以實(shí)踐為本的普通高中工程教育模式研究

【摘 要】工程教育的培養(yǎng)目標(biāo)是培育具備工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。本研究以無錫某高中課程基地建設(shè)為例，立足高中階段，以實(shí)踐為本，構(gòu)建課程體系、拓寬教育場域、變革教學(xué)模式，為高中階段工程教育的推進(jìn)提供有益的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】工程教育；課程體系實(shí)踐；普通高中

【中圖分類號(hào)】G434" "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2025）02-074-03

工程教育的培養(yǎng)目標(biāo)是培育具備工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)工程技術(shù)人才[1]?？萍寂c社會(huì)的高速發(fā)展，對(duì)人才的實(shí)踐能力提出了新的要求，因此，本研究以無錫某高中課程基地建設(shè)為例，立足高中階段，以實(shí)踐為本，聚焦工程教育課程體系的建構(gòu)與實(shí)施，以期不斷拓展工程教育路徑，大力培養(yǎng)“未來科學(xué)家”“未來工程師”，為高質(zhì)量發(fā)展提供人才和智力支撐。

以實(shí)踐為本的工程教育課程體系構(gòu)建

工程是有目的、有計(jì)劃的實(shí)踐活動(dòng)，體現(xiàn)“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”。教師只有將工程教育的理念、目標(biāo)與內(nèi)容切實(shí)落實(shí)到普通高中的課程體系里，并且在日常的課堂教學(xué)實(shí)踐中持續(xù)滲透、積極踐行，才能夠真正、有效地推進(jìn)普通高中的工程教育，使其發(fā)揮出應(yīng)有的作用，為學(xué)生的發(fā)展和社會(huì)對(duì)人才的需求奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，本研究以課程建設(shè)為重點(diǎn)開展工程教育，開發(fā)并建設(shè)了三層次、七模塊，共29門工程教育課程群。從課程體系來看，它分為基礎(chǔ)型課程、拓展型課程、研究型課程，兼顧國家及校本課程的深度關(guān)聯(lián)。基礎(chǔ)型課程面向全體，注重操作學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，將工程思維融入各學(xué)科課堂教學(xué)；拓展型課程是面向?qū)W有專長的學(xué)生，旨在延伸學(xué)科課程的廣度及深度；研究性課程面向拔尖創(chuàng)新人才校本課程，致力于高水平培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)。從課程內(nèi)容看，它有指向真實(shí)情境、具有時(shí)代感、體現(xiàn)跨學(xué)科、關(guān)注問題解決能力等特征。

1.在國家必修課程中滲透工程教育內(nèi)容

工程教育是以技術(shù)科學(xué)為主要學(xué)科基礎(chǔ)的，而國家課程是所有中學(xué)都會(huì)開展的教學(xué)課程，中小學(xué)工程教育在國家課程方面的探索必然更加具有普遍意義的研究和實(shí)踐價(jià)值，因此在國家必修課程中加強(qiáng)對(duì)于工程內(nèi)容的滲透，是本研究一個(gè)非常重要的實(shí)踐領(lǐng)域。

一方面，我們深度整合通用技術(shù)、信息技術(shù)課程內(nèi)容，嵌入數(shù)學(xué)相關(guān)知識(shí)，以設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)工程整合，構(gòu)建“技術(shù)與設(shè)計(jì)”“數(shù)據(jù)與計(jì)算”兩大技術(shù)課程模塊。

另一方面，我們?cè)谖锢?、化學(xué)、生物、地理等理科日常教學(xué)中滲透工程內(nèi)容，構(gòu)建“科學(xué)與實(shí)驗(yàn)”基礎(chǔ)模塊，挖掘高中國家教材中科學(xué)整合工程教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，以探究性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)等方式開展科學(xué)探究。如此，通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)實(shí)踐，科學(xué)教育、技術(shù)教育等工程教育的通道切實(shí)發(fā)揮作用，為后續(xù)項(xiàng)目課程奠定工程教育必備的知識(shí)和技能基礎(chǔ)。

