培养学生工程思维教学模式的创新实践*——以高职“网络综合布线”课程为例

江丽丽

工程思维是人类进行工程决策、工程设计、工程实施以及工程评价等一系列工程活动过程中，所形成的具有关注细节、聚焦结构、着眼系统等独特的思维方式与习惯。高职“网络综合布线”是一门设计与制作相结合的综合性实践课程，需要学生有整体观、会设计、能动手，同样还需要学生在设计阶段聚焦结构、着眼系统，在制作阶段能关注细节，这就需要工程思维。“中国制造2025”需要能思会做的复合型高技能技术人才，职业教育只有培养出企业和社会所需要的人才，才能助力实现从“中国制造”到“中国智造”的转变。立足于当前职业教育发展和建设的需要，在高职“网络综合布线”课程教学中关注工程思维培养，努力让学生具备企业和社会需求的知识、技能和素养，以实现职业学校培养“高素质技术技能人才”目标。

一、培养学生工程思维教学模式设计原则

（一）以工作过程导向和建构主义理论为指导

职业工作过程的变化是绝对的，而这一变化处在一个相对固定的结构之中，这些固定的东西就是资讯、决策、计划、实施、检查、评价，这六个步骤始终显性和隐性地存在于一切人的一切工作过程之中。这个固定结构为我们课程教学实施提供了赖以支撑的基础。工程决策对应于资讯和决策，工程设计对应于计划，工程实施对应于实施和检查，工程评价对应于评价，应按照这个固定结构开展课堂教学活动。

建构主义学习理论认为，学习是获取知识的过程，知识不是通过教师传授得到的，而是通过学习者在一定的情境下，借助其他的帮助，利用学习资源，通过意义建构的方式获得的。思维的养成是一种意义建构的过程。学生工程思维的培养应该让其在参与实际问题解决过程中，在对知识的自主意义建构活动中潜移默化得到提升。

（二）以系统化综合实践项目为平台

“网络综合布线”是一门实践性非常强的课程，按其子系统分为七大模块。我们选择“学校网络维护”项目，建立“网络综合布线”综合实践课程，组建“‘信息网络布线’工作室”，开展“最常操作的配线（水平）子系统”“与日常生活最贴近的工作区子系统”“技术含量较高的管理间子系统”“比较实用的干线（垂直）子系统”等典型项目工程活动。

（三）以工程思维三个显性思维为切入点

工程思维有三个显性思维，分别是系统性思维、设计性思维和统筹性思维。工程思维是面向复杂系统的系统性思维，需要从系统论的视角，综合而全面地思考、解决工程问题，兼顾技术问题和其他相关问题，总体考量，找出最优解决方案；工程思维是聚焦结构功能的设计性思维，需要能在没有结构的情况下预见结构，设计功能，并进行验证，不断优化调整，从而获得可执行性的最优化设计；工程思维是面向具体工程实践的统筹性思维，筹划是工程思维的根本方式，人的技术活动是有意识、有目的的活动, 它不是通过认知活动实现，而是通过思维的筹划活动来实现的[1]。

二、培养学生工程思维教学模式的构建与实施

（一）培养学生工程思维教学模式的构建

学生工程思维教学模式以工作过程导向教育理念为指导，以工程活动为载体，以项目学习为平台，让学生在工程决策、工程设计、工程实施和工程评估四个阶段中，在对知识的自主意义建构活动中，逐步形成工程思维的三个显性标志性思维——系统性思维、设计性思维和统筹性思维，如图1。

图1 学生工程思维教学模式

1.工程决策阶段。教师基于现实生活，通过视频、案例或者问题创设工程情境，从而激发学生的学习兴趣，同时也能让学生学以致用。基于工程情境，教师提出工程问题，也就是课堂需要探究的任务。学生根据工程问题进行工程决策，包括对工程任务的目标决策（总体部署）和对工程任务的流程决策（具体方案）。学生需要对工程问题进行分析，明确要完成的工程任务，借助各类资源，了解和学习完成工程任务的相关知识。有了一定的知识储备，学生小组合作制订工程计划，拟定工程方案，确定相关流程和步骤。此阶段中，学生活动是一个循环流程，而非线性流程，需要反复进行。在不断探索中，学生对工程问题的认识逐渐清晰，制订的工程计划从不完善到逐步完善。学生小组头脑风暴过程中会遇到瓶颈，教师作为课堂的引导者要适时提点，帮助学生顺利开展工程决策。当然，工程决策的最终决策者是学生，教师不能随意否定学生的想法，将自己的意思强加给学生。

