浅析为什么要发展高中生的工程思维

摘 要：高中生的工程思维是区别于科学、数学、技术之外的另一种形式的独特思维模式，发展高中生的工程思维，不仅有利于国家的工程建设与发展，而且也有助于高中生自身的发展与提升，有益于其核心素养的养成与发展。

关键词：工程思维;高中生;发展

一、 引言

工程（Engineering）是人类社会创造性的实践活动，工程思维是人类在进行工程活动有关的研究过程中专有的思维模式，工程思维（Engineering Thinking）赋予了工程师一种全面认识工程活动的工程能力，是工程师的核心能力，发展高中生的工程思维有助于新世纪工程师的培养，有利于国家的建设和社会的进步。

2002年，李伯聪教授提出“科学—技术—工程”三元论，促使人们对工程的本质开展深入研究;2006年2月2日，美国总统布什在其国情咨事的《美国竞争力计划》（American Competitiveness Initiative，ACI）中提出，造就具有STEM品质的人才，鼓励学生主修科学、技术、工程和数学，培育科技理工素养;M.Nehdi and R.Rehan（2007）则认为技术工程知识不再是工程师职业成功的保证，而应是大量专业知识的合成;2014年，张艳秋博士指出，如何培养学生的工程创新思维，提升学生的工程综合素质和工程实践能力，是我们广大教育工作者长期思考的问题;2016年，李宏博博士提出，工程思维对创新创业具有重要的指导作用。

科学（Science）是对客观世界的认识、理解、解释与发现，科学思维是探索真理、追求真理的过程;技术（Technology）是改造世界所用到的各种可能的方法、技巧和工具，技术思维是发明创新、追求诀窍的过程;工程是一项创造性实践活动，以人的一定目标存在为前提，按照一定程序使用相应工具和技术对原材料进行一系列的操作、加工，生产出符合要求的物质产品的过程;数学（Mathematics）是技术与工程学科的基础工具。

工程思维的主体既可以是工程师，也可以是预从事工程活动的学生和科研人员，高中生在科技创新、通用技术、社会实践、信息技术等课程中也会成为工程思维的主体。工程的存在，是生产和社会的需要，具有很强的价值性和目的性，价值呈现多维化，制约条件呈现多元化，成果具有不确定性，过程具有不可逆性。因此，工程思维具有更强的集成性，它不是相互关联的各种内容的简单叠加，而是在盘根错节的各种体系中寻找的一种平衡。可以认为，工程思维的结果既没有准确解，也没有最优解，只有满意解。本文就以下几个方面阐述为什么要发展高中生的工程思维。

二、 工程思维缺失分析

随着改革发展，尤其是近年来的飞速发展，我国的工程建设正开辟一项新型的工业化的道路，2018年我国固定资产投资（不含农户）63.6万亿元，全国工程建设得到飞速发展。工程活动在规模、系统复杂程度和社会影响上都达到了空前未有的高度。如“北斗”工程，截至2019年6月25日2时09分，我国已经发射46颗北斗导航卫星，我国自行研制的全球卫星导航系统北斗卫星导航系统（BDS），成为全球第三大成熟的卫星导航系统。

然而，由于各个行业和各个领域的超前发展，诸多问题纷至沓来。石油、天然气、煤炭等的过度开采，导致能源资源的严重短缺;旅游景点、城市化等不合理的开发和建设，造成文化底蕴日渐衰退、生态环境逐渐恶化;工厂、汽车、生活等排放的“三廢”，使得人们周围的环境质量日益下降，新型病情时有爆发，发病率也有所提升;尤其是各种各样的腐败工程、豆腐渣工程和政绩工程接连不断的出现，人民的生命财产遭受严重损失，如钱江三桥坍塌事故、阳明滩大桥坍塌事故等。

究其原因，除了不可抗的环境因素和急功近利的人为因素，工程思维的缺失也不容忽视。工程思维表现为：规划上系统性和综合性的全局观、实践操作中实践性和严密性的逻辑观、设计上实用性和创新性的方法观。更多的时候，我们应该考虑“我们是否做了一个好的工程”，是否按照自然发展的客观规律为人民建造了一个美好世界。

工程师应具备良好的工程思维能力，除了要拥有科学知识、先进技术、数学方法等的理论智慧，尤其要有关爱人类、承担责任、服从自然、筹化创新、实践创造等的实践智慧。而我国，工程思维能力的培养相对滞后，大学才开始着重进行培养，很多专业到大学也未必涉及，普通人民大众更鲜有工程思维的素养，各行业各领域的领导有些就不具备良好的工程思维。