2.在特色拓展課程中加強(qiáng)工程設(shè)計(jì)銜接

面向特長學(xué)生，我們開設(shè)“工程設(shè)計(jì)”系列特色拓展課程，挖掘簡單真實(shí)的工程問題，讓學(xué)生經(jīng)歷工程設(shè)計(jì)過程，初步學(xué)會(huì)解決工程問題的范式，通過實(shí)踐獲取學(xué)習(xí)成果，注重實(shí)踐環(huán)境的真實(shí)性，以確保學(xué)習(xí)成果的持久性?！肮こ淘O(shè)計(jì)”銜接課程包括“太空電梯工程設(shè)計(jì)”“I創(chuàng)無限”“智慧家居設(shè)計(jì)”“三維創(chuàng)意設(shè)計(jì)”等項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程科學(xué)，集成現(xiàn)有資源，經(jīng)歷發(fā)散、轉(zhuǎn)換、收斂的設(shè)計(jì)過程，最優(yōu)化地達(dá)到工程目標(biāo)，初步掌握解決工程問題的一般模式，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。

3.在創(chuàng)新研究課程中注重跨學(xué)科融合

真實(shí)工程問題不是單一學(xué)科問題，應(yīng)在解決問題過程中，讓學(xué)生體會(huì)學(xué)科間的關(guān)聯(lián)，促成學(xué)科間的拓展和運(yùn)用。本研究基于基礎(chǔ)學(xué)科的結(jié)合點(diǎn)提出創(chuàng)新研究課題項(xiàng)目，構(gòu)建“智能制造”“綠色能源”“生命科學(xué)”三大模塊，內(nèi)含15個(gè)項(xiàng)目課程，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)工程實(shí)踐過程中培養(yǎng)工程素養(yǎng)，加強(qiáng)對(duì)工程倫理問題的探討，始終將公眾的安全、健康和福祉放在首位。如“基于環(huán)境科學(xué)與工程的‘雙碳’研究”這個(gè)項(xiàng)目綜合應(yīng)用通用技術(shù)、信息技術(shù)、生物、化學(xué)等學(xué)科知識(shí)，結(jié)合國家“雙碳”的發(fā)展思路和舉措，從碳調(diào)查、碳檢測、碳應(yīng)用等幾個(gè)方面，激發(fā)學(xué)生對(duì)“雙碳”的認(rèn)知，對(duì)工程思維的理解；引導(dǎo)學(xué)生完成二氧化碳檢測設(shè)備的搭建，并應(yīng)用于校園綠地碳匯能力的探究任務(wù)；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生開展自主“雙碳”課題的研究和工程問題的解決。

以實(shí)踐為本的工程教育場域拓展

學(xué)?；诠こ陶辖逃w系，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境，配備學(xué)習(xí)平臺(tái)與系統(tǒng)資源，為學(xué)生能像工程師一樣實(shí)踐，解決真實(shí)工程問題提供環(huán)境資源保障，把環(huán)境資源轉(zhuǎn)化為工程教育的課程資源。

1.創(chuàng)建校內(nèi)資源

學(xué)校建有數(shù)學(xué)建模與云計(jì)算中心，五個(gè)理、化、生DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，四個(gè)技術(shù)與設(shè)計(jì)中心，五個(gè)數(shù)據(jù)與計(jì)算中心等，以支撐國家必修課程中工程內(nèi)容的滲透。創(chuàng)建AI+智造中心、創(chuàng)想工程中心、生命智匯中心、綠色雙碳中心四大學(xué)習(xí)中心，分別支撐學(xué)生的智能制造、工程設(shè)計(jì)、生命科學(xué)與綠色能源四大模塊的項(xiàng)目化課程學(xué)習(xí)和科創(chuàng)、科研探究活動(dòng)。