2.工程设计阶段。学生小组合作按照工程计划进行结构功能设计。作为工程活动的核心部分，既是工程决策的实现，又是工程实施的基础。学生需要运用新旧知识点和技能点进行设计，教师要提供相应的学习资源，学生根据需要进行新领域知识和新技能的学习，帮助小组顺利完成设计工作。学生头脑中的思维和建构的模型转化成各类图表后，能否实现还需要验证。如果直接在实训模拟设备中进行验证比较，则会受到耗材、时间以及设备多方面因素的限制，也不利于方案的优化调整。而借助仿真软件，每组将本组的设计进行模拟实践，验证可行性，同时根据实际情况进行设计的微调整、再验证，形成一个设计/再设计的循环结构，最后确定最优设计。教师在此过程中可以加入学生小组，答疑解惑，给予学生一定的帮助。

3.工程实施阶段。此阶段是将工程决策和工程设计变为现实。根据工程问题的实际需要，教师提供充足的材料和工具。因为对于同一个工程问题的解决可以有不同的方法，学生可以进行不同材料和工具的组合，尝试不同的方式，而非简单完成任务，同时也考虑到在实际成品制作过程中的材料损耗。在作品完成后，学生需要利用检测工具逐一对链路进行连通性测试，测试通过代表工程实施阶段完成，测试没通过，则需要重新工程实施，直到通过。教师在此过程中进行巡视指导，还可以让测试通过的学生帮助“诊断”测试没有通过的作品，进行同伴互助。

4.工程评价阶段。教师组织学生进行作品展示和心得感悟分享，反思收获与不足。此阶段采用量化评价的方式，运用 “工程作品评分表”“工程过程评价表”和“学生工程自评表”三表进行过程性评价和总结性评价。评价参考了工程思维的三个显性标志性思维：系统思维、设计思维和统筹思维，以便更具体地掌握学生工程思维的变化情况。教师需要对作品进行评价，指出优缺点，帮助学生了解自身在决策、设计和实施中的不足。学生要进行自评，通过自评，学生可以明确目前的学习情况，从而促进后续的学习。

一是工程作品评分表。教师是工程作品评分表的使用者，主要是对学生在课中完成的工程作品情况进行评分。工程作品评分表的量化部分参考了加利福尼亚数学评分规则和“网络综合布线”技能大赛评分规则，分为超标准完成任务要求、完全达到任务要求、基本达到任务要求、有限达到任务要求和完全没有达到任务要求五个等级。

二是工程过程评价表。工程过程评价表的使用者是教师，主要是对学生在课堂的表现所反映出来的工程思维进行评价。评价表包含了工程思维的三个显性标志性思维，包含系统思维、设计思维和统筹思维，每个思维维度又划分到具体的工程过程指标，每个指标对应着五个等级，都有具体分值。

三是学生工程自评表。学生工程自评表是学生根据自身的学习情况进行评价，通过自评，学生明确自己目前的学习情况，促进之后的学习，教师通过此表改进教学。采用5点量表的设计方法，从工程思维的三个维度——系统思维、设计思维和统筹思维设计题目，让学生在完全符合、比较符合、一般符合、不太符合、完全不符合五个等级的选项中进行选择。

（二）培养学生工程思维教学模式的实施

学校的“产教融合园”落成，各工作室即将陆续进驻。借此契机，教师设置“壹捌玖视觉工作室”布线工程这一真实项目任务，采用竞争上岗形式，激发学生的积极性。学生小组合作，在模拟实践的基础上，根据各小组在决策、设计、实施、评价四个阶段的综合表现，决出优胜组，承接“壹捌玖视觉工作室”布线工程的实际设计与操作。

为方便对学生的考查，我们将实际工程适当“简化”，以符合现有教学软硬件实际。下面以综合布线系统中最典型的案例——配线子系统为例，介绍如何利用实际工程案例需求，实施“培养学生工程思维”的模式，引导学生对整个案例进行决策、设计、实施和评价，完成预定学习任务。

1.工程决策阶段。此阶段的目标，是在进行任务分析的基础上，形成工程实施计划，拟定工程方案。为方便后续操作，教师将布线任务简化为可以在实训室进行实施的目标任务，学生需要在读懂需求的基础上，明确此项工程的具体任务，如需要设计几个TO、几个SW设备，如何路由、适量预留几何等。教师引导学生运用所学的基础知识，对其进行分析，并制订相应计划。我们将学生分成了几个小组，组内同学利用头脑风暴，对形成方案的可行性、合理性进行再分析，形成小组的最终决案，以系统图的形式呈现。

