培養學生工程思維教學模式的創新實踐*
——以高職“網絡綜合布線”課程為例

江麗麗

工程思維是人類進行工程決策、工程設計、工程實施以及工程評價等一系列工程活動過程中，所形成的具有關注細節、聚焦結構、著眼系統等獨特的思維方式與習慣。高職“網絡綜合布線”是一門設計與制作相結合的綜合性實踐課程，需要學生有整體觀、會設計、能動手，同樣還需要學生在設計階段聚焦結構、著眼系統，在制作階段能關注細節，這就需要工程思維。“中國制造2025”需要能思會做的復合型高技能技術人才，職業教育只有培養出企業和社會所需要的人才，才能助力實現從“中國制造”到“中國智造”的轉變。立足于當前職業教育發展和建設的需要，在高職“網絡綜合布線”課程教學中關注工程思維培養，努力讓學生具備企業和社會需求的知識、技能和素養，以實現職業學校培養“高素質技術技能人才”目標。

一、培養學生工程思維教學模式設計原則

（一）以工作過程導向和建構主義理論為指導

職業工作過程的變化是絕對的，而這一變化處在一個相對固定的結構之中，這些固定的東西就是資訊、決策、計劃、實施、檢查、評價，這六個步驟始終顯性和隱性地存在于一切人的一切工作過程之中。這個固定結構為我們課程教學實施提供了賴以支撐的基礎。工程決策對應于資訊和決策，工程設計對應于計劃，工程實施對應于實施和檢查，工程評價對應于評價，應按照這個固定結構開展課堂教學活動。

建構主義學習理論認為，學習是獲取知識的過程，知識不是通過教師傳授得到的，而是通過學習者在一定的情境下，借助其他的幫助，利用學習資源，通過意義建構的方式獲得的。思維的養成是一種意義建構的過程。學生工程思維的培養應該讓其在參與實際問題解決過程中，在對知識的自主意義建構活動中潛移默化得到提升。

（二）以系統化綜合實踐項目為平臺

“網絡綜合布線”是一門實踐性非常強的課程，按其子系統分為七大模塊。我們選擇“學校網絡維護”項目，建立“網絡綜合布線”綜合實踐課程，組建“‘信息網絡布線’工作室”，開展“最常操作的配線（水平）子系統”“與日常生活最貼近的工作區子系統”“技術含量較高的管理間子系統”“比較實用的干線（垂直）子系統”等典型項目工程活動。

（三）以工程思維三個顯性思維為切入點

工程思維有三個顯性思維，分別是系統性思維、設計性思維和統籌性思維。工程思維是面向復雜系統的系統性思維，需要從系統論的視角，綜合而全面地思考、解決工程問題，兼顧技術問題和其他相關問題，總體考量，找出最優解決方案；工程思維是聚焦結構功能的設計性思維，需要能在沒有結構的情況下預見結構，設計功能，并進行驗證，不斷優化調整，從而獲得可執行性的最優化設計；工程思維是面向具體工程實踐的統籌性思維，籌劃是工程思維的根本方式，人的技術活動是有意識、有目的的活動, 它不是通過認知活動實現，而是通過思維的籌劃活動來實現的[1]。

二、培養學生工程思維教學模式的構建與實施

（一）培養學生工程思維教學模式的構建

學生工程思維教學模式以工作過程導向教育理念為指導，以工程活動為載體，以項目學習為平臺，讓學生在工程決策、工程設計、工程實施和工程評估四個階段中，在對知識的自主意義建構活動中，逐步形成工程思維的三個顯性標志性思維——系統性思維、設計性思維和統籌性思維，如圖1。

圖1 學生工程思維教學模式

1.工程決策階段。教師基于現實生活，通過視頻、案例或者問題創設工程情境，從而激發學生的學習興趣，同時也能讓學生學以致用。基于工程情境，教師提出工程問題，也就是課堂需要探究的任務。學生根據工程問題進行工程決策，包括對工程任務的目標決策（總體部署）和對工程任務的流程決策（具體方案）。學生需要對工程問題進行分析，明確要完成的工程任務，借助各類資源，了解和學習完成工程任務的相關知識。有了一定的知識儲備，學生小組合作制訂工程計劃，擬定工程方案，確定相關流程和步驟。此階段中，學生活動是一個循環流程，而非線性流程，需要反復進行。在不斷探索中，學生對工程問題的認識逐漸清晰，制訂的工程計劃從不完善到逐步完善。學生小組頭腦風暴過程中會遇到瓶頸，教師作為課堂的引導者要適時提點，幫助學生順利開展工程決策。當然，工程決策的最終決策者是學生，教師不能隨意否定學生的想法，將自己的意思強加給學生。