2.整合社會(huì)資源

我們尋求高校、企業(yè)、科研院所的專業(yè)技術(shù)、人才優(yōu)勢、資源場所等方面的支持，借助解決真實(shí)工程問題的社會(huì)實(shí)踐基地，開好工程教育課程。學(xué)校與上海交通大學(xué)、南京大學(xué)、東南大學(xué)等六所高校，中國航空工業(yè)集團(tuán)公司雷華電子技術(shù)研究所、南京大學(xué)錫山應(yīng)用生物技術(shù)研究所等七家本地研究所，以及無錫精準(zhǔn)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)園、中瑞低碳生態(tài)城、江蘇極熵物聯(lián)科技有限公司等五家高新企業(yè)成立校外實(shí)踐基地，通過學(xué)科體驗(yàn)營、科創(chuàng)夏令營、人才成長營、深度參與項(xiàng)目研究等活動(dòng)，為學(xué)生提供更真實(shí)的實(shí)踐場域。如六O七所在學(xué)校開設(shè)了“航空機(jī)載雷達(dá)概論”校本選修課；學(xué)生深度參觀無錫市南京大學(xué)錫山應(yīng)用生物技術(shù)研究所，了解生物合成等前沿研究領(lǐng)域，并開始了“生物合成——餐廚廢料變身記”項(xiàng)目的探索；借助江南大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，高二一位學(xué)生完成了“氨基酸鈍化鈣鈦礦太陽能電池界面的性能研究”；中瑞低碳生態(tài)城的零碳館給學(xué)生帶來雙碳研究的直觀體驗(yàn)，促進(jìn)了“基于環(huán)境科學(xué)與工程的‘雙碳’研究”工程項(xiàng)目的實(shí)施。

以實(shí)踐為本的工程教育教學(xué)模式變革

本項(xiàng)目引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷與工程師一樣的實(shí)踐過程，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和技能，解決真實(shí)工程問題，最終形成某一實(shí)際工程產(chǎn)品或解決方案，以此來培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，助力他們成長為創(chuàng)新研究型人才（圖1）。因此，基于工程教育的獨(dú)特屬性，我們采用項(xiàng)目式教學(xué)，注重實(shí)驗(yàn)探究和啟發(fā)式學(xué)習(xí)，在實(shí)際問題的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)、操作學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程素養(yǎng)和實(shí)踐能力，深化跨學(xué)科育人育才研究，支撐學(xué)校工程教育高質(zhì)量發(fā)展。

1.挖掘素材

高中階段工程教育項(xiàng)目課程的開發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)性工作，其準(zhǔn)備階段至關(guān)重要。我們緊密圍繞真實(shí)世界的問題，從學(xué)生需求、社會(huì)需求、教育資源現(xiàn)狀等出發(fā)，深入挖掘并利用實(shí)際的工程素材，為工程項(xiàng)目開發(fā)指明方向。

學(xué)生需求——了解高中生的興趣、認(rèn)知水平和未來職業(yè)規(guī)劃，密切聯(lián)系學(xué)生實(shí)際生活，確保課程能夠激發(fā)他們的項(xiàng)目實(shí)踐內(nèi)驅(qū)力，并為他們的未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

社會(huì)需求——為滿足無錫構(gòu)建“465”現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)集群的需要，分析對(duì)工程人才的需求，包括行業(yè)趨勢、技術(shù)革新和崗位變化等，確保課程能夠與社會(huì)需求保持同步。

教育資源——評(píng)估學(xué)?，F(xiàn)有的教學(xué)資源，如師資力量、軟硬件資源等，確保課程開發(fā)能夠充分利用現(xiàn)有資源，并適當(dāng)引入外部資源。

