重视培养学生的工程思维

喻伯军

工程思维概括起来具有以下四个特点。

一是系统性思维。对一项工程而言，涉及整体设计、成本核算、实施人员、进程和验收等内容，需要一个人有整体规划、统筹思考的能力，这就需要系统性思维作为支撑。

二是设计思维。工程的关键是设计。设计决定着一项工程的定位、目标、质量、进程和走向，它可以体现出一个人的思维和审美能力。在工程实践中，学生会体验到设计的重要性。

三是实践性。所有工程必须经过实践才能完成，实践也是检验工程设计的重要环节。在实践过程中，学生体会到技术的重要作用，也能体会到成功的快乐，更能在解决具体问题的过程中，迸发出创新的火花，他们的创新能力也能得到提升。

四是迭代思维。迭代升级是工程实践的要求，是产品制造的需要，也是生活中普遍存在的现象。教学中的迭代升级，意味着学生不断地发现问题、改进设计、解决问题，能非常好地提升学生问题解决能力。

培养学生的工程思维，不是靠教师的讲解就能够实现的，而是要让学生亲自参与工程设计和建造。项目化教学，能够有效地培养学生的工程思维。STEM项目式实施，能够与科学教育的工程实践相对接，是一种非常有效的途径。可行的方法是，把教材中的小制作改造为一个个的项目。以小项目的方式，实施课堂教学或开展社团活动，能够有效地让学生体会到工程实践的独特魅力，体会到与探究式学习的不同之处。

有位教师，在实施项目的过程中，为了让学生体会到工程思维和合作的重要性，设计了一项活动——用牙签和胡萝卜搭建一座模型塔，其要求是：用50根牙签和1个胡萝卜搭建一座模型塔，塔高50厘米以上;具有一定的稳定性和美观性;设计时间5分钟;完成时间20分钟。这个活动的设计，很巧妙地渗透了工程的思想，体现了工程思维的教学。

首先，学生要根据任务进行整体思考，在一定的时间内完成任务，材料是限定的，高度、稳定性和美观程度是规定的，相当于工程验收标准，当学生能够考虑到方方面面的要求时，系统性思维方式就逐渐培养起来了。怎样设计一座50厘米高的模型塔？用什么做连接件？一根牙签的长度有限，多少层的塔才能达到50厘米高，每一层最少使用几根牙签？学生思考的过程，不仅仅是设计的过程，更是运用所学知识的过程，是训练设计思维的过程。

其次，在正式搭建模型塔的时候，学生还会发现搭建是个技术活，必须掌握好胡萝卜连接件的大小、连接的位置、接插的角度，从而创造性地完成搭建。他们还会发现分工合作的重要性，有人切胡萝卜做连接件，有人做框架，有人搭建等，只有合理分工、相互配合，才能在规定时间内完成任务。合作学习在任务的驱动下自然而然地达成了。

最后，仅一次实践往往是不够的。学生会不断地发现问题，如设计得不够合理、三角形做得不够正、连接件太大、形状不够美观、高度勉强合格等。如果有机会让学生再次设计、建造，那么迭代升级自然而然地就开始了。

现阶段，学生还不太适应这样的学习，表现为：设计图纸的时候太简单、太随意、太理想化，導致实际搭建的时候无法实现，好多人会丢掉图纸“另起炉灶”，显示出对设计的不尊重;没有控制成本的意识;不会控制时间，随意延长工期等。这些问题，都是由于学生以前没有实践过而导致的，教师要有意识地加强工程实践教学，重视培养他们的工程思维。