朱怡穎

傳統(tǒng)的“秧田式”教室之外，工程教育何以發(fā)生？為了確保學生能夠在專業(yè)化、精細化的工程實踐場景中學習，無錫市精心打造了包括市級中心實驗室、區(qū)級樞紐實驗室以及校級節(jié)點實驗室在內的“三級實驗室”，創(chuàng)設了一個縱向貫通、聯(lián)動發(fā)展的工程教育空間體系。

市區(qū)兩級推進，共筑工程陣地

無錫市少年宮內，煥然一新的“工程教育中心教室”和“科學園”為全市少年兒童提供了工程教育體驗和實踐陣地。其中，“工程教育中心教室”是學生眼中超酷的“科技夢工廠”，這里不僅有激光切割機、3D打印機等高科技“神器”，還有木工桌椅、曲線鋸、手搖鉆等傳統(tǒng)手藝裝備，更有智能芯片、傳感器等豐富的工程實踐材料，滿足學生從小小工程師成長為未來科技巨匠的愿望。除了教學功能外，中心教室還可以變成創(chuàng)意工作坊、小型講座廳和項目展示區(qū)，學生可以在這里開展項目化學習、個性化學習、跨學科學習和小組合作學習，為學生自主學習和科學探索提供無限可能。除此之外，中心教室的走廊還繪制了一幅幅生動的“工程地圖”，從OpenAI機器學習到元宇宙，從云計算到人工智能，引領學生了解未來科技發(fā)展趨勢。

在超過300平方米的“科學園”里，各種展覽和互動體驗可以讓學生在玩樂中輕松掌握科學知識?！澳Ｐ驼褂[區(qū)”展示了40多年來少年宮師生親手制作的航海、航空、車輛模型作品，讓學生了解作品背后的原理和制作過程；“知識普及區(qū)”羅列了近現(xiàn)代中外著名的科學原理和重大發(fā)明，學生在世界地圖背景墻上，可以了解相關的科學知識和科學家信息；“體驗活動區(qū)”則配備了隔空取電、機械傳動、音樂噴泉、全息投影等物理互動設備，給予學生沉浸式的科學體驗。

坐落于尚賢萬科小學的人工智能教育基地，是集“教、學、研、展、賽”為一體的多功能開放式“科技空間站”，也是無錫經濟技術開發(fā)區(qū)大力推行工程教育資源共建共享的縮影。每天，基地都會迎來來自區(qū)內中小學校的40名學生，他們將根據自己的興趣愛好，自由選擇創(chuàng)意編程、星際通訊、火星車和無人機制造等課程，并體驗基地的一系列智能設備。“我們的職責是確保每一位學生都能親身體驗最前沿的科技，讓他們愛上基地?！鄙匈t萬科小學校長周一斐說。

在逾5000平方米的基地中，時不時會傳出學生們的歡呼聲：他們站在冰屏笑臉墻前，體驗精準的人臉識別技術；佩戴腦電波環(huán)，用“意念”控制小火車的行進與加速，開啟速度與激情的比拼；通過語音指令操控“鎮(zhèn)館之寶”機器人Walker，完成取水、握手、跳舞等一系列動作……豐富的AI教育教學資源，不僅讓學生們深刻領悟到科技對日常生活的深遠影響，更培養(yǎng)了他們以工程思維觀察并改變生活的能力。如針對家庭生活中普遍存在的切菜問題以及潛在的安全隱患，華莊中學的李想和浦亦宸設計并制作了一款“全自動切菜機”，在保證切割蔬菜片厚度均勻的同時解決了安全和能耗問題；太湖實驗小學的梁澤涵則關注到江陰大橋的擁堵情況，通過設計一款閘門自動開合裝置，確保車輛順暢通行；“智能導盲杖”是東絳第二實驗學校中學部的羅俊峰、殷程軍為視障人士設計的一款產品，其避障和狀態(tài)監(jiān)測功能可以極大方便視障人群的出行……近年來，基地連續(xù)承辦無錫市中小學人工智能及物聯(lián)網創(chuàng)新創(chuàng)客大賽，這些陳列在基地中的優(yōu)秀參賽作品，見證著學生們工程素養(yǎng)的真實生長。

