“三級”聯(lián)動，讓工程教育在鮮活場景中發(fā)生

朱怡穎

傳統(tǒng)的“秧田式”教室之外，工程教育何以發(fā)生？為了確保學(xué)生能夠在專業(yè)化、精細(xì)化的工程實踐場景中學(xué)習(xí)，無錫市精心打造了包括市級中心實驗室、區(qū)級樞紐實驗室以及校級節(jié)點實驗室在內(nèi)的“三級實驗室”，創(chuàng)設(shè)了一個縱向貫通、聯(lián)動發(fā)展的工程教育空間體系。

市區(qū)兩級推進(jìn)，共筑工程陣地

無錫市少年宮內(nèi)，煥然一新的“工程教育中心教室”和“科學(xué)園”為全市少年兒童提供了工程教育體驗和實踐陣地。其中，“工程教育中心教室”是學(xué)生眼中超酷的“科技夢工廠”，這里不僅有激光切割機、3D打印機等高科技“神器”，還有木工桌椅、曲線鋸、手搖鉆等傳統(tǒng)手藝裝備，更有智能芯片、傳感器等豐富的工程實踐材料，滿足學(xué)生從小小工程師成長為未來科技巨匠的愿望。除了教學(xué)功能外，中心教室還可以變成創(chuàng)意工作坊、小型講座廳和項目展示區(qū)，學(xué)生可以在這里開展項目化學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)、跨學(xué)科學(xué)習(xí)和小組合作學(xué)習(xí)，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和科學(xué)探索提供無限可能。除此之外，中心教室的走廊還繪制了一幅幅生動的“工程地圖”，從OpenAI機器學(xué)習(xí)到元宇宙，從云計算到人工智能，引領(lǐng)學(xué)生了解未來科技發(fā)展趨勢。

在超過300平方米的“科學(xué)園”里，各種展覽和互動體驗可以讓學(xué)生在玩樂中輕松掌握科學(xué)知識?！澳Ｐ驼褂[區(qū)”展示了40多年來少年宮師生親手制作的航海、航空、車輛模型作品，讓學(xué)生了解作品背后的原理和制作過程；“知識普及區(qū)”羅列了近現(xiàn)代中外著名的科學(xué)原理和重大發(fā)明，學(xué)生在世界地圖背景墻上，可以了解相關(guān)的科學(xué)知識和科學(xué)家信息；“體驗活動區(qū)”則配備了隔空取電、機械傳動、音樂噴泉、全息投影等物理互動設(shè)備，給予學(xué)生沉浸式的科學(xué)體驗。

坐落于尚賢萬科小學(xué)的人工智能教育基地，是集“教、學(xué)、研、展、賽”為一體的多功能開放式“科技空間站”，也是無錫經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)大力推行工程教育資源共建共享的縮影。每天，基地都會迎來來自區(qū)內(nèi)中小學(xué)校的40名學(xué)生，他們將根據(jù)自己的興趣愛好，自由選擇創(chuàng)意編程、星際通訊、火星車和無人機制造等課程，并體驗基地的一系列智能設(shè)備?！拔覀兊穆氊?zé)是確保每一位學(xué)生都能親身體驗最前沿的科技，讓他們愛上基地?！鄙匈t萬科小學(xué)校長周一斐說。

在逾5000平方米的基地中，時不時會傳出學(xué)生們的歡呼聲：他們站在冰屏笑臉墻前，體驗精準(zhǔn)的人臉識別技術(shù)；佩戴腦電波環(huán)，用“意念”控制小火車的行進(jìn)與加速，開啟速度與激情的比拼；通過語音指令操控“鎮(zhèn)館之寶”機器人Walker，完成取水、握手、跳舞等一系列動作……豐富的AI教育教學(xué)資源，不僅讓學(xué)生們深刻領(lǐng)悟到科技對日常生活的深遠(yuǎn)影響，更培養(yǎng)了他們以工程思維觀察并改變生活的能力。如針對家庭生活中普遍存在的切菜問題以及潛在的安全隱患，華莊中學(xué)的李想和浦亦宸設(shè)計并制作了一款“全自動切菜機”，在保證切割蔬菜片厚度均勻的同時解決了安全和能耗問題；太湖實驗小學(xué)的梁澤涵則關(guān)注到江陰大橋的擁堵情況，通過設(shè)計一款閘門自動開合裝置，確保車輛順暢通行；“智能導(dǎo)盲杖”是東絳第二實驗學(xué)校中學(xué)部的羅俊峰、殷程軍為視障人士設(shè)計的一款產(chǎn)品，其避障和狀態(tài)監(jiān)測功能可以極大方便視障人群的出行……近年來，基地連續(xù)承辦無錫市中小學(xué)人工智能及物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)客大賽，這些陳列在基地中的優(yōu)秀參賽作品，見證著學(xué)生們工程素養(yǎng)的真實生長。

打造校內(nèi)空間，營造實踐氛圍

實踐是工程教育的靈魂，為此，無錫市各中小學(xué)根據(jù)本校的實際情況和需求創(chuàng)設(shè)了諸多工程學(xué)習(xí)所必需的環(huán)境與場所，確保能夠根據(jù)自身特點和發(fā)展方向開展工程教育。無錫師范學(xué)校附屬小學(xué)（以下簡稱錫師附?。┮浴俺壒こ淌摇睘橹c，通過“木工坊”的形式，讓學(xué)生在制作木屋、木質(zhì)汽車和航模的過程中樹立工程意識。以制作木質(zhì)汽車為例，學(xué)生首先需要認(rèn)識和使用工具，為此，學(xué)校配備了刨刀、鋸子等基礎(chǔ)的木工工具；涉及精細(xì)部件的制作時，學(xué)生可前往“智造團”基地，利用“激光寶盒”對材料進(jìn)行精準(zhǔn)切割和雕刻。當(dāng)汽車骨架制作完成后，如何讓汽車動起來成為關(guān)鍵，其中涉及傳動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等多個方面?？紤]到小學(xué)生的操作能力有限，學(xué)校為他們提供了成熟的模塊和部件，供他們選擇和使用。學(xué)生則需要在汽車上安排輪子、電機和電池的位置，進(jìn)行系統(tǒng)的布局設(shè)計。“‘動手去做是工程教育的核心。小學(xué)階段的孩子需要先接受工程教育的啟蒙，掌握基本的操作技能，體驗工具帶來的實踐感，再逐步培養(yǎng)工程思維、工程習(xí)慣和工程素養(yǎng)?！卞a師附小副校長高純說。