2.工程设计阶段。各组学生根据小组决案，对设计进行“细化”和“优化”，并结合《综合布线系统工程设计规范》有关规定进行链路的路由设计。由于是工程模拟，故要求学生在设计过程中，始终清楚地理解所设计的系统位于系统的哪一部分，即对工程整体布局有宏观的把握。此阶段主要完成施工方案的详细设计，据此完成相应的图表（施工图、信息点统计表、端口对应表、材料统计表等）。

设计不可能一蹴而就，方案的合理性、可行性需要进行实际验证。为了突破空间和硬件条件的限制，我们采取利用仿真软件进行验证的方法来进行。各小组带着自己设计好的方案，利用仿真平台，对每一个操作步骤进行模拟实施，以此来验证方案的正确性、可靠性、合理性。如发现与预想不符的情况，则立即对方案进行相应修改，再次进行验证，直到完全通过。

3.工程实施阶段。在最终的实施方案和有关准备工作均就绪之后，教师带领学生来到“综合布线实训室”进行实际操作。根据方案中的预算，教师为各小组准备相应的耗材和工具。各小组清点无误后，正式实际操作。在施工过程中，由于相关方案已经在仿真软件中验证过，所以正常情况下，学生只需按照既定的施工步骤进行操作即可。但即使如此，在实际操作中，仍有各种情况出现，比如线管压制不到位、线槽制作不美观、耗材消耗过大等。教师在巡视过程中，要注意引导学生规范施工，如果遇到突发的问题，积极发挥小组同学的集体智慧，并可以参考教师提供的教学资源，寻找解决办法。当然，也可以实时求助教师，教师在引导的同时，注意考查学生的操作水平，为后续教师评价积累依据。

4.工程评价阶段。在各小组均完成施工后，教师再次强调测试的重要性和必要性，加强学生对工程质量把控的理念。在各小组确定完成作品后，教师让学生回顾自己的项目进展过程，进行总结反思，分享自己的收获和心得感悟。

在各小组提交作品后，教师先让学生对自己知识点的掌握及规范操作进行自评。之后教师分发“组间评价”表，组织学生进行组间互评。教师在评价表的设计过程中，将工程思维的三个标志性思维——系统思维、设计思维和统筹思维融入其中，评价的过程也是自我反思的过程。教师也参与此评价过程，结合巡视过程中的体会，完成教师评价。

三、培养学生工程思维教学模式实施效果与反思

（一）学生的改变：思维能力的提升，综合能力的提高

1.有效促进了学生思维能力的提升。从工程思维的内涵特点看，工程思维关注细节、聚焦结构、着眼系统。培养学生工程思维教学模式的构建与实施，让学生在工程决策和工程评价阶段形成系统性思维、在工程设计阶段形成设计性思维、在工程实施阶段形成统筹性思维，让学生养成关注细节、聚焦结构、着眼系统的思维惯性[2]。这种思维惯性会迁移到其他课程的学习中，进一步迁移到现实生活和工作中，使学生受益终生。

2. 有效促进了学生综合能力的提高。培养学生工程思维教学模式，关注学生未来职业生涯的可持续发展需求，让职业教学始终从学生的未来需求出发，注重培养学生操作技能的同时重视学生思维方式的养成。学生在一系列工程活动中，思学做结合，既提升了学生的工程意识、工程思维，又培养了学生的解决实际问题能力、自主学习能力、团队协作能力以及创新能力，这也是学生在今后的职场中所需要的综合能力。

（二）师生的要求：学生的积极参与，教师的有效引导

1.工程思维的养成是一个长期的过程，需要师生共同努力。教师在“配线”“工作区”“管理”“干线”等典型项目教学中，将“工程思维”以及三个显性标志性思维——系统性思维、设计性思维和统筹性思维贯穿于教学各个环节中，取得了一定的效果，学生已具备了一定的整体观、工程观，在今后的工作中也能避免成为只会照图施工、缺乏思考的机械式操作工。但工程思维的养成，还需要教师继续加大引导，在课程学习过程中，尤其是项目实施过程中，加强师生合作，共同努力，长期坚持。

2.新的教学模式的实施需要一定的适应过程，必须循序渐进。从工程决策阶段的最终决策者，到工程设计和实施阶段的实施主体，以及工程评价阶段的主要参与者，培养学生工程思维教学模式突出显示学生的主体地位，教师把主动权还给学生，让学生自由发挥。但在课堂实施过程中，由于学生固有的传统课堂观念约束，出现了“放不开”和“放得太开”两种现象。这就需要教师的及时干预和有效引导，在一个个项目工程活动中，引领学生逐步适应新的课堂教学模式，以达到预期的教学效果。