重視培養(yǎng)學(xué)生的工程思維

喻伯軍

工程思維概括起來(lái)具有以下四個(gè)特點(diǎn)。

一是系統(tǒng)性思維。對(duì)一項(xiàng)工程而言，涉及整體設(shè)計(jì)、成本核算、實(shí)施人員、進(jìn)程和驗(yàn)收等內(nèi)容，需要一個(gè)人有整體規(guī)劃、統(tǒng)籌思考的能力，這就需要系統(tǒng)性思維作為支撐。

二是設(shè)計(jì)思維。工程的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)決定著一項(xiàng)工程的定位、目標(biāo)、質(zhì)量、進(jìn)程和走向，它可以體現(xiàn)出一個(gè)人的思維和審美能力。在工程實(shí)踐中，學(xué)生會(huì)體驗(yàn)到設(shè)計(jì)的重要性。

三是實(shí)踐性。所有工程必須經(jīng)過(guò)實(shí)踐才能完成，實(shí)踐也是檢驗(yàn)工程設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生體會(huì)到技術(shù)的重要作用，也能體會(huì)到成功的快樂(lè)，更能在解決具體問(wèn)題的過(guò)程中，迸發(fā)出創(chuàng)新的火花，他們的創(chuàng)新能力也能得到提升。

四是迭代思維。迭代升級(jí)是工程實(shí)踐的要求，是產(chǎn)品制造的需要，也是生活中普遍存在的現(xiàn)象。教學(xué)中的迭代升級(jí)，意味著學(xué)生不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、改進(jìn)設(shè)計(jì)、解決問(wèn)題，能非常好地提升學(xué)生問(wèn)題解決能力。

培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，不是靠教師的講解就能夠?qū)崿F(xiàn)的，而是要讓學(xué)生親自參與工程設(shè)計(jì)和建造。項(xiàng)目化教學(xué)，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。STEM項(xiàng)目式實(shí)施，能夠與科學(xué)教育的工程實(shí)踐相對(duì)接，是一種非常有效的途徑?？尚械姆椒ㄊ?，把教材中的小制作改造為一個(gè)個(gè)的項(xiàng)目。以小項(xiàng)目的方式，實(shí)施課堂教學(xué)或開展社團(tuán)活動(dòng)，能夠有效地讓學(xué)生體會(huì)到工程實(shí)踐的獨(dú)特魅力，體會(huì)到與探究式學(xué)習(xí)的不同之處。

有位教師，在實(shí)施項(xiàng)目的過(guò)程中，為了讓學(xué)生體會(huì)到工程思維和合作的重要性，設(shè)計(jì)了一項(xiàng)活動(dòng)——用牙簽和胡蘿卜搭建一座模型塔，其要求是：用50根牙簽和1個(gè)胡蘿卜搭建一座模型塔，塔高50厘米以上;具有一定的穩(wěn)定性和美觀性;設(shè)計(jì)時(shí)間5分鐘;完成時(shí)間20分鐘。這個(gè)活動(dòng)的設(shè)計(jì)，很巧妙地滲透了工程的思想，體現(xiàn)了工程思維的教學(xué)。

首先，學(xué)生要根據(jù)任務(wù)進(jìn)行整體思考，在一定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，材料是限定的，高度、穩(wěn)定性和美觀程度是規(guī)定的，相當(dāng)于工程驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)學(xué)生能夠考慮到方方面面的要求時(shí)，系統(tǒng)性思維方式就逐漸培養(yǎng)起來(lái)了。怎樣設(shè)計(jì)一座50厘米高的模型塔？用什么做連接件？一根牙簽的長(zhǎng)度有限，多少層的塔才能達(dá)到50厘米高，每一層最少使用幾根牙簽？學(xué)生思考的過(guò)程，不僅僅是設(shè)計(jì)的過(guò)程，更是運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的過(guò)程，是訓(xùn)練設(shè)計(jì)思維的過(guò)程。

其次，在正式搭建模型塔的時(shí)候，學(xué)生還會(huì)發(fā)現(xiàn)搭建是個(gè)技術(shù)活，必須掌握好胡蘿卜連接件的大小、連接的位置、接插的角度，從而創(chuàng)造性地完成搭建。他們還會(huì)發(fā)現(xiàn)分工合作的重要性，有人切胡蘿卜做連接件，有人做框架，有人搭建等，只有合理分工、相互配合，才能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)。合作學(xué)習(xí)在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下自然而然地達(dá)成了。

最后，僅一次實(shí)踐往往是不夠的。學(xué)生會(huì)不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如設(shè)計(jì)得不夠合理、三角形做得不夠正、連接件太大、形狀不夠美觀、高度勉強(qiáng)合格等。如果有機(jī)會(huì)讓學(xué)生再次設(shè)計(jì)、建造，那么迭代升級(jí)自然而然地就開始了。

現(xiàn)階段，學(xué)生還不太適應(yīng)這樣的學(xué)習(xí)，表現(xiàn)為：設(shè)計(jì)圖紙的時(shí)候太簡(jiǎn)單、太隨意、太理想化，導(dǎo)致實(shí)際搭建的時(shí)候無(wú)法實(shí)現(xiàn)，好多人會(huì)丟掉圖紙“另起爐灶”，顯示出對(duì)設(shè)計(jì)的不尊重;沒(méi)有控制成本的意識(shí);不會(huì)控制時(shí)間，隨意延長(zhǎng)工期等。這些問(wèn)題，都是由于學(xué)生以前沒(méi)有實(shí)踐過(guò)而導(dǎo)致的，教師要有意識(shí)地加強(qiáng)工程實(shí)踐教學(xué)，重視培養(yǎng)他們的工程思維。