國(guó)際視野下的工程教育

陳婷 夏晶 陳凱

摘? 要? 推進(jìn)中小學(xué)工程教育已經(jīng)成為全球工程教育發(fā)展的共同趨勢(shì)，要把學(xué)生學(xué)習(xí)到的知識(shí)與機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程結(jié)合，轉(zhuǎn)變成一個(gè)探究世界相互聯(lián)系的過(guò)程。本文旨在介紹國(guó)外以“技術(shù)和工程”為主題的TryEngineering項(xiàng)目，鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)科學(xué)教師了解工程和技術(shù)的本質(zhì)和內(nèi)容，發(fā)展在STEM教育方面的能力，并強(qiáng)化從事與STEM相關(guān)職業(yè)的動(dòng)機(jī)，幫助學(xué)生全面認(rèn)識(shí)工程師形象，加深學(xué)生對(duì)于工程概念的理解，讓學(xué)生獲得工程的基礎(chǔ)知識(shí)和創(chuàng)造的成就感。

關(guān)鍵詞? 工程教育?? STEM教育?? TryEngineering項(xiàng)目

中圖分類(lèi)號(hào)：G424??????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.02.031

Engineering Education in the International Perspective

——Tryengineering project review

CHEN Ting[1]， XIA Jing[2]， CHEN Kai[3]

（[1]College of Chemistry， Chemical Engineering and Material Sciences of Soochow University， Suzhou，

Jiangsu 215123;

[2]College of Chemistry and Chemical Engineering， Guangzhou University， Guangzhou， Guangdong 510006;

[3]School of Environmental Science， Nanjing Xiaozhuang University， Nanjing， Jiangsu 211171）

Abstract： Promoting engineering education in primary and secondary schools has become a common trend in the development of global engineering education. It is necessary to combine the knowledge learned by students with the process of mechanical operation， and transform it into a process of exploring the world's interrelations. The purpose of this paper is to introduce the Tryengineering project with the theme of "technology and Engineering" in foreign countries， encourage domestic science teachers to understand the nature and content of engineering and technology， develop their ability in stem education， strengthen their motivation to engage in stem related professions， help students fully understand the image of Engineers， deepen their understanding of engineering concepts， and enable students to acquire basic knowledge of engineering The sense of accomplishment of knowledge and creation.

Keywords： engineering education; STEM education; Tryengineering project

工程即一定限制條件下的設(shè)計(jì)，是科學(xué)和數(shù)學(xué)的綜合應(yīng)用。工程能使自然界的物質(zhì)和能源的特性通過(guò)各種結(jié)構(gòu)、機(jī)器、產(chǎn)品、系統(tǒng)和過(guò)程，以最短的時(shí)間和最少的人力、物力做出高效、可靠且對(duì)人類(lèi)有用的東西?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》增加的“技術(shù)與工程領(lǐng)域”的相關(guān)內(nèi)容，成為我國(guó)科學(xué)教育緊跟國(guó)際STEM教育趨勢(shì)的重要標(biāo)志。工程學(xué)素養(yǎng)對(duì)每一個(gè)學(xué)生都很重要，但STEM教育并不是簡(jiǎn)單地將科學(xué)與工程組合起來(lái)，而是要把學(xué)生學(xué)習(xí)到的知識(shí)與機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程結(jié)合，轉(zhuǎn)變成一個(gè)探究世界相互聯(lián)系的過(guò)程。本文旨在介紹國(guó)外以“技術(shù)和工程”為主題的TryEngineering項(xiàng)目（嘗試做工程，下文簡(jiǎn)稱(chēng)“該項(xiàng)目”），鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)科學(xué)教師了解工程和技術(shù)的本質(zhì)和內(nèi)容，將國(guó)外優(yōu)秀資源應(yīng)用到自己的STEM教學(xué)——只有在教學(xué)中將科學(xué)探究方法與工程設(shè)計(jì)思維結(jié)合起來(lái)，才能引導(dǎo)學(xué)生更好地理解與改造世界。