基于以上分析，我們對(duì)接無錫市構(gòu)建的未來產(chǎn)業(yè)“5+X”特色發(fā)展體系。圍繞學(xué)校發(fā)展特色，本研究開發(fā)了多個(gè)工程實(shí)踐項(xiàng)目，如化學(xué)能源小車項(xiàng)目、電子寵物項(xiàng)目、生物合成項(xiàng)目等，引導(dǎo)學(xué)生將課堂所學(xué)的科學(xué)知識(shí)、原理運(yùn)用于解決真實(shí)的工程問題，實(shí)現(xiàn)學(xué)科后端應(yīng)用，培養(yǎng)工程思維。

2.教學(xué)分析

基于真實(shí)工程問題，我們梳理相關(guān)知識(shí)，圍繞需求任務(wù)重組各學(xué)科教材內(nèi)容，嵌入素材資料，為大項(xiàng)目的開發(fā)奠定內(nèi)容基礎(chǔ)。工程實(shí)踐類的項(xiàng)目對(duì)于科學(xué)和技術(shù)都有知識(shí)、技能的儲(chǔ)備要求，而鑒于目前小學(xué)、初中階段技術(shù)類課程實(shí)施參差不齊的現(xiàn)狀，我們需對(duì)學(xué)校高一新生進(jìn)行隨機(jī)抽樣訪談與調(diào)研，了解學(xué)生所具備的相關(guān)知識(shí)及技能，明晰項(xiàng)目難度。

3.項(xiàng)目設(shè)計(jì)

在上述分析基礎(chǔ)上，我們確定項(xiàng)目主題，并進(jìn)行可行性研究，明確教學(xué)目標(biāo)、實(shí)施形式，創(chuàng)設(shè)項(xiàng)目情境，編制學(xué)生項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊(cè)，并制定工程項(xiàng)目方案。工程項(xiàng)目方案是項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目反思評(píng)價(jià)與迭代優(yōu)化的依據(jù)。

4.項(xiàng)目實(shí)施

預(yù)設(shè)項(xiàng)目成果，以結(jié)果為導(dǎo)向，反向設(shè)計(jì)項(xiàng)目內(nèi)容，并按照“共情需求—明確問題—科學(xué)探究—工程設(shè)計(jì)—工程實(shí)踐—測試評(píng)估—遷移應(yīng)用”的邏輯展開項(xiàng)目設(shè)計(jì)，項(xiàng)目實(shí)施的全過程強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐性，基于科學(xué)探究的結(jié)論，開展工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐，確保工程項(xiàng)目的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，并在整個(gè)過程中細(xì)化落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。

5.項(xiàng)目反思迭代

項(xiàng)目開發(fā)環(huán)環(huán)相扣，整個(gè)過程都要注意反思與總結(jié)，分析項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中的不足之處，并制定項(xiàng)目修改方案，不斷積累成功經(jīng)驗(yàn)，思考項(xiàng)目的生長性，強(qiáng)化項(xiàng)目的開放性，完成項(xiàng)目的可持續(xù)迭代更新，以支撐學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)與發(fā)展[2]。

高中階段以實(shí)踐為本的工程教育模式對(duì)教師教學(xué)效果的提升，學(xué)生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重要意義。未來，本研究將持續(xù)圍繞優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)、師資力量提升、實(shí)踐場館強(qiáng)化、教育創(chuàng)新推動(dòng)、國際合作加強(qiáng)等方面，進(jìn)一步提升學(xué)校工程教育的質(zhì)量和水平，為社會(huì)培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的未來工程人才。

注：本文系江蘇省普通高中課程基地項(xiàng)目“像工程師一樣實(shí)踐——普通高中工程整合課程基地”階段性成果；無錫市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度一般課題“超學(xué)科融合理念下普通高中工程教育的路徑探索與樣本建構(gòu)”（課題編號(hào)：I/D/2023/21）階段性成果

參考文獻(xiàn)

馬善農(nóng)，王懷平，王仁波，張勝群，李達(dá)，王曉榮，余穎，朱立. 新時(shí)代基于工程教育的“三層四段”階梯式實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建與實(shí)施：以東華理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)為例[J]. 東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2024（3）： 294-300.

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編" "輯：王曉波