國際視野下的工程教育

陳婷 夏晶 陳凱

摘? 要? 推進中小學工程教育已經成為全球工程教育發(fā)展的共同趨勢，要把學生學習到的知識與機械運轉過程結合，轉變成一個探究世界相互聯(lián)系的過程。本文旨在介紹國外以“技術和工程”為主題的TryEngineering項目，鼓勵國內科學教師了解工程和技術的本質和內容，發(fā)展在STEM教育方面的能力，并強化從事與STEM相關職業(yè)的動機，幫助學生全面認識工程師形象，加深學生對于工程概念的理解，讓學生獲得工程的基礎知識和創(chuàng)造的成就感。

關鍵詞? 工程教育?? STEM教育?? TryEngineering項目

中圖分類號：G424??????????????? 文獻標識碼：A???????????????? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.02.031

Engineering Education in the International Perspective

——Tryengineering project review

CHEN Ting[1]， XIA Jing[2]， CHEN Kai[3]

（[1]College of Chemistry， Chemical Engineering and Material Sciences of Soochow University， Suzhou，

Jiangsu 215123;

[2]College of Chemistry and Chemical Engineering， Guangzhou University， Guangzhou， Guangdong 510006;

[3]School of Environmental Science， Nanjing Xiaozhuang University， Nanjing， Jiangsu 211171）

Abstract： Promoting engineering education in primary and secondary schools has become a common trend in the development of global engineering education. It is necessary to combine the knowledge learned by students with the process of mechanical operation， and transform it into a process of exploring the world's interrelations. The purpose of this paper is to introduce the Tryengineering project with the theme of "technology and Engineering" in foreign countries， encourage domestic science teachers to understand the nature and content of engineering and technology， develop their ability in stem education， strengthen their motivation to engage in stem related professions， help students fully understand the image of Engineers， deepen their understanding of engineering concepts， and enable students to acquire basic knowledge of engineering The sense of accomplishment of knowledge and creation.

Keywords： engineering education; STEM education; Tryengineering project

工程即一定限制條件下的設計，是科學和數學的綜合應用。工程能使自然界的物質和能源的特性通過各種結構、機器、產品、系統(tǒng)和過程，以最短的時間和最少的人力、物力做出高效、可靠且對人類有用的東西。《義務教育小學科學課程標準》增加的“技術與工程領域”的相關內容，成為我國科學教育緊跟國際STEM教育趨勢的重要標志。工程學素養(yǎng)對每一個學生都很重要，但STEM教育并不是簡單地將科學與工程組合起來，而是要把學生學習到的知識與機械運轉過程結合，轉變成一個探究世界相互聯(lián)系的過程。本文旨在介紹國外以“技術和工程”為主題的TryEngineering項目（嘗試做工程，下文簡稱“該項目”），鼓勵國內科學教師了解工程和技術的本質和內容，將國外優(yōu)秀資源應用到自己的STEM教學——只有在教學中將科學探究方法與工程設計思維結合起來，才能引導學生更好地理解與改造世界。

TryEngineering背景

該項目是由IEEE（電氣和電子工程協(xié)會）、IBM公司、Tryscience網站三家聯(lián)合推出的。該項目主要致力于大學預科教育以及基礎教育階段的STEM啟蒙，針對學生（4～18歲）、家長、教師和學校開發(fā)，旨在幫助教育工作者培養(yǎng)下一代工程技術創(chuàng)新者。項目為中小學提供大量可以直接借鑒的工程或與技術整合的教學資源、課程計劃和活動案例來激發(fā)他們的靈感。IEEE認為學生需要發(fā)展在STEM教育方面的能力，以便他們未來在這個科技發(fā)展日新月異的社會中取得成功，并強化從事與STEM相關職業(yè)的動機。IEEE希望通過該項目提高人們對工程技術的認識與興趣，并幫助學生全面認識工程師形象，了解工程學是一個令人興奮以及回報豐厚的專業(yè)。該項目一方面鼓勵一線教師將項目資源整合到課堂上以激發(fā)學生對工程技術的熱情與興趣，另一方面也邀請教師不斷補充、完善其已經開展探索實踐的工程學教學資源。

對教育工作者而言，該項目將為教育工作者提供了130多個免費的、低成本的工程實踐課程計劃。每個課程計劃都有特定的年齡范圍，并符合教育標準，使教師和學生能夠在課堂上應用工程學原理。課程計劃中，教育工作者可以獲得講授工程學所需的所有資源以及在教學實踐過程中促使學生積極參與的技巧和方法。

