•  
    當前位置: 中國教育 >

    唐江澎:普高工程教育 劍指“科技強國”

    來源: 中國網 | 作者: 姜麗麗 | 時間: 2022-03-22 | 責編: 羅天林

    2005年,錢學森發出了“為什么我們的學??偸桥囵B不出杰出人才?”的世紀之問。2021年,美國對中國實施經濟制裁,我國5G技術領先全球卻在芯片和半導體等關鍵核心技術領域被發達國家卡住了脖子。統計顯示,當前我國高校工程教育規模居世界第一,但工程師總體合格程度在全球相對靠后。我國工程教育發展面臨著發展困境。

    如何突破工程教育發展困境?如何開展普通高中工程教育?如何構建高中—高校卓越工程師貫通培養機制?圍繞這一系列問題,唐江澎校長帶領江蘇省錫山高級中學(以下簡稱“省錫中”)全體師生率先試點,“十年磨一劍”,探索出一條普通高中工程教育的創新實踐之路。

    見證省錫中百年發展史的匡園門

    為何開展普通高中工程教育?

    兩百多年來,西方發達國家逐漸形成了工程技術、工程科學、工程引領三種工程教育模式,構建了基礎教育與高等教育銜接貫通的工程教育體系,為培養工程科學人才和工程引領人才奠定了堅實的基礎。美國從幼兒園至9、10年級均開設與科技、工程相關的課程,而中國只有小學高年級和初中的科學教育標準,并且更集中在科學而非工程領域。

    據統計,我國高考選擇工程專業大類的學生占比30%-40%,而高中學生工程技術教育基礎幾乎為零,以刷題為主的學習方式導致普高學生動手實踐能力、創新能力普遍偏低,學生工程素養基礎薄弱。

    與此同時,隨著以信息通信技術與制造業融合發展為主線的新一輪科技革命與產業變革的深入推進,制造業重新成為全球經濟競爭制高點,國內高校不斷新增以新工科為主的專業,主動對接國家重大戰略新興領域和未來尖端領域。而在基礎教育階段,學生卻往往缺少基本的工程興趣和習慣。唐江澎曾聽到這樣一個故事,一位中國工程院院士帶領新生參觀工程實驗室,看到機床、車床等設備后,有學生當即表示自己不是來當工人的,令人哭笑不得。

    普通高中工程教育頂層整體設計和課程體系的缺乏、高等教育階段與高中階段的工程教育銜接機制不暢,是造成我國高水平工程技術人才與發達國家存在不少差距的現實原因。

    小創客們

    北京師范大學心理學院教授喬志宏指出,青少年階段個體發展有兩大核心——主動性和自控性的發展。應注重培養學生主動性的發展,有利于激發青少年創造力、構建創新型社會。在工程教育中,學生需要主動參與到綜合性、實踐性強的項目中,學習重新建構知識,能夠很好地鍛煉青少年批判性思維和創造性思維。

    全國兩會上,唐江澎委員提出應加強普高工程教育,建立高中—高校貫通培養機制

    為此,唐江澎提出,應重視工程教育育人價值,引導學生樹立科技報國情懷;建立指向深度學習的、與大學教育貫通的普高工程課程體系,是培養創新人才的主要路徑。

    然而在應試教育的背景下,普通高中開展工程教育面臨著課時緊張、課程設計復雜、師資力量不足、缺乏專業教室等具體問題。而國內還沒有一所普通高中全面開展工程教育,省錫中集中師資力量、動員社會力量,將難題一一擊破。

    開展工程課程的四大“攔路虎”

    如何從高中緊張的課時中勻出“工程教育”的課時?省錫中打破不同學科限制,將通用技術課程、信息技術課程、綜合實踐活動中的研究性學習、校本課程四類課程融合貫通,形成整體性的工程教育課時,充分保障學習和實踐時間。

    胡曉軍指導學生制作“基于物聯網的火場救生機器犬”,這一發明斬獲NOC物聯網創新設計決賽全國一等獎

    不同于科學教育和技術教育,科學教育側重于教人認識、理解環境與客觀事物的知識和能力;技術教育側重于教人掌握控制或者改變環境、事物的技能;而工程教育則是以技術科學為基礎, 以培養能將科學技術轉化為生產力的工程師為目標的專門教育。據省錫中教師發展處主任胡曉軍介紹,在目前的高中的課程標準中,數、生、化、物等學科均涉及到工程教育的內容。因此,老師們以信息技術和通用技術課程為技術支撐,從多學科課程標準中,“萃取”出工程類元素并組織成一個有機的工程教育課程框架,圍繞學科大概念,先后開發了17門課程,構建出“基礎、提高、榮譽”三級工程課程群。如此一來,不僅解決了之前沒有工程教育內容的問題,而且工程課程內容與其他學科內容得以互相關聯,大大激發了學生學習興趣。

