重視培養(yǎng)學(xué)生的工程思維

喻伯軍

工程思維概括起來具有以下四個特點(diǎn)。

一是系統(tǒng)性思維。對一項(xiàng)工程而言，涉及整體設(shè)計、成本核算、實(shí)施人員、進(jìn)程和驗(yàn)收等內(nèi)容，需要一個人有整體規(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)計思維。工程的關(guān)鍵是設(shè)計。設(shè)計決定著一項(xiàng)工程的定位、目標(biāo)、質(zhì)量、進(jìn)程和走向，它可以體現(xiàn)出一個人的思維和審美能力。在工程實(shí)踐中，學(xué)生會體驗(yàn)到設(shè)計的重要性。

三是實(shí)踐性。所有工程必須經(jīng)過實(shí)踐才能完成，實(shí)踐也是檢驗(yàn)工程設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)踐過程中，學(xué)生體會到技術(shù)的重要作用，也能體會到成功的快樂，更能在解決具體問題的過程中，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，意味著學(xué)生不斷地發(fā)現(xiàn)問題、改進(jìn)設(shè)計、解決問題，能非常好地提升學(xué)生問題解決能力。

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個的項(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，能夠有效地讓學(xué)生體會到工程實(shí)踐的獨(dú)特魅力，體會到與探究式學(xué)習(xí)的不同之處。

有位教師，在實(shí)施項(xiàng)目的過程中，為了讓學(xué)生體會到工程思維和合作的重要性，設(shè)計了一項(xiàng)活動——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)計時間5分鐘;完成時間20分鐘。這個活動的設(shè)計，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，系統(tǒng)性思維方式就逐漸培養(yǎng)起來了。怎樣設(shè)計一座50厘米高的模型塔？用什么做連接件？一根牙簽的長度有限，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)生思考的過程，不僅僅是設(shè)計的過程，更是運(yùn)用所學(xué)知識的過程，是訓(xùn)練設(shè)計思維的過程。

其次，在正式搭建模型塔的時候，學(xué)生還會發(fā)現(xiàn)搭建是個技術(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)定時間內(nèi)完成任務(wù)。合作學(xué)習(xí)在任務(wù)的驅(qū)動下自然而然地達(dá)成了。

最后，僅一次實(shí)踐往往是不夠的。學(xué)生會不斷地發(fā)現(xiàn)問題，如設(shè)計得不夠合理、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)會讓學(xué)生再次設(shè)計、建造，那么迭代升級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)計圖紙的時候太簡單、太隨意、太理想化，導(dǎo)致實(shí)際搭建的時候無法實(shí)現(xiàn)，好多人會丟掉圖紙“另起爐灶”，顯示出對設(shè)計的不尊重;沒有控制成本的意識;不會控制時間，隨意延長工期等。這些問題，都是由于學(xué)生以前沒有實(shí)踐過而導(dǎo)致的，教師要有意識地加強(qiáng)工程實(shí)踐教學(xué)，重視培養(yǎng)他們的工程思維。