因此，发展高中生的工程思维，功在今世，利在千秋，既可以为优秀工程师的培养奠定基础，也能造就出大量的具有一定工程思维意识和工程智慧的决策者和从业者。

三、 发展高中生的工程思维对学生的好处

长期以来，工程被看作是技术的分支，随着工程与工程哲学的凸显，才最终从技术与技术哲学中分离。传统的基础教育更多重视的是理论教学，技术其次，工程更其次。理论性教学的产物是理论思维，并不能直接付诸实践，必须进行筹划型的工程思维。

发展高中生的工程思维，对于学生理论知识的学习、理论思维的巩固与加强、自学能力的形成以及高中生自身素质和能力的培养，甚至对于国家的优秀工程队伍建设都具有重大意义。

（一） 发展高中生的工程思维有助于其掌握现有知识

工程思维具有很强的缜密性，需要将理论知识逻辑性很强地应用到生活实践中。首先，学生需要借助于所学的理论知识展开想象、假设、推理、证明，通过对所学科学知识的甄别、联系、排除，从而筛选出能够应用到的理论知识，达到理解科学文化知识的目的;然后，学生需要借助所学的数学知识进行运算，通过对所选用的科学知识的计算、验证、比较，从而制定出符合实际的工程方案，达到运用科学知识的目的;最后，学生需要借助于技术知识对制定的工程方案进行模拟操作或实际操作，通过动手操作对科学知识再推理、证明、反问，达到掌握和升华所学科学知识的目的。如数学教学中的数学建模课程，学生在理解现有知识的基础上进行解决现实生活中的实践问题，从而达到熟练掌握、灵活运用的目的。

因此，高中生通过一个完整的工程思维有助于其对所学知识的掌握与应用。

（二） 发展高中生的工程思维有利于其自觉养成自学新知识的学习习惯

工程思维具有很强的综合性，许多的工程问题都不能通过现有的单一学科理论解决，很多时候要用到超前的学科知识以及其他学科的知识，甚至大学的专业知识，而这些知识短时间内不可能有老师来教会，甚至以后也不会有老师来教，这就需要高中生发挥自身的主观能动性，查阅资料，自主学习。如科技创新竞赛，除了要自学选修课程，有时还必须自学编程、制图等大学课程。

工程思维又具有很强的系统性，高中生在自学知识的过程中，需要反复琢磨，让各个相关的未知知识与现有的所学知识进行联系、类比、总结，从各个角度、各个层次、各个路径上对工程对象进行观察、分析、研究，解决工程问题目的的同时达到自学新知识的目的。

因此，高中生通过一个完整的工程思维有助于其养成自学新知识、开拓新思路的习惯。

（三） 发展高中生的工程思维有益于其培养其实践创新能力

工程思维是一种介于理论与实践之间的筹划型思维，解决的是真实的实际工程问题，是一种实践性思维。同时，工程思维进行的是一项创造性活动，是一种创新性思维。工程思维过程中，既有概念的理解、构想的孕育，也有思想的完备、逻辑的递进，又有顿悟、灵感的闪现，思维过程发生质的飞跃。

因此，发展高中生的工程思维有益于其实践创新能力的培养。

（四） 发展高中生的工程思维能促进其自身核心素养的形成

学生的核心素养包括文化基础、自主发展和社会参与三大方面，包含人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新等六大素养。工程思维过程中的缜密的推理和严格的证明，能促进学生科学精神的培养;工程探索过程中对新知识的学习思维过程，能促进学生学会学习;工程实践过程中对实际问题的灵活处理，能促进对学生的实践创新核心素养的培养。除此之外，在工程实践过程中，还需要考虑顺应自然、珍爱生命，从而促进学生健康生活和责任担当的素养的培养。

因此，发展高中生的工程思维能使学生的理论思维在实践中得以更好的应用，对学生核心素养的培养具有重大的作用。

四、 结束语

以我国的工程与工程思维的缺失为出发点，对我国的工程思维缺失引发的问题进行分析，提出了要发展高中生的工程思维的命题，对发展高中生的工程思维对学生的好处进行了研究。发展高中生的工程思维，不仅是国家和社会的需要，同时也是高中生自身的成长和发展的需要。

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作者简介：

王占猛，辽宁省本溪市，东方剑桥本溪市高级中学分校数学组。