工程思维建设：提升学生的创新实践能力

王静

摘  要：提高学生的创新实践能力依靠STEAM课程，STEAM是一门综合融合各个学科的知识解决现实问题的课程，它是一门实践性强、综合性课程。学生在经历STEAM课程学习，综合运用科学、数学、工程、数学、艺术等知识，以解决真实情景问题和设计产生新产品为任务，整个学习过程中提升工程思维。学生在解决问题、设计活动和成品产生的过程中，埋下科学思维之土，开出工程思维之花。

关键词：STEAM教育；工程思维；实践性；设计性；全局性

工程思维是说在工程的设计、研究和实践过程中形成的思考方式，关键在于综合运用各种知识和方法解决现实中的问题，具有科学性、实践性、设计性和全局性等特点^【1】。工程思维在教育领域被多次提及，但是在大部分的学校学习之中，对于工程思维的教育比较缺失，尤其是缺少一门可以承载工程思维的课程。众所周知，中小学的课程是以分学科形式进行的，工程思维需要综合运用各种知识，这两者联系的距离比较远。

那如何在STEAM教育中提升学生的工程思维？我们提出以下的方式来提升学生的创新实践能力。

一、工程思维建设埋下科学性思维之土

依托于STEAM教育的工程思维建设，整个活动必须依托于科学性思维之下，从学生提出的问题、解决问题、工程设计到建造产品的每个环节必须依托于科学性思维。STEAM教育的整个环节不是凭空捏造的，提出的问题不是想象的、虚幻的、不切实际的。科学性思维是统领整个STEAM活动，从发现问题、讨论问题、解决问题、设计方案、修改和调整方案、测试初品、调试调整初品形成最终成品的过程中，科学思维一直统领着全部活动，缺乏科学性思维无非是无源头之水，形成不了长流的智慧之源。

二、解决问题环节厚植实践性思维之根

现实生活中的工程是指面向实际问题，以解决某些问题达成并实现某种效果、目的、规划、设计并且建构理性的人工系统的实践性活动^【2】。實践性思维是统领工程思维，实践性思维的特点是全局性、可行性和价值性。STEAM教育的起点便是解决设计的问题，问题成为启动思维发展的开关。在项目驱动整个环节坚定活动的价值性，因此STEAM教育是厚植实践性思维之根。解决问题，锻炼全局性思维。学生在课堂上遇到的问题往往是封闭的、问题明确性很强的，而在我们现实生活中遇到的问题往往是抽象的、模糊的、需要整理与多方面思考的，甚至是会出现解决方式不唯一、多变性等特点。在整个活动过程中，不仅能解决实际的问题，更在不知不知觉中锻炼了学生的全局性思维。例如在郑仲仲老师《改建“兔之家”》一课时，学生要思考的问题比较多：兔子的生活习性有哪些？兔子对窝的要求有哪些？我们学校的土地有什么特点？需要多次清理兔子的粪便吗？兔子喝水的器具也要放进去吗？可以给兔子造透明的窝吗？想要给兔子造一个家考虑的问题非常多，这些问题帮助学生完成后续阶段的任务完成，而且学生在这个活动中不断思考可行性、有效性，对学生的全局性思维提升显得格外重要。

三、在活动设计中壮大设计性思维之茎

工程设计是人们有目的的行为方式，为了解决某个问题或者满足某种需要所采取的办法，任何行业都离不开工程设计，它具有创新性、操作性等特点。学生在经过STEAM学习活动中，设计活动成为整个活动的重心之重，思维训练是融合在其中，是让设计性思维的茎茁壮成长的有效方式。

开放式方案，发展创新思维。学生在解决现实问题中，提出解决方案是没有固定的格式的，甚至说班级10个团队可以提出20多个解决方案。要在众多方案中寻找到“最优”方案，现实中我们的方案会被很多条件所牵制，如成本、稳定性、可行性、美观等等。STEAM教育是发展创新思维很好的载体，让不可能的事情成为可能，让学生从体验者到参与者到建设者。

四、在活动中生长全局性思维之叶

工程是人们为了满足某种需要，对身边材料、生活环境进行改造和生产产品。工程的核心是建造^【3】。从某种意义上说，工程思维本质上是一种全局性思维。全局思维能力，意味着从全局、全面、长远角度审视问题，从大角度大刀阔斧地处理，小处精心打磨，高瞻远瞩的高度抓住矛盾解决复杂困难问题的方法。全局性思维具有整合性、平衡性等特征，小学阶段开展的STEAM学习基本以项目式学习，STEAM活动的最后会有成品的展示，这个作品的展示恰好是全局性思维的精华所在，体现着设计者的想法和智慧。

知识整合，发展整合性思维。STEAM活动本身便是融合科学、技术、工程、艺术、数学等多学科知识去实现人们的需求，它是对各个学科知识有机结合，在实践活动中的灵活运用，形成有结构性、有层次性的活动过程。如王小梅老师《制作铝丝陀螺》这一课中，学生拿到手的项目式评价里面便是设计到多学科知识的整合。一份好的项目式说明书需要运用到简洁、准确的语言表达能力、步骤图需要清晰的美术画工能力，数据清楚、测量准确用到准确的数学测量能力，设计图准确科学运用到科学规划能力。每一步的小小步骤，里面都涉及到各个学科知识的综合运用。未来正是需要整合性复合型人才，会对各种知识、信息进行整合显得特别重要。

STEAM活动是承载学生发展工程思维，学生在经历STEAM活动的过程中，学生的科学性思维、实践性思维、设计性思维和全局思维在STEAM活动的整合中提升，是不可剥离的。学生经过STEAM活动成长的工程思维，提升创新实践能力，将在未来成长为复合型人才铺路。

参考文献

[1]  杨英杰，邱俊，金星.基于现代工程师的科学思维与工程思维培养[J].现代教育科学，2010（2）：149-151.

[2]  核心素养研究课题组.中国学生发展核心素养[J].中国教育学刊，2016（10）：1-3.

[3]  吴永发.基于STEM 教育的学习力培养[J].教育探索，2018（2）：23-26.