對學生而言，該項目將通過在線工程游戲向學生介紹工程的奇妙之處，這些游戲兼具教育性、互動性和趣味性。除此之外，學生還可以探索參與多元化項目活動，包括夏令營、設計競賽、學術研究機會、工程實習。參與該項目的學生可以體驗不同的工程專業(yè)領域，了解工程師的職業(yè)和生活。

網站欄目介紹

項目網站主要分為三個信息模塊“教師”“學生”“找到一所大學”，另有網站背景介紹（有關贊助商和合作伙伴）和站內搜索兩個模塊，也設置了“最新消息”模塊，一方面體現(xiàn)“教師”“學生”模塊的內容更新，另一方面用“新聞”推送國際上工程教育主題的實時進展。

其中教師模塊包含課程計劃、教師資源、TryEngieering星期二、TryEngieering新冠病毒的響應（電子學習資源）、高中和中學資源、小學和小學資源、IEEE技術資源歷史、IEEE機器人8個欄目，其中“TryEngieering新冠病毒的響應”為應對全球疫情新推出的欄目，響應“停課不停學”供國際學習者通過本欄目獲取工程教育最新電子資源。學生模塊包含TryEngieering夏季學院、選擇一所大學、工程、計算和技術領域、認識工程師、游戲大全、IEEE機器人、參與活動和專家咨詢8個欄目。我們挑選個別欄目展開介紹，更多資源可以由讀者自行瀏覽網站獲取。

1.課程計劃與教學資源

每個課程計劃里包括詳細的課程重點、課程概要、學習者的學習目標、課程所適合的年齡段、課程目標、預期的學習成果，相關的信息鏈接，推薦讀物，還有可選擇的寫作活動，并為教師準備了三份材料，包括：教師資源文檔、學生資源清單、學生作業(yè)單，并且資源后附有美國的教學大綱表。

欄目明確地提供了不同年齡段學生所對應的課程及課程計劃，其主要涉及了探索激光、LED、飛行、智能建筑等領域，欄目頁面上有目錄欄與適合的年齡段，在目錄欄里教師可以快速找到自己需要的內容，年齡欄將服務對象主要分為四個年齡段，分別為4～7歲、8～12歲、12～14歲、14～18歲。網站提供了各年齡段與教學計劃相適應的課程計劃。教育工作者可根據所教學生年齡段選擇適合他們身心發(fā)展的教學計劃，我們選擇了其中一個案例《高塔挑戰(zhàn)》進行了欄目內容介紹及分析（見表1）。

值得注意的是在所有課程計劃中皆有團隊合作這一項教學目標，所有課程要求學生與其他學生合作完成活動或解決工程挑戰(zhàn)。合作和探究是培養(yǎng)學生創(chuàng)新和創(chuàng)造能力的兩種有效教學方式，也是解決實際問題的必備途徑，對學習者的工程思維和技術素養(yǎng)大有裨益。

2.工程、計算和技術領域介紹

兒童的身心發(fā)展是人一生發(fā)展的基石，職業(yè)生涯教育也應從小抓起。縱觀我國的職業(yè)生涯教育，在大學階段才被列為重點教育內容，兒童階段尤其是小學階段的職業(yè)生涯教育被忽視了。

本模塊針對已經準備成為一名工程師的學生而設置了職業(yè)生涯導引，供給學生在基礎教育階段了解未來工程學科需要做的事情，并反思自己是否需要投入工程的學習。它羅列了不同專業(yè)需要學習的預備課程，如代數、微積分、三角學、物理和計算機科學等。

除此之外，它還細化了工程專業(yè)，使得學生可以選擇自己喜歡的方向進行研究。成為一名工程師，可以選擇工程專業(yè)和工程技術專業(yè)。職業(yè)指導建議是：5～9歲參加數學、智力游戲及建筑或設計等課程，9～12歲參加數學附加課程，探索代數和幾何學，12～18歲學習高等代數、化學、微積分等工程學原理等課程。大學預科生應該參與校內和校外的數學和自然科學課程以及暑期課程和實習。讓下一代多參加課程與活動以及項目和競賽，多參與有關工程學的活動，使其明確能否將工程作為自己的職業(yè)。表2就工程專業(yè)和工程技術專業(yè)相類似的幾個專業(yè)的課程領域進行分析。

