“三级”联动，让工程教育在鲜活场景中发生

朱怡颖

传统的“秧田式”教室之外，工程教育何以发生？为了确保学生能够在专业化、精细化的工程实践场景中学习，无锡市精心打造了包括市级中心实验室、区级枢纽实验室以及校级节点实验室在内的“三级实验室”，创设了一个纵向贯通、联动发展的工程教育空间体系。

市区两级推进，共筑工程阵地

无锡市少年宫内，焕然一新的“工程教育中心教室”和“科学园”为全市少年儿童提供了工程教育体验和实践阵地。其中，“工程教育中心教室”是学生眼中超酷的“科技梦工厂”，这里不仅有激光切割机、3D打印机等高科技“神器”，还有木工桌椅、曲线锯、手摇钻等传统手艺装备，更有智能芯片、传感器等丰富的工程实践材料，满足学生从小小工程师成长为未来科技巨匠的愿望。除了教学功能外，中心教室还可以变成创意工作坊、小型讲座厅和项目展示区，学生可以在这里开展项目化学习、个性化学习、跨学科学习和小组合作学习，为学生自主学习和科学探索提供无限可能。除此之外，中心教室的走廊还绘制了一幅幅生动的“工程地图”，从OpenAI机器学习到元宇宙，从云计算到人工智能，引领学生了解未来科技发展趋势。

在超过300平方米的“科学园”里，各种展览和互动体验可以让学生在玩乐中轻松掌握科学知识。“模型展览区”展示了40多年来少年宫师生亲手制作的航海、航空、车辆模型作品，让学生了解作品背后的原理和制作过程；“知识普及区”罗列了近现代中外著名的科学原理和重大发明，学生在世界地图背景墙上，可以了解相关的科学知识和科学家信息；“体验活动区”则配备了隔空取电、机械传动、音乐喷泉、全息投影等物理互动设备，给予学生沉浸式的科学体验。

坐落于尚贤万科小学的人工智能教育基地，是集“教、学、研、展、赛”为一体的多功能开放式“科技空间站”，也是无锡经济技术开发区大力推行工程教育资源共建共享的缩影。每天，基地都会迎来来自区内中小学校的40名学生，他们将根据自己的兴趣爱好，自由选择创意编程、星际通讯、火星车和无人机制造等课程，并体验基地的一系列智能设备。“我们的职责是确保每一位学生都能亲身体验最前沿的科技，让他们爱上基地。”尚贤万科小学校长周一斐说。

在逾5000平方米的基地中，时不时会传出学生们的欢呼声：他们站在冰屏笑脸墙前，体验精准的人脸识别技术；佩戴脑电波环，用“意念”控制小火车的行进与加速，开启速度与激情的比拼；通过语音指令操控“镇馆之宝”机器人Walker，完成取水、握手、跳舞等一系列动作……丰富的AI教育教学资源，不仅让学生们深刻领悟到科技对日常生活的深远影响，更培养了他们以工程思维观察并改变生活的能力。如针对家庭生活中普遍存在的切菜问题以及潜在的安全隐患，华庄中学的李想和浦亦宸设计并制作了一款“全自动切菜机”，在保证切割蔬菜片厚度均匀的同时解决了安全和能耗问题；太湖实验小学的梁泽涵则关注到江阴大桥的拥堵情况，通过设计一款闸门自动开合装置，确保车辆顺畅通行；“智能导盲杖”是东绛第二实验学校中学部的罗俊峰、殷程军为视障人士设计的一款产品，其避障和状态监测功能可以极大方便视障人群的出行……近年来，基地连续承办无锡市中小学人工智能及物联网创新创客大赛，这些陈列在基地中的优秀参赛作品，见证着学生们工程素养的真实生长。