2.工程設計階段。學生小組合作按照工程計劃進行結構功能設計。作為工程活動的核心部分，既是工程決策的實現，又是工程實施的基礎。學生需要運用新舊知識點和技能點進行設計，教師要提供相應的學習資源，學生根據需要進行新領域知識和新技能的學習，幫助小組順利完成設計工作。學生頭腦中的思維和建構的模型轉化成各類圖表后，能否實現還需要驗證。如果直接在實訓模擬設備中進行驗證比較，則會受到耗材、時間以及設備多方面因素的限制，也不利于方案的優化調整。而借助仿真軟件，每組將本組的設計進行模擬實踐，驗證可行性，同時根據實際情況進行設計的微調整、再驗證，形成一個設計/再設計的循環結構，最后確定最優設計。教師在此過程中可以加入學生小組，答疑解惑，給予學生一定的幫助。

3.工程實施階段。此階段是將工程決策和工程設計變為現實。根據工程問題的實際需要，教師提供充足的材料和工具。因為對于同一個工程問題的解決可以有不同的方法，學生可以進行不同材料和工具的組合，嘗試不同的方式，而非簡單完成任務，同時也考慮到在實際成品制作過程中的材料損耗。在作品完成后，學生需要利用檢測工具逐一對鏈路進行連通性測試，測試通過代表工程實施階段完成，測試沒通過，則需要重新工程實施，直到通過。教師在此過程中進行巡視指導，還可以讓測試通過的學生幫助“診斷”測試沒有通過的作品，進行同伴互助。

4.工程評價階段。教師組織學生進行作品展示和心得感悟分享，反思收獲與不足。此階段采用量化評價的方式，運用 “工程作品評分表”“工程過程評價表”和“學生工程自評表”三表進行過程性評價和總結性評價。評價參考了工程思維的三個顯性標志性思維：系統思維、設計思維和統籌思維，以便更具體地掌握學生工程思維的變化情況。教師需要對作品進行評價，指出優缺點，幫助學生了解自身在決策、設計和實施中的不足。學生要進行自評，通過自評，學生可以明確目前的學習情況，從而促進后續的學習。

一是工程作品評分表。教師是工程作品評分表的使用者，主要是對學生在課中完成的工程作品情況進行評分。工程作品評分表的量化部分參考了加利福尼亞數學評分規則和“網絡綜合布線”技能大賽評分規則，分為超標準完成任務要求、完全達到任務要求、基本達到任務要求、有限達到任務要求和完全沒有達到任務要求五個等級。

二是工程過程評價表。工程過程評價表的使用者是教師，主要是對學生在課堂的表現所反映出來的工程思維進行評價。評價表包含了工程思維的三個顯性標志性思維，包含系統思維、設計思維和統籌思維，每個思維維度又劃分到具體的工程過程指標，每個指標對應著五個等級，都有具體分值。

三是學生工程自評表。學生工程自評表是學生根據自身的學習情況進行評價，通過自評，學生明確自己目前的學習情況，促進之后的學習，教師通過此表改進教學。采用5點量表的設計方法，從工程思維的三個維度——系統思維、設計思維和統籌思維設計題目，讓學生在完全符合、比較符合、一般符合、不太符合、完全不符合五個等級的選項中進行選擇。

（二）培養學生工程思維教學模式的實施

學校的“產教融合園”落成，各工作室即將陸續進駐。借此契機，教師設置“壹捌玖視覺工作室”布線工程這一真實項目任務，采用競爭上崗形式，激發學生的積極性。學生小組合作，在模擬實踐的基礎上，根據各小組在決策、設計、實施、評價四個階段的綜合表現，決出優勝組，承接“壹捌玖視覺工作室”布線工程的實際設計與操作。

為方便對學生的考查，我們將實際工程適當“簡化”，以符合現有教學軟硬件實際。下面以綜合布線系統中最典型的案例——配線子系統為例，介紹如何利用實際工程案例需求，實施“培養學生工程思維”的模式，引導學生對整個案例進行決策、設計、實施和評價，完成預定學習任務。

1.工程決策階段。此階段的目標，是在進行任務分析的基礎上，形成工程實施計劃，擬定工程方案。為方便后續操作，教師將布線任務簡化為可以在實訓室進行實施的目標任務，學生需要在讀懂需求的基礎上，明確此項工程的具體任務，如需要設計幾個TO、幾個SW設備，如何路由、適量預留幾何等。教師引導學生運用所學的基礎知識，對其進行分析，并制訂相應計劃。我們將學生分成了幾個小組，組內同學利用頭腦風暴，對形成方案的可行性、合理性進行再分析，形成小組的最終決案，以系統圖的形式呈現。