TryEngineering背景

該項(xiàng)目是由IEEE（電氣和電子工程協(xié)會(huì)）、IBM公司、Tryscience網(wǎng)站三家聯(lián)合推出的。該項(xiàng)目主要致力于大學(xué)預(yù)科教育以及基礎(chǔ)教育階段的STEM啟蒙，針對(duì)學(xué)生（4～18歲）、家長(zhǎng)、教師和學(xué)校開(kāi)發(fā)，旨在幫助教育工作者培養(yǎng)下一代工程技術(shù)創(chuàng)新者。項(xiàng)目為中小學(xué)提供大量可以直接借鑒的工程或與技術(shù)整合的教學(xué)資源、課程計(jì)劃和活動(dòng)案例來(lái)激發(fā)他們的靈感。IEEE認(rèn)為學(xué)生需要發(fā)展在STEM教育方面的能力，以便他們未來(lái)在這個(gè)科技發(fā)展日新月異的社會(huì)中取得成功，并強(qiáng)化從事與STEM相關(guān)職業(yè)的動(dòng)機(jī)。IEEE希望通過(guò)該項(xiàng)目提高人們對(duì)工程技術(shù)的認(rèn)識(shí)與興趣，并幫助學(xué)生全面認(rèn)識(shí)工程師形象，了解工程學(xué)是一個(gè)令人興奮以及回報(bào)豐厚的專(zhuān)業(yè)。該項(xiàng)目一方面鼓勵(lì)一線教師將項(xiàng)目資源整合到課堂上以激發(fā)學(xué)生對(duì)工程技術(shù)的熱情與興趣，另一方面也邀請(qǐng)教師不斷補(bǔ)充、完善其已經(jīng)開(kāi)展探索實(shí)踐的工程學(xué)教學(xué)資源。

對(duì)教育工作者而言，該項(xiàng)目將為教育工作者提供了130多個(gè)免費(fèi)的、低成本的工程實(shí)踐課程計(jì)劃。每個(gè)課程計(jì)劃都有特定的年齡范圍，并符合教育標(biāo)準(zhǔn)，使教師和學(xué)生能夠在課堂上應(yīng)用工程學(xué)原理。課程計(jì)劃中，教育工作者可以獲得講授工程學(xué)所需的所有資源以及在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中促使學(xué)生積極參與的技巧和方法。

對(duì)學(xué)生而言，該項(xiàng)目將通過(guò)在線工程游戲向?qū)W生介紹工程的奇妙之處，這些游戲兼具教育性、互動(dòng)性和趣味性。除此之外，學(xué)生還可以探索參與多元化項(xiàng)目活動(dòng)，包括夏令營(yíng)、設(shè)計(jì)競(jìng)賽、學(xué)術(shù)研究機(jī)會(huì)、工程實(shí)習(xí)。參與該項(xiàng)目的學(xué)生可以體驗(yàn)不同的工程專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，了解工程師的職業(yè)和生活。

網(wǎng)站欄目介紹

項(xiàng)目網(wǎng)站主要分為三個(gè)信息模塊“教師”“學(xué)生”“找到一所大學(xué)”，另有網(wǎng)站背景介紹（有關(guān)贊助商和合作伙伴）和站內(nèi)搜索兩個(gè)模塊，也設(shè)置了“最新消息”模塊，一方面體現(xiàn)“教師”“學(xué)生”模塊的內(nèi)容更新，另一方面用“新聞”推送國(guó)際上工程教育主題的實(shí)時(shí)進(jìn)展。

其中教師模塊包含課程計(jì)劃、教師資源、TryEngieering星期二、TryEngieering新冠病毒的響應(yīng)（電子學(xué)習(xí)資源）、高中和中學(xué)資源、小學(xué)和小學(xué)資源、IEEE技術(shù)資源歷史、IEEE機(jī)器人8個(gè)欄目，其中“TryEngieering新冠病毒的響應(yīng)”為應(yīng)對(duì)全球疫情新推出的欄目，響應(yīng)“停課不停學(xué)”供國(guó)際學(xué)習(xí)者通過(guò)本欄目獲取工程教育最新電子資源。學(xué)生模塊包含TryEngieering夏季學(xué)院、選擇一所大學(xué)、工程、計(jì)算和技術(shù)領(lǐng)域、認(rèn)識(shí)工程師、游戲大全、IEEE機(jī)器人、參與活動(dòng)和專(zhuān)家咨詢(xún)8個(gè)欄目。我們挑選個(gè)別欄目展開(kāi)介紹，更多資源可以由讀者自行瀏覽網(wǎng)站獲取。

1.課程計(jì)劃與教學(xué)資源

每個(gè)課程計(jì)劃里包括詳細(xì)的課程重點(diǎn)、課程概要、學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目標(biāo)、課程所適合的年齡段、課程目標(biāo)、預(yù)期的學(xué)習(xí)成果，相關(guān)的信息鏈接，推薦讀物，還有可選擇的寫(xiě)作活動(dòng)，并為教師準(zhǔn)備了三份材料，包括：教師資源文檔、學(xué)生資源清單、學(xué)生作業(yè)單，并且資源后附有美國(guó)的教學(xué)大綱表。

