng)，很多專業(yè)到大學也未必涉及，普通人民大眾更鮮有工程思維的素養(yǎng)，各行業(yè)各領域的領導有些就不具備良好的工程思維。

因此，發(fā)展高中生的工程思維，功在今世，利在千秋，既可以為優(yōu)秀工程師的培養(yǎng)奠定基礎，也能造就出大量的具有一定工程思維意識和工程智慧的決策者和從業(yè)者。

三、 發(fā)展高中生的工程思維對學生的好處

長期以來，工程被看作是技術的分支，隨著工程與工程哲學的凸顯，才最終從技術與技術哲學中分離。傳統(tǒng)的基礎教育更多重視的是理論教學，技術其次，工程更其次。理論性教學的產物是理論思維，并不能直接付諸實踐，必須進行籌劃型的工程思維。

發(fā)展高中生的工程思維，對于學生理論知識的學習、理論思維的鞏固與加強、自學能力的形成以及高中生自身素質和能力的培養(yǎng)，甚至對于國家的優(yōu)秀工程隊伍建設都具有重大意義。

（一） 發(fā)展高中生的工程思維有助于其掌握現有知識

工程思維具有很強的縝密性，需要將理論知識邏輯性很強地應用到生活實踐中。首先，學生需要借助于所學的理論知識展開想象、假設、推理、證明，通過對所學科學知識的甄別、聯系、排除，從而篩選出能夠應用到的理論知識，達到理解科學文化知識的目的;然后，學生需要借助所學的數學知識進行運算，通過對所選用的科學知識的計算、驗證、比較，從而制定出符合實際的工程方案，達到運用科學知識的目的;最后，學生需要借助于技術知識對制定的工程方案進行模擬操作或實際操作，通過動手操作對科學知識再推理、證明、反問，達到掌握和升華所學科學知識的目的。如數學教學中的數學建模課程，學生在理解現有知識的基礎上進行解決現實生活中的實踐問題，從而達到熟練掌握、靈活運用的目的。

因此，高中生通過一個完整的工程思維有助于其對所學知識的掌握與應用。

（二） 發(fā)展高中生的工程思維有利于其自覺養(yǎng)成自學新知識的學習習慣

工程思維具有很強的綜合性，許多的工程問題都不能通過現有的單一學科理論解決，很多時候要用到超前的學科知識以及其他學科的知識，甚至大學的專業(yè)知識，而這些知識短時間內不可能有老師來教會，甚至以后也不會有老師來教，這就需要高中生發(fā)揮自身的主觀能動性，查閱資料，自主學習。如科技創(chuàng)新競賽，除了要自學選修課程，有時還必須自學編程、制圖等大學課程。

工程思維又具有很強的系統(tǒng)性，高中生在自學知識的過程中，需要反復琢磨，讓各個相關的未知知識與現有的所學知識進行聯系、類比、總結，從各個角度、各個層次、各個路徑上對工程對象進行觀察、分析、研究，解決工程問題目的的同時達到自學新知識的目的。

因此，高中生通過一個完整的工程思維有助于其養(yǎng)成自學新知識、開拓新思路的習慣。

（三） 發(fā)展高中生的工程思維有益于其培養(yǎng)其實踐創(chuàng)新能力

工程思維是一種介于理論與實踐之間的籌劃型思維，解決的是真實的實際工程問題，是一種實踐性思維。同時，工程思維進行的是一項創(chuàng)造性活動，是一種創(chuàng)新性思維。工程思維過程中，既有概念的理解、構想的孕育，也有思想的完備、邏輯的遞進，又有頓悟、靈感的閃現，思維過程發(fā)生質的飛躍。

因此，發(fā)展高中生的工程思維有益于其實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（四） 發(fā)展高中生的工程思維能促進其自身核心素養(yǎng)的形成

學生的核心素養(yǎng)包括文化基礎、自主發(fā)展和社會參與三大方面，包含人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創(chuàng)新等六大素養(yǎng)。工程思維過程中的縝密的推理和嚴格的證明，能促進學生科學精神的培養(yǎng);工程探索過程中對新知識的學習思維過程，能促進學生學會學習;工程實踐過程中對實際問題的靈活處理，能促進對學生的實踐創(chuàng)新核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。除此之外，在工程實踐過程中，還需要考慮順應自然、珍愛生命，從而促進學生健康生活和責任擔當的素養(yǎng)的培養(yǎng)。

因此，發(fā)展高中生的工程思維能使學生的理論思維在實踐中得以更好的應用，對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重大的作用。

四、 結束語

以我國的工程與工程思維的缺失為出發(fā)點，對我國的工程思維缺失引發(fā)的問題進行分析，提出了要發(fā)展高中生的工程思維的命題，對發(fā)展高中生的工程思維對學生的好處進行了研究。發(fā)展高中生的工程思維，不僅是國家和社會的需要，同時也是高中生自身的成長和發(fā)展的需要。

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作者簡介：

王占猛，遼寧省本溪市，東方劍橋本溪市高級中學分校數學組。