    學生在創造工坊制作作品

    絕大多數縣域普通高中里,很少有工程教育專業的老師。為了解決這一問題,省錫中一方面組織老師培訓,一方面通過外聘的方式,聘請校外專業人員任教。目前,省錫中與華中科技大學、復旦大學等國內外高校開展戰略合作,共同開發課程。校內教師和水工、電工、木工,校外工程師、高校教授等共同組建了工程教育專業社群,各展所長,協同育人。

    學生在研究廊橋結構模型

    以往的橋梁設計課程中,學生們期末需要動手制作出橋梁模型,但胡曉軍認為,這類課程與高中生的心智發展水平并不匹配。為解決這一問題,他請來了同濟大學土木工程學院的老師,帶著孩子們測量水溫、研究橋梁承重量與行人通過量的關系、橋梁對周圍環境的影響,有效提升了課程品質。

    為培養具有國際勝任力的學子,學校聘請國外高校教授駐校授課,部分課程內容與國際同步。在國際發明展、世界機器人大會、世界教育機器人大賽中,錫中學子屢屢斬獲國際金牌9枚,獲國際二等獎以上者達57人次。

    工程教育中涉及大量動手實踐類的課程,因此需要創設工程學習的環境、明確其基本樣態和功能配置標準。為此,省錫中采用“先開課程,后建場地”的思路,研制出工程教育學習環境建設標準,自主研發了工業設計教室、創客空間、機器人中心、創造工坊等10多套教室建設標準,建設成專業化的、精致化的高中工程教育場景,并配備了相關設施設備。

    3D打印課堂

    在建立了一套課時、課程、師資、專業教室等保障機制之后,如何開發工程教育典型的學習方式、讓學生深入探索工程奧秘呢?

    工程教育如何實施?

    不同于其他學科以紙筆學習和接受式學習為主的學習方式,工程教育是一門實踐性極強的學科,如果沒有一種獨立形態的課程,讓學生去動手實踐,學生整體的學習方式將難以改變。胡曉軍認為,以實踐為導向,倡導體驗式學習和基于問題的學習,符合面向社會發展與工程需求的課程設置原則,是進行高質量工程教育、培養高質量工程人才的必然選擇。為此,胡曉軍借鑒高校工程專業、工程類企業等領域的經驗,將國際流行的高校工程教育“CDIO”教學模式引入省錫中。

    王元哲在研究中

    伴隨著汽車的普及,汽車安全問題越來越引起人們的重視,每年在全國各地都有因開車門不慎造成的交通事故。為解決這一問題,每個寒暑假,錫中學子王元哲都泡在實驗室里如饑似渴地學習算法、編程,最終研究發明了智能車門預警避險系統,“只需要在車后方加裝激光雷達,它可以根據后方車輛進行數據采集并模擬其行動軌跡,然后根據軌跡和速度進行綜合判斷,若有危險則會進行預警?!边@一系統獲得了國家“實用新型專利”。

    為了研究工程教育的學習方式,唐江澎曾去以色列考察,并引入了科技企業孵化器的學習模式。

    發明“高空仿生清潔機器人”的李可欣

    在一檔央視春晚小品中,省錫中學生李可欣看到清潔工人在高樓幕墻上工作,她想,“能不能發明一種安全的玻璃清潔器?”正好學校開設了工程課程,李可欣提出了“高空仿生清潔機器人”的項目設計書,由老師和學生組成的“孵化委員會”對項目進行可行性和資金評估。在申請“校園風險投資”和“學生創業銀行”后,李可欣獲得孵化資金支持,造出了能夠“攀墻走壁”的機器人。最后,她申報專利、聯系工廠、參加比賽、拍賣成品,并將資金還流到“學生創業銀行”的科技孵化基金中去。

    不僅如此,學校還探索“勞動實踐”的學習方式,創設了10個面向真實情境的校內工程勞動崗,如將物聯網技術“嫁接”傳統農耕,設立了建設與管理物聯網蔬菜大棚的高科技農業生產崗;“電子創新設計”課程設置了校園櫥窗亮化項目,學生設計感應燈光系統,并安裝至校園櫥窗。高中生變身“工程師”,在真實場景中逐步提升實踐能力。

    康奈爾大學Agua Clara項目創始人舍克說,“課堂中知識和技能的學習都不如親自體驗工程項目的每一個環節,都不能與真實的工程體驗對學生產生的改變和影響相提并論?!卞a中學子通過參與工程課程,面對真實情景提出問題,自主獲取解決問題所需要的知識,并找到問題的解決方法; 而且通過參與綜合性、復雜性的項目中對所學的碎片化的學科知識進行整合,實現知識的重新建構,極大地鍛煉了系統性、批判性和創造性思維。

