工程思維建設：提升學生的創新實踐能力

王靜

摘? 要：提高學生的創新實踐能力依靠STEAM課程，STEAM是一門綜合融合各個學科的知識解決現實問題的課程，它是一門實踐性強、綜合性課程。學生在經歷STEAM課程學習，綜合運用科學、數學、工程、數學、藝術等知識，以解決真實情景問題和設計產生新產品為任務，整個學習過程中提升工程思維。學生在解決問題、設計活動和成品產生的過程中，埋下科學思維之土，開出工程思維之花。

關鍵詞：STEAM教育；工程思維；實踐性；設計性；全局性

工程思維是說在工程的設計、研究和實踐過程中形成的思考方式，關鍵在于綜合運用各種知識和方法解決現實中的問題，具有科學性、實踐性、設計性和全局性等特點^【1】。工程思維在教育領域被多次提及，但是在大部分的學校學習之中，對于工程思維的教育比較缺失，尤其是缺少一門可以承載工程思維的課程。眾所周知，中小學的課程是以分學科形式進行的，工程思維需要綜合運用各種知識，這兩者聯系的距離比較遠。

那如何在STEAM教育中提升學生的工程思維？我們提出以下的方式來提升學生的創新實踐能力。

一、工程思維建設埋下科學性思維之土

依托于STEAM教育的工程思維建設，整個活動必須依托于科學性思維之下，從學生提出的問題、解決問題、工程設計到建造產品的每個環節必須依托于科學性思維。STEAM教育的整個環節不是憑空捏造的，提出的問題不是想象的、虛幻的、不切實際的。科學性思維是統領整個STEAM活動，從發現問題、討論問題、解決問題、設計方案、修改和調整方案、測試初品、調試調整初品形成最終成品的過程中，科學思維一直統領著全部活動，缺乏科學性思維無非是無源頭之水，形成不了長流的智慧之源。

二、解決問題環節厚植實踐性思維之根

現實生活中的工程是指面向實際問題，以解決某些問題達成并實現某種效果、目的、規劃、設計并且建構理性的人工系統的實踐性活動^【2】。實踐性思維是統領工程思維，實踐性思維的特點是全局性、可行性和價值性。STEAM教育的起點便是解決設計的問題，問題成為啟動思維發展的開關。在項目驅動整個環節堅定活動的價值性，因此STEAM教育是厚植實踐性思維之根。解決問題，鍛煉全局性思維。學生在課堂上遇到的問題往往是封閉的、問題明確性很強的，而在我們現實生活中遇到的問題往往是抽象的、模糊的、需要整理與多方面思考的，甚至是會出現解決方式不唯一、多變性等特點。在整個活動過程中，不僅能解決實際的問題，更在不知不知覺中鍛煉了學生的全局性思維。例如在鄭仲仲老師《改建“兔之家”》一課時，學生要思考的問題比較多：兔子的生活習性有哪些？兔子對窩的要求有哪些？我們學校的土地有什么特點？需要多次清理兔子的糞便嗎？兔子喝水的器具也要放進去嗎？可以給兔子造透明的窩嗎？想要給兔子造一個家考慮的問題非常多，這些問題幫助學生完成后續階段的任務完成，而且學生在這個活動中不斷思考可行性、有效性，對學生的全局性思維提升顯得格外重要。

三、在活動設計中壯大設計性思維之莖

工程設計是人們有目的的行為方式，為了解決某個問題或者滿足某種需要所采取的辦法，任何行業都離不開工程設計，它具有創新性、操作性等特點。學生在經過STEAM學習活動中，設計活動成為整個活動的重心之重，思維訓練是融合在其中，是讓設計性思維的莖茁壯成長的有效方式。

開放式方案，發展創新思維。學生在解決現實問題中，提出解決方案是沒有固定的格式的，甚至說班級10個團隊可以提出20多個解決方案。要在眾多方案中尋找到“最優”方案，現實中我們的方案會被很多條件所牽制，如成本、穩定性、可行性、美觀等等。STEAM教育是發展創新思維很好的載體，讓不可能的事情成為可能，讓學生從體驗者到參與者到建設者。

四、在活動中生長全局性思維之葉

工程是人們為了滿足某種需要，對身邊材料、生活環境進行改造和生產產品。工程的核心是建造^【3】。從某種意義上說，工程思維本質上是一種全局性思維。全局思維能力，意味著從全局、全面、長遠角度審視問題，從大角度大刀闊斧地處理，小處精心打磨，高瞻遠矚的高度抓住矛盾解決復雜困難問題的方法。全局性思維具有整合性、平衡性等特征，小學階段開展的STEAM學習基本以項目式學習，STEAM活動的最后會有成品的展示，這個作品的展示恰好是全局性思維的精華所在，體現著設計者的想法和智慧。

知識整合，發展整合性思維。STEAM活動本身便是融合科學、技術、工程、藝術、數學等多學科知識去實現人們的需求，它是對各個學科知識有機結合，在實踐活動中的靈活運用，形成有結構性、有層次性的活動過程。如王小梅老師《制作鋁絲陀螺》這一課中，學生拿到手的項目式評價里面便是設計到多學科知識的整合。一份好的項目式說明書需要運用到簡潔、準確的語言表達能力、步驟圖需要清晰的美術畫工能力，數據清楚、測量準確用到準確的數學測量能力，設計圖準確科學運用到科學規劃能力。每一步的小小步驟，里面都涉及到各個學科知識的綜合運用。未來正是需要整合性復合型人才，會對各種知識、信息進行整合顯得特別重要。

STEAM活動是承載學生發展工程思維，學生在經歷STEAM活動的過程中，學生的科學性思維、實踐性思維、設計性思維和全局思維在STEAM活動的整合中提升，是不可剝離的。學生經過STEAM活動成長的工程思維，提升創新實踐能力，將在未來成長為復合型人才鋪路。

參考文獻

[1]? 楊英杰，邱俊，金星.基于現代工程師的科學思維與工程思維培養[J].現代教育科學，2010（2）：149-151.

[2]? 核心素養研究課題組.中國學生發展核心素養[J].中國教育學刊，2016（10）：1-3.

[3]? 吳永發.基于STEM 教育的學習力培養[J].教育探索，2018（2）：23-26.