工程教育是一门实践性极强的学科,倡导体验式学习和基于问题的学习。江苏省无锡市锡山高级中学建设工程教育课程体系,探索“项目孵化”“劳动实践”“工程实践”等多种学习方式,帮助学生在真实情境中经历完整的综合实践过程。
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《普通高中信息技术课程标准(2017年版2020年修订)》中设定的信息技术课程目标包括:认识信息系统在人类生产与生活中的重要价值,学会运用计算思维识别与分析问题,抽象、建模与设计系统性解决方案。这既是信息技术的课程目标,也是工程教育的主要学习方式。江苏省无锡市锡山高级中学在校本课程开发的实践基础上,以信息技术学科为主干,尝试建立普通高中工程教育课程体系。
普通高中工程教育的目标不是培养学生从事工程实践的能力,不仅仅是为了让学生学习工程的相关知识,而应该培养学生的多方面素养:创造力、实践力等关键能力;创新思维、人本思维、工程思维、科学思维等必备品格;专业立身、工程报国的价值观念。这里的教育目标包括了关键能力、必备品格、价值观念3个维度,共同构成了培养爱党报国、敬业奉献、具有突出技术创新能力、善于解决复杂工程问题的未来卓越工程师这一目标。
工程教育是一门实践性极强的学科,要让学生动手实践、动手创造。不同于其他学科以纸笔学习和接受式学习为主的学习方式,工程教育必须以实践为导向,倡导体验式学习和基于问题的学习。围绕工程教育的特点,学校近年来探索了多种实践性学习方式。
“项目孵化”学习:经历科技企业工程项目全部流程
“项目孵化”学习是借鉴高科技企业运行模式而探索的一种学习方式,让学生观察生活、开展调研,寻找工程实践创业方向工程管理硕士属于什么学科,在教师的指导下经历科技企业工程项目孵化的全部流程。
项目先导期,学生依据兴趣和想象开发选择工程项目;项目论证期,项目创始人提交设想,依次经过孵化器经理(教师)、孵化器项目筛选委员会(教师小组)审查;项目孵化期,学校为项目提供所需的硬件设备和学术指导;市场培育期,学校筛选出特别优秀的工程项目,提供专利申报、产品研发、联系工厂、注册商标等服务,学生还可以向“校园风险投资公司”和“学生创业银行”申请资金支持。学生在虚拟的工程实践创业中规划、设计,进而完成自己的工程项目。
以“攀墙走壁”项目为例。学生小李看到清洁工人在高楼幕墙上工作,不仅工作强度大还有一定危险。于是,小李在项目论证期提出了“能不能发明一种安全的玻璃清洁器”的想法,在工程教育的“工程科学创新课程”中提交了“高空仿生清洁机器人”的项目设计书,由教师、学生和外聘工程师组成的“孵化委员会”对项目进行了可行性分析和资金评估。通过不断探索、创新、实践,小李制造出能够“攀墙走壁”的清洁工机器人,然后申报专利、联系企业、参加比赛,获得了学校“金牌工程师”奖金,体验到了“像工程师一样创造、像企业家一样创业”的成就感。
“劳动实践”学习:在真实劳动中提升综合实践能力
学校探索校园劳动岗位化实践,让学生从身边的事情做起,在真实的劳动中体验创造的乐趣。学校先后设立了10多个面向真实情境的校内工程劳动岗,这些岗位的设置经过课程开发团队的集体研讨,在综合考虑岗位的安全性、科学性、可行性基础上,明确岗位职责、确定岗位学分、制定考核标准。比如,学校将物联网技术“嫁接”传统农耕,设立了建设与管理物联网蔬菜大棚的高科技农业生产岗;在操场上设置了“智能化体育工程师”岗,学生研究如何将人工智能应用在体育活动中,设计制造了一系列工程产品。
“电子创新设计”课程深受学生喜爱,课程设置了校园橱窗亮化岗,负责该岗位的学生团队要对校园橱窗亮化进行问卷调查,了解同学的亮化建议,然后在课程学习过程中设计出实施方案,组织同学投票选出满意度最高的方案。学生在教师的帮助下购买器材,邀请学校电工负责安全保障——最后,经由学生团队创新设计、制作的一套感应灯光系统安装在校园橱窗,成为校园夜景中的一道风景线,学生也在真实劳动中提升了自己的综合实践能力。
“工程实践”学习:在整体知识框架下选择学习内容
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果,包括构思()、设计()、实施()、运行()等方面,以产品研发到产品运行的生命周期为载体,以课程之间的有机联系方式开展工程学习,培养学生的创造能力、创新意识、工程思维和团队协作能力。
在工程实践教学模式下,学校创设情境并建立面向学生的课题库,学生酝酿工程项目、发现实际问题,在实践需求的推动下开展学习。原本以教师教学为起点的模式变成以学生的实践、感悟、经历为起点,每个学生都会依据自己工程项目的不同,在整体知识框架下选择自己需要的内容开展个性化学习,通过分析、合作、探究设计出解决问题的方案,进而动手实践解决问题。
在一次头脑风暴中,学生提出来要将学校的楼梯改造成“钢琴”,希望踩上去能够发出钢琴的声音。在“构思”阶段,学生要学习相关的软件和硬件知识,设计出一个解决问题的技术方案;要思考电源布线问题、使用寿命问题;要关注上课和晚间不能发出声音等人文关怀需要;还要考虑如何节约经费、控制成本。在“设计”阶段,学生需要学习绘制图纸、设计电路、选择耗材的相关知识,需要明确如何组建团队、合理分工、协作完成作品等。在“实施”阶段,学生边实践边调整设计方案,熟练操作激光切割机、电烙铁、电子示波器等各种仪器,还要通过整合资源的能力获取周边力量的支持。在“运行”阶段,学生要明确“完成制作不是终点”,还要反复调试设备、更新迭代工程管理硕士属于什么学科,提高产品的使用寿命;学生还调试出产品的附加功能——不同的爬楼速度产生不同的音乐效果。
专业的师资力量、新颖的学习方式、精致的学习环境、丰富的激励措施,充分激发了学校工程课程的活力。学生面对真实情境提出问题,自主获取解决问题所需的知识并找到问题的解决方法;参与一系列综合、复杂的项目,对碎片化知识进行重新整合,实现了知识体系的重新建构,极大地提升了创新、人本、工程、科学等方面的综合素养。
(作者单位系江苏省无锡市教育科学研究院)
《中国教师报》2023年08月23日第4版
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