淺析為什么要發(fā)展高中生的工程思維

摘 要：高中生的工程思維是區(qū)別于科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)之外的另一種形式的獨(dú)特思維模式，發(fā)展高中生的工程思維，不僅有利于國(guó)家的工程建設(shè)與發(fā)展，而且也有助于高中生自身的發(fā)展與提升，有益于其核心素養(yǎng)的養(yǎng)成與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工程思維;高中生;發(fā)展

一、 引言

工程（Engineering）是人類社會(huì)創(chuàng)造性的實(shí)踐活動(dòng)，工程思維是人類在進(jìn)行工程活動(dòng)有關(guān)的研究過(guò)程中專有的思維模式，工程思維（Engineering Thinking）賦予了工程師一種全面認(rèn)識(shí)工程活動(dòng)的工程能力，是工程師的核心能力，發(fā)展高中生的工程思維有助于新世紀(jì)工程師的培養(yǎng)，有利于國(guó)家的建設(shè)和社會(huì)的進(jìn)步。

2002年，李伯聰教授提出“科學(xué)—技術(shù)—工程”三元論，促使人們對(duì)工程的本質(zhì)開(kāi)展深入研究;2006年2月2日，美國(guó)總統(tǒng)布什在其國(guó)情咨事的《美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力計(jì)劃》（American Competitiveness Initiative，ACI）中提出，造就具有STEM品質(zhì)的人才，鼓勵(lì)學(xué)生主修科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，培育科技理工素養(yǎng);M.Nehdi and R.Rehan（2007）則認(rèn)為技術(shù)工程知識(shí)不再是工程師職業(yè)成功的保證，而應(yīng)是大量專業(yè)知識(shí)的合成;2014年，張艷秋博士指出，如何培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的工程綜合素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，是我們廣大教育工作者長(zhǎng)期思考的問(wèn)題;2016年，李宏博博士提出，工程思維對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)具有重要的指導(dǎo)作用。

科學(xué)（Science）是對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)、理解、解釋與發(fā)現(xiàn)，科學(xué)思維是探索真理、追求真理的過(guò)程;技術(shù)（Technology）是改造世界所用到的各種可能的方法、技巧和工具，技術(shù)思維是發(fā)明創(chuàng)新、追求訣竅的過(guò)程;工程是一項(xiàng)創(chuàng)造性實(shí)踐活動(dòng)，以人的一定目標(biāo)存在為前提，按照一定程序使用相應(yīng)工具和技術(shù)對(duì)原材料進(jìn)行一系列的操作、加工，生產(chǎn)出符合要求的物質(zhì)產(chǎn)品的過(guò)程;數(shù)學(xué)（Mathematics）是技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具。

工程思維的主體既可以是工程師，也可以是預(yù)從事工程活動(dòng)的學(xué)生和科研人員，高中生在科技創(chuàng)新、通用技術(shù)、社會(huì)實(shí)踐、信息技術(shù)等課程中也會(huì)成為工程思維的主體。工程的存在，是生產(chǎn)和社會(huì)的需要，具有很強(qiáng)的價(jià)值性和目的性，價(jià)值呈現(xiàn)多維化，制約條件呈現(xiàn)多元化，成果具有不確定性，過(guò)程具有不可逆性。因此，工程思維具有更強(qiáng)的集成性，它不是相互關(guān)聯(lián)的各種內(nèi)容的簡(jiǎn)單疊加，而是在盤根錯(cuò)節(jié)的各種體系中尋找的一種平衡。可以認(rèn)為，工程思維的結(jié)果既沒(méi)有準(zhǔn)確解，也沒(méi)有最優(yōu)解，只有滿意解。本文就以下幾個(gè)方面闡述為什么要發(fā)展高中生的工程思維。

二、 工程思維缺失分析

隨著改革發(fā)展，尤其是近年來(lái)的飛速發(fā)展，我國(guó)的工程建設(shè)正開(kāi)辟一項(xiàng)新型的工業(yè)化的道路，2018年我國(guó)固定資產(chǎn)投資（不含農(nóng)戶）63.6萬(wàn)億元，全國(guó)工程建設(shè)得到飛速發(fā)展。工程活動(dòng)在規(guī)模、系統(tǒng)復(fù)雜程度和社會(huì)影響上都達(dá)到了空前未有的高度。如“北斗”工程，截至2019年6月25日2時(shí)09分，我國(guó)已經(jīng)發(fā)射46顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，我國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS），成為全球第三大成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