可見，工程專業(yè)和工程技術專業(yè)有所不同，工程專業(yè)著重于工程知識的利用，工程技術專業(yè)著重于技術的開發(fā)和應用。

3.認識一位工程師

“認識一位工程師”模塊更加著眼于具體的職業(yè)，提供不同領域的工程師的詳細情況，如學歷需求、工作要求和對從事者的建議，還有個案訪談單元。瀏覽者能夠深入了解各領域工作的成長歷程（包括了化學工程師、土木工程師、機械工程師、核能工程師等）。通過該模塊可以讓學生了解工程師的世界，為自己未來的工程職業(yè)發(fā)展做準備。表3提供了幾位工程師的相關個人信息介紹。

4.游戲大全欄目介紹

項目網站目前提供34款游戲。這些游戲涵蓋了發(fā)明、編碼到環(huán)境和電氣工程等領域，游戲界面頁有對每個游戲規(guī)則的詳細介紹，游戲者玩完每個游戲后將從相應的工程領域得到啟蒙，獲得淺表學習。而每個游戲之后都有對該領域工程的拓展鏈接，游戲者即可在玩游戲之后收獲深層次思考的導引，表4為相應的游戲案例與特點。

在我們的生活中，形形色色的技術構建了我們強大的工程體系，它是我們用以改造世界的直接工具，其核心是創(chuàng)造思維。STEM教育具有情景性特征，它不是孤立、抽象地教授學生學科知識，而是把知識還原于豐富的生活中，結合生活中有趣的、具有挑戰(zhàn)性的問題，通過解決實際問題完成教學。所以這些游戲巧妙地結合了生活、科學、工業(yè)等情景，幫助學生理解基于個人知識和經驗的拓展活動，從而加深他們對于工程概念的理解。將基于探索和目標導向的學習嵌入游戲中，讓學生體驗工程師的工作，并在游戲中獲得工程的基礎知識和創(chuàng)造的成就感。

啟發(fā)和反思

1.向國外借鑒學習工程教育的課外途徑

該項目彰顯了美國的特色課外活動為工程教育注入的活力與生機，對未成年人STEM興趣的培養(yǎng)和志向的引導發(fā)揮著十分重要的作用。該項目集合了政府、企業(yè)界、工程協(xié)會、公益組織、高校以及專家個人的熱忱支持和積極參與，值得我國學習。非正式學習途徑的課外活動在人才的甄別、選拔與培養(yǎng)方面具有常規(guī)教育所不具備的優(yōu)勢。通過基于網絡的項目，實現(xiàn)了跨時空、免費的優(yōu)質指導，值得國內開展工程教育學習借鑒。網站上的多媒體、互動游戲、配套App、活動手冊以及線下的材料包，都是整個工程教育體系中的重要組成。

2.工程教育需要教師的支持

教師的勝任力是工程教育的前提，必備的教師培訓，固然可以通過一次性的研討會或定期的講座幫助教師了解新的教學方法和內容，但持續(xù)變革需要培養(yǎng)一批教師實施變革，應用網絡資源來實現(xiàn)自我可持續(xù)成長也是一條有效路徑。該項目為工程教育提供了豐富、新穎的教學資源，為在職教師提供了大量的可直接踐行的素材，為在職教師提供了豐富的教學材料，為職前教師提供了開闊視野的資源。除了現(xiàn)行的教學師資外，來自工程技術一線的企業(yè)或科研部門師資也可以進入校園，有助于學生盡早了解產業(yè)發(fā)展動態(tài)，并進行積極反饋。

3.工程教育需要基礎教育與高等教育的有效銜接

在以技術為主導的21世紀，工程教育前移、推進中小學工程教育已經成為全球工程教育發(fā)展的共同趨勢。該項目非常注重中小學工程教育與高等工程教育開展多層面、多渠道的銜接，有助于避免人才培養(yǎng)目標、管理方法、教學方式的矛盾。畢竟拓展優(yōu)質教育資源是高等教育和基礎教育的共同使命。一方面由大學為中小學提供工程教育師資培訓、基于專家咨詢的職業(yè)生涯指導、工程課程開發(fā)和教學設計指導、基于微型項目的工程研究;另一方面，工程教育同樣遵循學習進階的規(guī)律，如中小學為大學提供人才選拔的教育平臺、工程類先修課程的實施平臺。在此基礎上達到不同階段教育的雙贏局面。

參考文獻

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