重視培養學生的工程思維

喻伯軍

工程思維概括起來具有以下四個特點。

一是系統性思維。對一項工程而言，涉及整體設計、成本核算、實施人員、進程和驗收等內容，需要一個人有整體規劃、統籌思考的能力，這就需要系統性思維作為支撐。

二是設計思維。工程的關鍵是設計。設計決定著一項工程的定位、目標、質量、進程和走向，它可以體現出一個人的思維和審美能力。在工程實踐中，學生會體驗到設計的重要性。

三是實踐性。所有工程必須經過實踐才能完成，實踐也是檢驗工程設計的重要環節。在實踐過程中，學生體會到技術的重要作用，也能體會到成功的快樂，更能在解決具體問題的過程中，迸發出創新的火花，他們的創新能力也能得到提升。

四是迭代思維。迭代升級是工程實踐的要求，是產品制造的需要，也是生活中普遍存在的現象。教學中的迭代升級，意味著學生不斷地發現問題、改進設計、解決問題，能非常好地提升學生問題解決能力。

培養學生的工程思維，不是靠教師的講解就能夠實現的，而是要讓學生親自參與工程設計和建造。項目化教學，能夠有效地培養學生的工程思維。STEM項目式實施，能夠與科學教育的工程實踐相對接，是一種非常有效的途徑。可行的方法是，把教材中的小制作改造為一個個的項目。以小項目的方式，實施課堂教學或開展社團活動，能夠有效地讓學生體會到工程實踐的獨特魅力，體會到與探究式學習的不同之處。

有位教師，在實施項目的過程中，為了讓學生體會到工程思維和合作的重要性，設計了一項活動——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;具有一定的穩定性和美觀性;設計時間5分鐘;完成時間20分鐘。這個活動的設計，很巧妙地滲透了工程的思想，體現了工程思維的教學。

首先，學生要根據任務進行整體思考，在一定的時間內完成任務，材料是限定的，高度、穩定性和美觀程度是規定的，相當于工程驗收標準，當學生能夠考慮到方方面面的要求時，系統性思維方式就逐漸培養起來了。怎樣設計一座50厘米高的模型塔？用什么做連接件？一根牙簽的長度有限，多少層的塔才能達到50厘米高，每一層最少使用幾根牙簽？學生思考的過程，不僅僅是設計的過程，更是運用所學知識的過程，是訓練設計思維的過程。

其次，在正式搭建模型塔的時候，學生還會發現搭建是個技術活，必須掌握好胡蘿卜連接件的大小、連接的位置、接插的角度，從而創造性地完成搭建。他們還會發現分工合作的重要性，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，才能在規定時間內完成任務。合作學習在任務的驅動下自然而然地達成了。

最后，僅一次實踐往往是不夠的。學生會不斷地發現問題，如設計得不夠合理、三角形做得不夠正、連接件太大、形狀不夠美觀、高度勉強合格等。如果有機會讓學生再次設計、建造，那么迭代升級自然而然地就開始了。

現階段，學生還不太適應這樣的學習，表現為：設計圖紙的時候太簡單、太隨意、太理想化，導致實際搭建的時候無法實現，好多人會丟掉圖紙“另起爐灶”，顯示出對設計的不尊重;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，都是由于學生以前沒有實踐過而導致的，教師要有意識地加強工程實踐教學，重視培養他們的工程思維。