然而，由于各個(gè)行業(yè)和各個(gè)領(lǐng)域的超前發(fā)展，諸多問(wèn)題紛至沓來(lái)。石油、天然氣、煤炭等的過(guò)度開(kāi)采，導(dǎo)致能源資源的嚴(yán)重短缺;旅游景點(diǎn)、城市化等不合理的開(kāi)發(fā)和建設(shè)，造成文化底蘊(yùn)日漸衰退、生態(tài)環(huán)境逐漸惡化;工廠、汽車、生活等排放的“三廢”，使得人們周圍的環(huán)境質(zhì)量日益下降，新型病情時(shí)有爆發(fā)，發(fā)病率也有所提升;尤其是各種各樣的腐敗工程、豆腐渣工程和政績(jī)工程接連不斷的出現(xiàn)，人民的生命財(cái)產(chǎn)遭受嚴(yán)重?fù)p失，如錢江三橋坍塌事故、陽(yáng)明灘大橋坍塌事故等。

究其原因，除了不可抗的環(huán)境因素和急功近利的人為因素，工程思維的缺失也不容忽視。工程思維表現(xiàn)為：規(guī)劃上系統(tǒng)性和綜合性的全局觀、實(shí)踐操作中實(shí)踐性和嚴(yán)密性的邏輯觀、設(shè)計(jì)上實(shí)用性和創(chuàng)新性的方法觀。更多的時(shí)候，我們應(yīng)該考慮“我們是否做了一個(gè)好的工程”，是否按照自然發(fā)展的客觀規(guī)律為人民建造了一個(gè)美好世界。

工程師應(yīng)具備良好的工程思維能力，除了要擁有科學(xué)知識(shí)、先進(jìn)技術(shù)、數(shù)學(xué)方法等的理論智慧，尤其要有關(guān)愛(ài)人類、承擔(dān)責(zé)任、服從自然、籌化創(chuàng)新、實(shí)踐創(chuàng)造等的實(shí)踐智慧。而我國(guó)，工程思維能力的培養(yǎng)相對(duì)滯后，大學(xué)才開(kāi)始著重進(jìn)行培養(yǎng)，很多專業(yè)到大學(xué)也未必涉及，普通人民大眾更鮮有工程思維的素養(yǎng)，各行業(yè)各領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)有些就不具備良好的工程思維。

因此，發(fā)展高中生的工程思維，功在今世，利在千秋，既可以為優(yōu)秀工程師的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)，也能造就出大量的具有一定工程思維意識(shí)和工程智慧的決策者和從業(yè)者。

三、 發(fā)展高中生的工程思維對(duì)學(xué)生的好處

長(zhǎng)期以來(lái)，工程被看作是技術(shù)的分支，隨著工程與工程哲學(xué)的凸顯，才最終從技術(shù)與技術(shù)哲學(xué)中分離。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)教育更多重視的是理論教學(xué)，技術(shù)其次，工程更其次。理論性教學(xué)的產(chǎn)物是理論思維，并不能直接付諸實(shí)踐，必須進(jìn)行籌劃型的工程思維。

發(fā)展高中生的工程思維，對(duì)于學(xué)生理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、理論思維的鞏固與加強(qiáng)、自學(xué)能力的形成以及高中生自身素質(zhì)和能力的培養(yǎng)，甚至對(duì)于國(guó)家的優(yōu)秀工程隊(duì)伍建設(shè)都具有重大意義。

（一） 發(fā)展高中生的工程思維有助于其掌握現(xiàn)有知識(shí)

工程思維具有很強(qiáng)的縝密性，需要將理論知識(shí)邏輯性很強(qiáng)地應(yīng)用到生活實(shí)踐中。首先，學(xué)生需要借助于所學(xué)的理論知識(shí)展開(kāi)想象、假設(shè)、推理、證明，通過(guò)對(duì)所學(xué)科學(xué)知識(shí)的甄別、聯(lián)系、排除，從而篩選出能夠應(yīng)用到的理論知識(shí)，達(dá)到理解科學(xué)文化知識(shí)的目的;然后，學(xué)生需要借助所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行運(yùn)算，通過(guò)對(duì)所選用的科學(xué)知識(shí)的計(jì)算、驗(yàn)證、比較，從而制定出符合實(shí)際的工程方案，達(dá)到運(yùn)用科學(xué)知識(shí)的目的;最后，學(xué)生需要借助于技術(shù)知識(shí)對(duì)制定的工程方案進(jìn)行模擬操作或?qū)嶋H操作，通過(guò)動(dòng)手操作對(duì)科學(xué)知識(shí)再推理、證明、反問(wèn)，達(dá)到掌握和升華所學(xué)科學(xué)知識(shí)的目的。如數(shù)學(xué)教學(xué)中的數(shù)學(xué)建模課程，學(xué)生在理解現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行解決現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)踐問(wèn)題，從而達(dá)到熟練掌握、靈活運(yùn)用的目的。