2.工程設計階段。各組學生根據小組決案，對設計進行“細化”和“優化”，并結合《綜合布線系統工程設計規范》有關規定進行鏈路的路由設計。由于是工程模擬，故要求學生在設計過程中，始終清楚地理解所設計的系統位于系統的哪一部分，即對工程整體布局有宏觀的把握。此階段主要完成施工方案的詳細設計，據此完成相應的圖表（施工圖、信息點統計表、端口對應表、材料統計表等）。

設計不可能一蹴而就，方案的合理性、可行性需要進行實際驗證。為了突破空間和硬件條件的限制，我們采取利用仿真軟件進行驗證的方法來進行。各小組帶著自己設計好的方案，利用仿真平臺，對每一個操作步驟進行模擬實施，以此來驗證方案的正確性、可靠性、合理性。如發現與預想不符的情況，則立即對方案進行相應修改，再次進行驗證，直到完全通過。

3.工程實施階段。在最終的實施方案和有關準備工作均就緒之后，教師帶領學生來到“綜合布線實訓室”進行實際操作。根據方案中的預算，教師為各小組準備相應的耗材和工具。各小組清點無誤后，正式實際操作。在施工過程中，由于相關方案已經在仿真軟件中驗證過，所以正常情況下，學生只需按照既定的施工步驟進行操作即可。但即使如此，在實際操作中，仍有各種情況出現，比如線管壓制不到位、線槽制作不美觀、耗材消耗過大等。教師在巡視過程中，要注意引導學生規范施工，如果遇到突發的問題，積極發揮小組同學的集體智慧，并可以參考教師提供的教學資源，尋找解決辦法。當然，也可以實時求助教師，教師在引導的同時，注意考查學生的操作水平，為后續教師評價積累依據。

4.工程評價階段。在各小組均完成施工后，教師再次強調測試的重要性和必要性，加強學生對工程質量把控的理念。在各小組確定完成作品后，教師讓學生回顧自己的項目進展過程，進行總結反思，分享自己的收獲和心得感悟。

在各小組提交作品后，教師先讓學生對自己知識點的掌握及規范操作進行自評。之后教師分發“組間評價”表，組織學生進行組間互評。教師在評價表的設計過程中，將工程思維的三個標志性思維——系統思維、設計思維和統籌思維融入其中，評價的過程也是自我反思的過程。教師也參與此評價過程，結合巡視過程中的體會，完成教師評價。

三、培養學生工程思維教學模式實施效果與反思

（一）學生的改變：思維能力的提升，綜合能力的提高

1.有效促進了學生思維能力的提升。從工程思維的內涵特點看，工程思維關注細節、聚焦結構、著眼系統。培養學生工程思維教學模式的構建與實施，讓學生在工程決策和工程評價階段形成系統性思維、在工程設計階段形成設計性思維、在工程實施階段形成統籌性思維，讓學生養成關注細節、聚焦結構、著眼系統的思維慣性[2]。這種思維慣性會遷移到其他課程的學習中，進一步遷移到現實生活和工作中，使學生受益終生。

2. 有效促進了學生綜合能力的提高。培養學生工程思維教學模式，關注學生未來職業生涯的可持續發展需求，讓職業教學始終從學生的未來需求出發，注重培養學生操作技能的同時重視學生思維方式的養成。學生在一系列工程活動中，思學做結合，既提升了學生的工程意識、工程思維，又培養了學生的解決實際問題能力、自主學習能力、團隊協作能力以及創新能力，這也是學生在今后的職場中所需要的綜合能力。

（二）師生的要求：學生的積極參與，教師的有效引導

1.工程思維的養成是一個長期的過程，需要師生共同努力。教師在“配線”“工作區”“管理”“干線”等典型項目教學中，將“工程思維”以及三個顯性標志性思維——系統性思維、設計性思維和統籌性思維貫穿于教學各個環節中，取得了一定的效果，學生已具備了一定的整體觀、工程觀，在今后的工作中也能避免成為只會照圖施工、缺乏思考的機械式操作工。但工程思維的養成，還需要教師繼續加大引導，在課程學習過程中，尤其是項目實施過程中，加強師生合作，共同努力，長期堅持。

2.新的教學模式的實施需要一定的適應過程，必須循序漸進。從工程決策階段的最終決策者，到工程設計和實施階段的實施主體，以及工程評價階段的主要參與者，培養學生工程思維教學模式突出顯示學生的主體地位，教師把主動權還給學生，讓學生自由發揮。但在課堂實施過程中，由于學生固有的傳統課堂觀念約束，出現了“放不開”和“放得太開”兩種現象。這就需要教師的及時干預和有效引導，在一個個項目工程活動中，引領學生逐步適應新的課堂教學模式，以達到預期的教學效果。