欄目明確地提供了不同年齡段學(xué)生所對(duì)應(yīng)的課程及課程計(jì)劃，其主要涉及了探索激光、LED、飛行、智能建筑等領(lǐng)域，欄目頁(yè)面上有目錄欄與適合的年齡段，在目錄欄里教師可以快速找到自己需要的內(nèi)容，年齡欄將服務(wù)對(duì)象主要分為四個(gè)年齡段，分別為4～7歲、8～12歲、12～14歲、14～18歲。網(wǎng)站提供了各年齡段與教學(xué)計(jì)劃相適應(yīng)的課程計(jì)劃。教育工作者可根據(jù)所教學(xué)生年齡段選擇適合他們身心發(fā)展的教學(xué)計(jì)劃，我們選擇了其中一個(gè)案例《高塔挑戰(zhàn)》進(jìn)行了欄目?jī)?nèi)容介紹及分析（見(jiàn)表1）。

值得注意的是在所有課程計(jì)劃中皆有團(tuán)隊(duì)合作這一項(xiàng)教學(xué)目標(biāo)，所有課程要求學(xué)生與其他學(xué)生合作完成活動(dòng)或解決工程挑戰(zhàn)。合作和探究是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和創(chuàng)造能力的兩種有效教學(xué)方式，也是解決實(shí)際問(wèn)題的必備途徑，對(duì)學(xué)習(xí)者的工程思維和技術(shù)素養(yǎng)大有裨益。

2.工程、計(jì)算和技術(shù)領(lǐng)域介紹

兒童的身心發(fā)展是人一生發(fā)展的基石，職業(yè)生涯教育也應(yīng)從小抓起?？v觀我國(guó)的職業(yè)生涯教育，在大學(xué)階段才被列為重點(diǎn)教育內(nèi)容，兒童階段尤其是小學(xué)階段的職業(yè)生涯教育被忽視了。

本模塊針對(duì)已經(jīng)準(zhǔn)備成為一名工程師的學(xué)生而設(shè)置了職業(yè)生涯導(dǎo)引，供給學(xué)生在基礎(chǔ)教育階段了解未來(lái)工程學(xué)科需要做的事情，并反思自己是否需要投入工程的學(xué)習(xí)。它羅列了不同專(zhuān)業(yè)需要學(xué)習(xí)的預(yù)備課程，如代數(shù)、微積分、三角學(xué)、物理和計(jì)算機(jī)科學(xué)等。

除此之外，它還細(xì)化了工程專(zhuān)業(yè)，使得學(xué)生可以選擇自己喜歡的方向進(jìn)行研究。成為一名工程師，可以選擇工程專(zhuān)業(yè)和工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)。職業(yè)指導(dǎo)建議是：5～9歲參加數(shù)學(xué)、智力游戲及建筑或設(shè)計(jì)等課程，9～12歲參加數(shù)學(xué)附加課程，探索代數(shù)和幾何學(xué)，12～18歲學(xué)習(xí)高等代數(shù)、化學(xué)、微積分等工程學(xué)原理等課程。大學(xué)預(yù)科生應(yīng)該參與校內(nèi)和校外的數(shù)學(xué)和自然科學(xué)課程以及暑期課程和實(shí)習(xí)。讓下一代多參加課程與活動(dòng)以及項(xiàng)目和競(jìng)賽，多參與有關(guān)工程學(xué)的活動(dòng)，使其明確能否將工程作為自己的職業(yè)。表2就工程專(zhuān)業(yè)和工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)相類(lèi)似的幾個(gè)專(zhuān)業(yè)的課程領(lǐng)域進(jìn)行分析。

可見(jiàn)，工程專(zhuān)業(yè)和工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)有所不同，工程專(zhuān)業(yè)著重于工程知識(shí)的利用，工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)著重于技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

3.認(rèn)識(shí)一位工程師

“認(rèn)識(shí)一位工程師”模塊更加著眼于具體的職業(yè)，提供不同領(lǐng)域的工程師的詳細(xì)情況，如學(xué)歷需求、工作要求和對(duì)從事者的建議，還有個(gè)案訪談單元。瀏覽者能夠深入了解各領(lǐng)域工作的成長(zhǎng)歷程（包括了化學(xué)工程師、土木工程師、機(jī)械工程師、核能工程師等）。通過(guò)該模塊可以讓學(xué)生了解工程師的世界，為自己未來(lái)的工程職業(yè)發(fā)展做準(zhǔn)備。表3提供了幾位工程師的相關(guān)個(gè)人信息介紹。