因此，高中生通過(guò)一個(gè)完整的工程思維有助于其對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握與應(yīng)用。

（二） 發(fā)展高中生的工程思維有利于其自覺(jué)養(yǎng)成自學(xué)新知識(shí)的學(xué)習(xí)習(xí)慣

工程思維具有很強(qiáng)的綜合性，許多的工程問(wèn)題都不能通過(guò)現(xiàn)有的單一學(xué)科理論解決，很多時(shí)候要用到超前的學(xué)科知識(shí)以及其他學(xué)科的知識(shí)，甚至大學(xué)的專業(yè)知識(shí)，而這些知識(shí)短時(shí)間內(nèi)不可能有老師來(lái)教會(huì)，甚至以后也不會(huì)有老師來(lái)教，這就需要高中生發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性，查閱資料，自主學(xué)習(xí)。如科技創(chuàng)新競(jìng)賽，除了要自學(xué)選修課程，有時(shí)還必須自學(xué)編程、制圖等大學(xué)課程。

工程思維又具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性，高中生在自學(xué)知識(shí)的過(guò)程中，需要反復(fù)琢磨，讓各個(gè)相關(guān)的未知知識(shí)與現(xiàn)有的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系、類比、總結(jié)，從各個(gè)角度、各個(gè)層次、各個(gè)路徑上對(duì)工程對(duì)象進(jìn)行觀察、分析、研究，解決工程問(wèn)題目的的同時(shí)達(dá)到自學(xué)新知識(shí)的目的。

因此，高中生通過(guò)一個(gè)完整的工程思維有助于其養(yǎng)成自學(xué)新知識(shí)、開(kāi)拓新思路的習(xí)慣。

（三） 發(fā)展高中生的工程思維有益于其培養(yǎng)其實(shí)踐創(chuàng)新能力

工程思維是一種介于理論與實(shí)踐之間的籌劃型思維，解決的是真實(shí)的實(shí)際工程問(wèn)題，是一種實(shí)踐性思維。同時(shí)，工程思維進(jìn)行的是一項(xiàng)創(chuàng)造性活動(dòng)，是一種創(chuàng)新性思維。工程思維過(guò)程中，既有概念的理解、構(gòu)想的孕育，也有思想的完備、邏輯的遞進(jìn)，又有頓悟、靈感的閃現(xiàn)，思維過(guò)程發(fā)生質(zhì)的飛躍。

因此，發(fā)展高中生的工程思維有益于其實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（四） 發(fā)展高中生的工程思維能促進(jìn)其自身核心素養(yǎng)的形成

學(xué)生的核心素養(yǎng)包括文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展和社會(huì)參與三大方面，包含人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新等六大素養(yǎng)。工程思維過(guò)程中的縝密的推理和嚴(yán)格的證明，能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)精神的培養(yǎng);工程探索過(guò)程中對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)思維過(guò)程，能促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí);工程實(shí)踐過(guò)程中對(duì)實(shí)際問(wèn)題的靈活處理，能促進(jìn)對(duì)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。除此之外，在工程實(shí)踐過(guò)程中，還需要考慮順應(yīng)自然、珍愛(ài)生命，從而促進(jìn)學(xué)生健康生活和責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)乃仞B(yǎng)的培養(yǎng)。

因此，發(fā)展高中生的工程思維能使學(xué)生的理論思維在實(shí)踐中得以更好的應(yīng)用，對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重大的作用。

四、 結(jié)束語(yǔ)

以我國(guó)的工程與工程思維的缺失為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)我國(guó)的工程思維缺失引發(fā)的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了要發(fā)展高中生的工程思維的命題，對(duì)發(fā)展高中生的工程思維對(duì)學(xué)生的好處進(jìn)行了研究。發(fā)展高中生的工程思維，不僅是國(guó)家和社會(huì)的需要，同時(shí)也是高中生自身的成長(zhǎng)和發(fā)展的需要。

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作者簡(jiǎn)介：

王占猛，遼寧省本溪市，東方劍橋本溪市高級(jí)中學(xué)分校數(shù)學(xué)組。