    學生在測試中

    省錫中的工程教育,閃爍著人文關懷的底色,學校致力于將“對人生命的成全”的理念貫穿學科教育的始終。在工程教育實施中,胡曉軍注重引導學生關注真實世界中的問題、關注人的存在,并且通過培養學生在解決問題的過程中體現人文關懷、實現社會價值,最終帶給社會向善、向美的變化。在他看來,“卓越工程師”的培養,工程師品質和工程師思維二者缺一不可。

    產學研育:拉動工程教育發展的四駕馬車

    作為中國民族工業和鄉鎮企業發源地,江蘇省無錫市位列中國現代制造業的高地,呈現出產業結構不斷升級的蓬勃發展之勢,這為省錫中開展工程教育的“產學研育”一體化探索提供了天然的沃土。

    2021年高中工程教育太湖論壇上,時任無錫市市長杜小剛發言

    在2021年高中工程教育太湖論壇上,時任無錫市市長杜小剛指出,省錫中和華中科技大學聯手在全國率先展開高中工程教育探索實踐,順應了新一輪科技革命和產業變革的大勢,響應了黨中央加快建設科技強國、實現高水平科技自立自強的號召,呼應了無錫加快太湖灣科創帶建設、高水平打造教育強市的部署要求,必將為培養國家戰略科技人才和拔尖創新人才作出積極貢獻。

    2021年高中工程教育太湖論壇期間,李培根、丁漢等6位院士與唐江澎校長聯合發布《高中工程教育倡議書》

    在無錫市政府的大力支持下,省錫中開始探索學校教育、社會企業、高等院校和科研院所有機結合的合作育人機制。無錫量子感知研究所和國儀量子公司組織研發攻關,啟動了基于金剛石量子計算教學機的中小學量子計算實驗課程研發項目,基于“產學研育”一體化與省錫中開展合作。2020年年底,三方共同開發“量子計算原理與實驗”課程,并配套了整套的課程資源。中國中小學的量子計算課迎來了正式開課的里程碑時刻。

    學生在聚精會神地探索量子世界的奧秘

    “第一通道是激光,第三通道是測量,要注意各個通道的狀態?!焙先茏匀豢茖W實驗中心三樓“量子計算”實驗室里,全國首個“量子計算原理與實驗”課程吸引了學生們的目光,中國科學技術大學陳明博士正帶著高一學生做拉比振蕩實驗。據介紹,該課程旨在探索量子計算在新藥研究、大數據算法、密碼破解等領域的應用。

    “燒腦”的課程沒有嚇倒孩子們,高一8班的黃唯欣說,“老師的講解還是比較深入淺出的,和同學一起做量子計算相關實驗也很有趣,這門課程讓我們有機會在高中階段接觸前沿科技,為我們未來的專業選擇奠定了基礎?!蓖瑢W們在實驗中對量子世界的神奇現象產生了濃厚興趣,同時激發了立志為建設科技強國貢獻力量的擔當精神。

    中國工程院院士朱高峰認為,產學合作是構建現代化工程教育體系的一個重要環節,是提高工程教育質量、提高學校辦學效益的一項戰略性措施。

    理論學習與社會實踐的緊密結合,讓錫中學子在實施項目的過程中,充分考慮到社會需求、企業條件、環境等綜合條件對工程項目的影響,有效提升了學生解決問題、綜合思維的能力,激發學生的社會責任感。

    通過產學研育一體化建設,省錫中學術氛圍日益濃郁,創新實踐蔚然成風。傳統的高中人才培養模式,逐步從原來的人才培養的單一環節變為人才培養的全過程發展、從學校內部封閉培養機制蛻變為開放的社會合作育人機制。

    探索建立高中—高校卓越工程師貫通培養機制

    高中教育作為銜接高等教育和義務教育的關鍵“腰部”,對上為高校人才培養輸送優才,對下則承擔著引領義務教育發展的重擔。如何為高校輸送優秀工程人才?如何讓高中學生找到興趣所在并確定未來發展方向?如何將二者兼顧?唐江澎一直在思考和探索。

    目前,高校沒有將人才培養前置到基礎教育中來,在招收學生時僅以“分數”為錄取標準,唐江澎認為,高校應該把‘兜售式’的招生變成‘孵化式’的培養。

    為此,省錫中陸續與八所高校簽約共建“復旦大學物理醫學實驗室”、“中國科技大學光電信息實驗室”等實驗室,并組建高中工程教育高端智庫、建設高中工程教育中心課程基地、研制高中工程教育課程方案。