進(jìn)入中學(xué)階段，工程教育的外延不斷拓展，學(xué)習(xí)空間也隨之愈加豐富。“火柴的燃燒范圍太小，無法激發(fā)火災(zāi)報警系統(tǒng)。”“點燃衛(wèi)生紙試一下？”“識別成功，成功觸發(fā)系統(tǒng)！”這是發(fā)生在江南中學(xué)陽光校區(qū)“創(chuàng)客教室”中的一幕。以“智慧體育館”為主題，學(xué)生們進(jìn)行了明確的分工，一部分編寫程序，一部分進(jìn)行3D建模和打印，還有一部分負(fù)責(zé)后期調(diào)試?！啊腔垠w育館原本的設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)火災(zāi)和地震的實時監(jiān)測和預(yù)警，過程中學(xué)生突發(fā)奇想，增加了暴雨自動關(guān)窗系統(tǒng)，進(jìn)一步提升了體育館的人性化功能?！毙畔⒓夹g(shù)教師劉夢恒介紹。在江南中學(xué)陽光校區(qū)，這樣的“工程教室”有三間，學(xué)生可以在不同功能的教室中參加編程、機器人制作等項目，像工程師一樣思考，體驗從問題出發(fā)到模型建構(gòu)的完整過程。

關(guān)注現(xiàn)實需求，培養(yǎng)學(xué)生的人文精神，同樣也是無錫市第一中學(xué)工程教育的出發(fā)點和落腳點。在學(xué)校的“I make it”社團，既有可以實現(xiàn)提拉重物功能的“3D天梯”項目，也有與生產(chǎn)生活密切相關(guān)的“智能配送”“智能制造”項目，每一個項目都彰顯著以人為本的核心思想，成為工程教育的鮮明底色。在完成項目的過程中，學(xué)生對工程的熱愛也在不斷延伸?！坝幸幻麑W(xué)生在參加了社團之后，自己制作了一臺復(fù)古收音機，由于市內(nèi)的信號較弱，她便請家長駕車帶她到郊外，并爬上樹搜索信號。”在學(xué)?？苿?chuàng)中心負(fù)責(zé)人張月香看來，工程教育給學(xué)生帶來的，不僅是素養(yǎng)的提升，還有觀念的改變和問題解決過程中的成長。

拓展校外場域，豐富教育資源

作為中國的制造業(yè)重鎮(zhèn)，無錫為工程教育的“產(chǎn)學(xué)研育”一體化發(fā)展提供了得天獨厚的條件。在2023年新學(xué)期的“工程教育開學(xué)第一課”活動中，江蘇省錫山高級中學(xué)（以下簡稱錫山高中）的學(xué)生們走進(jìn)華中科技大學(xué)無錫研究院，參觀了工程車間、數(shù)智空間和研發(fā)大樓?！拔覀円娮R到了高鐵車廂的構(gòu)造與組裝，近距離觀察了飛機風(fēng)葉的切割工藝，也感受到了現(xiàn)代人工智能的偉大?！睂W(xué)生程雨菲表示。值得一提的是，早在2021年，錫山高中便與華中科技大學(xué)合作共建了智能制造課程基地，創(chuàng)設(shè)“人工智能基礎(chǔ)實驗室”“機器人制作實驗室”“工業(yè)機器人視覺應(yīng)用實驗室”等學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生對工程學(xué)習(xí)的興趣與熱情，在學(xué)生心里埋下科學(xué)的種子。

拓展校外學(xué)習(xí)空間是提升工程教育質(zhì)量、豐富教育資源的重要途徑。在錫山高級中學(xué)實驗學(xué)校第二小學(xué)，“科企奇妙游”正在如火如荼地進(jìn)行。利用周邊高新技術(shù)企業(yè)、院士工作站環(huán)繞的優(yōu)勢，學(xué)校致力打造一個“無邊界”的工程教育場域：在自來水廠，學(xué)生們了解了水處理工藝和光伏發(fā)電系統(tǒng)，增強了節(jié)水意識；在生物科技公司，炫酷的未來科技體驗館、各式各樣的模型和數(shù)據(jù)投影讓學(xué)生直觀感受到了“科技之刃”的力量；在車輛檢測中心，學(xué)生們走進(jìn)檢測車間，了解車輛安全座椅的檢測過程，感悟“細(xì)節(jié)決定成敗”的道理。目前，學(xué)校已與多個研究院、產(chǎn)業(yè)園和科技企業(yè)公司建立了合作關(guān)系，共建工程教育校外實踐基地，讓學(xué)生在深入的尋訪與體驗中拓寬眼界，感受工程技術(shù)的魅力。

隨著時代的進(jìn)步，工程教育的內(nèi)涵也在不斷豐富和深化。無錫市在拓展工程教育學(xué)習(xí)空間方面的探索，不僅是對教育模式的創(chuàng)新，更在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力方面發(fā)揮了重要作用，為未來工程師的培養(yǎng)注入了無限可能。