打造校内空间，营造实践氛围

实践是工程教育的灵魂，为此，无锡市各中小学根据本校的实际情况和需求创设了诸多工程学习所必需的环境与场所，确保能够根据自身特点和发展方向开展工程教育。无锡师范学校附属小学（以下简称锡师附小）以“超级工程室”为支点，通过“木工坊”的形式，让学生在制作木屋、木质汽车和航模的过程中树立工程意识。以制作木质汽车为例，学生首先需要认识和使用工具，为此，学校配备了刨刀、锯子等基础的木工工具；涉及精细部件的制作时，学生可前往“智造团”基地，利用“激光宝盒”对材料进行精准切割和雕刻。当汽车骨架制作完成后，如何让汽车动起来成为关键，其中涉及传动系统、动力系统和控制系统等多个方面。考虑到小学生的操作能力有限，学校为他们提供了成熟的模块和部件，供他们选择和使用。学生则需要在汽车上安排轮子、电机和电池的位置，进行系统的布局设计。“‘动手去做是工程教育的核心。小学阶段的孩子需要先接受工程教育的启蒙，掌握基本的操作技能，体验工具带来的实践感，再逐步培养工程思维、工程习惯和工程素养。”锡师附小副校长高纯说。

进入中学阶段，工程教育的外延不断拓展，学习空间也随之愈加丰富。“火柴的燃烧范围太小，无法激发火灾报警系统。”“点燃卫生纸试一下？”“识别成功，成功触发系统！”这是发生在江南中学阳光校区“创客教室”中的一幕。以“智慧体育馆”为主题，学生们进行了明确的分工，一部分编写程序，一部分進行3D建模和打印，还有一部分负责后期调试。“‘智慧体育馆原本的设计目标是实现火灾和地震的实时监测和预警，过程中学生突发奇想，增加了暴雨自动关窗系统，进一步提升了体育馆的人性化功能。”信息技术教师刘梦恒介绍。在江南中学阳光校区，这样的“工程教室”有三间，学生可以在不同功能的教室中参加编程、机器人制作等项目，像工程师一样思考，体验从问题出发到模型建构的完整过程。

关注现实需求，培养学生的人文精神，同样也是无锡市第一中学工程教育的出发点和落脚点。在学校的“I make it”社团，既有可以实现提拉重物功能的“3D天梯”项目，也有与生产生活密切相关的“智能配送”“智能制造”项目，每一个项目都彰显着以人为本的核心思想，成为工程教育的鲜明底色。在完成项目的过程中，学生对工程的热爱也在不断延伸。“有一名学生在参加了社团之后，自己制作了一台复古收音机，由于市内的信号较弱，她便请家长驾车带她到郊外，并爬上树搜索信号。”在学校科创中心负责人张月香看来，工程教育给学生带来的，不仅是素养的提升，还有观念的改变和问题解决过程中的成长。

拓展校外场域，丰富教育资源

作为中国的制造业重镇，无锡为工程教育的“产学研育”一体化发展提供了得天独厚的条件。在2023年新学期的“工程教育开学第一课”活动中，江苏省锡山高级中学（以下简称锡山高中）的学生们走进华中科技大学无锡研究院，参观了工程车间、数智空间和研发大楼。“我们见识到了高铁车厢的构造与组装，近距离观察了飞机风叶的切割工艺，也感受到了现代人工智能的伟大。”学生程雨菲表示。值得一提的是，早在2021年，锡山高中便与华中科技大学合作共建了智能制造课程基地，创设“人工智能基础实验室”“机器人制作实验室”“工业机器人视觉应用实验室”等学习环境，激发学生对工程学习的兴趣与热情，在学生心里埋下科学的种子。

拓展校外学习空间是提升工程教育质量、丰富教育资源的重要途径。在锡山高级中学实验学校第二小学，“科企奇妙游”正在如火如荼地进行。利用周边高新技术企业、院士工作站环绕的优势，学校致力打造一个“无边界”的工程教育场域：在自来水厂，学生们了解了水处理工艺和光伏发电系统，增强了节水意识；在生物科技公司，炫酷的未来科技体验馆、各式各样的模型和数据投影让学生直观感受到了“科技之刃”的力量；在车辆检测中心，学生们走进检测车间，了解车辆安全座椅的检测过程，感悟“细节决定成败”的道理。目前，学校已与多个研究院、产业园和科技企业公司建立了合作关系，共建工程教育校外实践基地，让学生在深入的寻访与体验中拓宽眼界，感受工程技术的魅力。

随着时代的进步，工程教育的内涵也在不断丰富和深化。无锡市在拓展工程教育学习空间方面的探索，不仅是对教育模式的创新，更在培养学生的创新思维和实践能力方面发挥了重要作用，为未来工程师的培养注入了无限可能。