打造校內空間，營造實踐氛圍

實踐是工程教育的靈魂，為此，無錫市各中小學根據本校的實際情況和需求創(chuàng)設了諸多工程學習所必需的環(huán)境與場所，確保能夠根據自身特點和發(fā)展方向開展工程教育。無錫師范學校附屬小學（以下簡稱錫師附?。┮浴俺壒こ淌摇睘橹c，通過“木工坊”的形式，讓學生在制作木屋、木質汽車和航模的過程中樹立工程意識。以制作木質汽車為例，學生首先需要認識和使用工具，為此，學校配備了刨刀、鋸子等基礎的木工工具；涉及精細部件的制作時，學生可前往“智造團”基地，利用“激光寶盒”對材料進行精準切割和雕刻。當汽車骨架制作完成后，如何讓汽車動起來成為關鍵，其中涉及傳動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等多個方面。考慮到小學生的操作能力有限，學校為他們提供了成熟的模塊和部件，供他們選擇和使用。學生則需要在汽車上安排輪子、電機和電池的位置，進行系統(tǒng)的布局設計?！啊畡邮秩プ鍪枪こ探逃暮诵?。小學階段的孩子需要先接受工程教育的啟蒙，掌握基本的操作技能，體驗工具帶來的實踐感，再逐步培養(yǎng)工程思維、工程習慣和工程素養(yǎng)?！卞a師附小副校長高純說。

進入中學階段，工程教育的外延不斷拓展，學習空間也隨之愈加豐富。“火柴的燃燒范圍太小，無法激發(fā)火災報警系統(tǒng)?！薄包c燃衛(wèi)生紙試一下？”“識別成功，成功觸發(fā)系統(tǒng)！”這是發(fā)生在江南中學陽光校區(qū)“創(chuàng)客教室”中的一幕。以“智慧體育館”為主題，學生們進行了明確的分工，一部分編寫程序，一部分進行3D建模和打印，還有一部分負責后期調試?！啊腔垠w育館原本的設計目標是實現(xiàn)火災和地震的實時監(jiān)測和預警，過程中學生突發(fā)奇想，增加了暴雨自動關窗系統(tǒng)，進一步提升了體育館的人性化功能?！毙畔⒓夹g教師劉夢恒介紹。在江南中學陽光校區(qū)，這樣的“工程教室”有三間，學生可以在不同功能的教室中參加編程、機器人制作等項目，像工程師一樣思考，體驗從問題出發(fā)到模型建構的完整過程。

關注現(xiàn)實需求，培養(yǎng)學生的人文精神，同樣也是無錫市第一中學工程教育的出發(fā)點和落腳點。在學校的“I make it”社團，既有可以實現(xiàn)提拉重物功能的“3D天梯”項目，也有與生產生活密切相關的“智能配送”“智能制造”項目，每一個項目都彰顯著以人為本的核心思想，成為工程教育的鮮明底色。在完成項目的過程中，學生對工程的熱愛也在不斷延伸?！坝幸幻麑W生在參加了社團之后，自己制作了一臺復古收音機，由于市內的信號較弱，她便請家長駕車帶她到郊外，并爬上樹搜索信號?！痹趯W校科創(chuàng)中心負責人張月香看來，工程教育給學生帶來的，不僅是素養(yǎng)的提升，還有觀念的改變和問題解決過程中的成長。

拓展校外場域，豐富教育資源

作為中國的制造業(yè)重鎮(zhèn)，無錫為工程教育的“產學研育”一體化發(fā)展提供了得天獨厚的條件。在2023年新學期的“工程教育開學第一課”活動中，江蘇省錫山高級中學（以下簡稱錫山高中）的學生們走進華中科技大學無錫研究院，參觀了工程車間、數(shù)智空間和研發(fā)大樓。“我們見識到了高鐵車廂的構造與組裝，近距離觀察了飛機風葉的切割工藝，也感受到了現(xiàn)代人工智能的偉大?！睂W生程雨菲表示。值得一提的是，早在2021年，錫山高中便與華中科技大學合作共建了智能制造課程基地，創(chuàng)設“人工智能基礎實驗室”“機器人制作實驗室”“工業(yè)機器人視覺應用實驗室”等學習環(huán)境，激發(fā)學生對工程學習的興趣與熱情，在學生心里埋下科學的種子。

拓展校外學習空間是提升工程教育質量、豐富教育資源的重要途徑。在錫山高級中學實驗學校第二小學，“科企奇妙游”正在如火如荼地進行。利用周邊高新技術企業(yè)、院士工作站環(huán)繞的優(yōu)勢，學校致力打造一個“無邊界”的工程教育場域：在自來水廠，學生們了解了水處理工藝和光伏發(fā)電系統(tǒng)，增強了節(jié)水意識；在生物科技公司，炫酷的未來科技體驗館、各式各樣的模型和數(shù)據投影讓學生直觀感受到了“科技之刃”的力量；在車輛檢測中心，學生們走進檢測車間，了解車輛安全座椅的檢測過程，感悟“細節(jié)決定成敗”的道理。目前，學校已與多個研究院、產業(yè)園和科技企業(yè)公司建立了合作關系，共建工程教育校外實踐基地，讓學生在深入的尋訪與體驗中拓寬眼界，感受工程技術的魅力。

隨著時代的進步，工程教育的內涵也在不斷豐富和深化。無錫市在拓展工程教育學習空間方面的探索，不僅是對教育模式的創(chuàng)新，更在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力方面發(fā)揮了重要作用，為未來工程師的培養(yǎng)注入了無限可能。