    李培根院士調研省錫中

    2021年6月,中國工程院院士、華中科技大學原校長李培根實地考察省錫中工程教育,李培根與唐江澎就課程基地的申報、學習場館的改造等進行了交流,并規劃了課程基地建設的進度。中國科學院院士、華中科技大學教授丁漢多次前往省錫中,就課程基地建設、研制課程方案等事宜進行研討,雙方通力合作,致力于將現代工業的雙翼前植于高中課程體系。無錫市委書記杜小剛與李培根、丁漢多次會晤時指出,要與省錫中深度探討、加強合作,在課程設置上創新開拓,培養未來工業的領軍人物。

    在此基礎上,華中科技大學與省錫中不斷加深合作,著力打通高中的技術課程與高校的相關專業課程。據華中科技大學無錫研究院副院長王立成介紹,雙方合作共建了華中科技大學智能制造課程基地,創設“人工智能基礎實驗室”“機器人制作實驗室”“工業機器人視覺應用實驗室”等學習環境,共同研發課程,通過理論、現場、實踐教學等多種方式授課;組織學生赴高新技術企業見習;還定期邀請國內外知名學者開會研討。

    丁漢院士引導學子們研究前沿科技領域,樹立科技報國情懷

    2021年9月,在市委書記杜小剛親自安排部署下,“華科·錫中”未來技術實驗班第一課正式開課!丁漢院士為學子們帶來精彩的《機器人學導論》。唐江澎校長坐在最后一排認真聽講,并寄語學生們,“技術改變世界,技術強盛中國。需要同學們真正地把學業同未來祖國的強大聯系在一起,最現實的一條路徑是選擇以技術強國?!?/p>

    唐江澎表示,“目前生涯規劃和生涯指導是基礎教育高中階段的一個重要的內容。但是我覺得要讓學生對高校的專業有深入地了解,必須面向專業大類建構起我們的選修課程體系。如果把一部分大學的高精尖的課程能夠在高中率先地開發出來,讓學生在這樣的課程里,通過體驗大學專業大類的課程,以典型的學習方式去學習,來判斷其人生是否適合向此路徑發展,這樣他才能夠認識自我、定義自我,從而實現發展自我?!?/p>

    不僅如此,唐江澎認為,在現實情境中激發學生“給世界一個問題解決方案”的強烈意識,讓創新者在尋找使命感的學習中不斷優化學習動機,變為“分”而學為因“志”而學,把今天的學業與未來大學的專業、立身的事業乃至服務祖國造福人類的志業貫通起來,是培養獻身創造精神的重要基礎。

    建立“高中—高校卓越工程師貫通培養機制”,不僅能讓學生在充分了解自我的基礎上選擇志業所向,充分激發個人發展潛力;而且能為高校培育和孵化高水平工程人才,為提高我國工程類拔尖創新人才培養水平打下堅實基礎。

    胡曉軍帶領學生研討

    高品質的課程、專業化的師資、實踐性強的學習方式、精致化的學習環境、“產學研育”一體化的培養模式、豐富的激勵措施、高中—高校貫通的培養機制覆蓋了省錫中全體學生,學校每年孵化項目超過200項。據統計,2017、2018屆學生中,入學時對工程實驗類方向感興趣的學生為18%和14%,在工程教育課程群的推動下,2020年、2021年有43%和42%的學生報考該類專業,分別提升了25%和28%。

    “工程教育是與國家經濟社會發展直接相關的教育,在一個人心智走向成熟、發現自我、形成興趣的高中階段,將工程科技教育前移,對激發學生工程科技學習興趣,提高創新能力和工程科技素養,立志成為擔當民族復興大任的卓越工程師、工程科技專家和工程引領人才,都有十分重大的意義?!碧平毂硎?。

    2021年11月,江蘇省普通高中與高校協同創新發展研討會暨“雙高”協同培養拔尖創新人才示范校啟動儀式在南京大學舉行。江蘇省教育廳副廳長顧月華表示,深化育人方式改革,培養拔尖創新人才是國家發展的戰略需要。探索拔尖創新后備人才培養的模式和機制,關鍵在于高品質示范高中與一流高校在拔尖創新后備人才方面協同培養、貫通培養、創新培養。

    事實上,江蘇一直在積極探索普通高中與高等院校協同培養人才的模式改革與創新,并走在全國前列。在江蘇,高校與高中聯手、大學與地方聯動的高等教育與基礎教育協同育人大格局已初具規模。

    未來,以省錫中為代表的普通高中,將繼續合作開展工程教育實踐,探索工程人才培養新范式,向世界貢獻工程技術人才培養的中國智慧和中國方案。(文/姜麗麗)


    網站無障礙
    中老年妇女的性色视频