4.游戲大全欄目介紹

項(xiàng)目網(wǎng)站目前提供34款游戲。這些游戲涵蓋了發(fā)明、編碼到環(huán)境和電氣工程等領(lǐng)域，游戲界面頁(yè)有對(duì)每個(gè)游戲規(guī)則的詳細(xì)介紹，游戲者玩完每個(gè)游戲后將從相應(yīng)的工程領(lǐng)域得到啟蒙，獲得淺表學(xué)習(xí)。而每個(gè)游戲之后都有對(duì)該領(lǐng)域工程的拓展鏈接，游戲者即可在玩游戲之后收獲深層次思考的導(dǎo)引，表4為相應(yīng)的游戲案例與特點(diǎn)。

在我們的生活中，形形色色的技術(shù)構(gòu)建了我們強(qiáng)大的工程體系，它是我們用以改造世界的直接工具，其核心是創(chuàng)造思維。STEM教育具有情景性特征，它不是孤立、抽象地教授學(xué)生學(xué)科知識(shí)，而是把知識(shí)還原于豐富的生活中，結(jié)合生活中有趣的、具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題完成教學(xué)。所以這些游戲巧妙地結(jié)合了生活、科學(xué)、工業(yè)等情景，幫助學(xué)生理解基于個(gè)人知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的拓展活動(dòng)，從而加深他們對(duì)于工程概念的理解。將基于探索和目標(biāo)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)嵌入游戲中，讓學(xué)生體驗(yàn)工程師的工作，并在游戲中獲得工程的基礎(chǔ)知識(shí)和創(chuàng)造的成就感。

啟發(fā)和反思

1.向國(guó)外借鑒學(xué)習(xí)工程教育的課外途徑

該項(xiàng)目彰顯了美國(guó)的特色課外活動(dòng)為工程教育注入的活力與生機(jī)，對(duì)未成年人STEM興趣的培養(yǎng)和志向的引導(dǎo)發(fā)揮著十分重要的作用。該項(xiàng)目集合了政府、企業(yè)界、工程協(xié)會(huì)、公益組織、高校以及專(zhuān)家個(gè)人的熱忱支持和積極參與，值得我國(guó)學(xué)習(xí)。非正式學(xué)習(xí)途徑的課外活動(dòng)在人才的甄別、選拔與培養(yǎng)方面具有常規(guī)教育所不具備的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)基于網(wǎng)絡(luò)的項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了跨時(shí)空、免費(fèi)的優(yōu)質(zhì)指導(dǎo)，值得國(guó)內(nèi)開(kāi)展工程教育學(xué)習(xí)借鑒。網(wǎng)站上的多媒體、互動(dòng)游戲、配套App、活動(dòng)手冊(cè)以及線下的材料包，都是整個(gè)工程教育體系中的重要組成。

2.工程教育需要教師的支持

教師的勝任力是工程教育的前提，必備的教師培訓(xùn)，固然可以通過(guò)一次性的研討會(huì)或定期的講座幫助教師了解新的教學(xué)方法和內(nèi)容，但持續(xù)變革需要培養(yǎng)一批教師實(shí)施變革，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)資源來(lái)實(shí)現(xiàn)自我可持續(xù)成長(zhǎng)也是一條有效路徑。該項(xiàng)目為工程教育提供了豐富、新穎的教學(xué)資源，為在職教師提供了大量的可直接踐行的素材，為在職教師提供了豐富的教學(xué)材料，為職前教師提供了開(kāi)闊視野的資源。除了現(xiàn)行的教學(xué)師資外，來(lái)自工程技術(shù)一線的企業(yè)或科研部門(mén)師資也可以進(jìn)入校園，有助于學(xué)生盡早了解產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，并進(jìn)行積極反饋。

3.工程教育需要基礎(chǔ)教育與高等教育的有效銜接

在以技術(shù)為主導(dǎo)的21世紀(jì)，工程教育前移、推進(jìn)中小學(xué)工程教育已經(jīng)成為全球工程教育發(fā)展的共同趨勢(shì)。該項(xiàng)目非常注重中小學(xué)工程教育與高等工程教育開(kāi)展多層面、多渠道的銜接，有助于避免人才培養(yǎng)目標(biāo)、管理方法、教學(xué)方式的矛盾。畢竟拓展優(yōu)質(zhì)教育資源是高等教育和基礎(chǔ)教育的共同使命。一方面由大學(xué)為中小學(xué)提供工程教育師資培訓(xùn)、基于專(zhuān)家咨詢(xún)的職業(yè)生涯指導(dǎo)、工程課程開(kāi)發(fā)和教學(xué)設(shè)計(jì)指導(dǎo)、基于微型項(xiàng)目的工程研究;另一方面，工程教育同樣遵循學(xué)習(xí)進(jìn)階的規(guī)律，如中小學(xué)為大學(xué)提供人才選拔的教育平臺(tái)、工程類(lèi)先修課程的實(shí)施平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上達(dá)到不同階段教育的雙贏局面。

參考文獻(xiàn)

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