工程思维教给你统筹的智慧

1、工程思维教给你统筹的智慧（本文改编自2016 教育年会发言）什么是工程思维呢？工程思维就是在工程的设计和研究中形成的思维, 它是一种筹划性的思维,是运用各种知识解决工程实践问题的核心 . 目前，学校的教学方式多以认知型思维为主，那么，如何将工程思维引入我的课堂教学中呢？我在十一任教机械技术，电子工程高端课，ap 电路基础课程这三门课程。这些课程有一个共同的特点：区别于基础理论学科，属于工程应用学科，针对这一类具有应用背景的课程，非常重要的一点是培养学生的工程思维，让学生学会采用统筹的方法分析问题。去年年底，在红窗汇活动中，白玉明与施宏建（以下简称小白和小施）两位同学展示了一件他们的作品智能家居

2、控制系统，获得了不少青睐。以项目教学为实践方式的电子工程高端课，去年，设置的项目主题是智能控制系统的设计与实现 ，当我们讨论一个东西是否智能时，我们指它能否同人一样，能通过五官去够感受外界的状态，进而用大脑作为控制核心做出判断，并有计划地去实现。那么，对于这样一个智能控制系统的主题，他们为什么会提出要做一个智能家居系统这一个对于未来房屋的构想并实现的主题呢。当接到这个任务时，这两孩子就讨论开了：说到智能控制，我之前参加比赛做的机器人不也就是一个典型的智能控制系统么？巡线机器人能够“看”到一条直线，并且沿着直线前行。对了，学校的门禁也一样，能够识别校园卡是否有权限刷开各个教室的门。这么说来，那我

3、家用的那智能电饭锅貌似也是一个智能控制系统！才第一次接触到这个主题，我惊叹于他们对于这个新概念的把握如此之快。但课程的目的是要设计和实现这样一个类似的系统，于是，我设置了一些问题跟他们讨论并进行引导：1. 依据科技发展趋势，或者自己的爱好，你们希望实现一个怎样的智能控制系统。 2. 这个系统可以应用在哪个方面经过一段深入而漫长的探讨之后，他们拿出了自己的想法：原始的房子要靠门栓来锁门， 而现在许多教室、 酒店早已采用了门禁系统，智能程度大大提高。而各大科幻大片的主人公一定有一个炫目先进高级智能的家。要不，我们就从衣食住行的“住”开始吧，设计一个智能家居系统，让越来越忙碌的生活中有更加便利而智能

4、的居住环境。“恩，不错，确实是一个好的想法”我给他们做了点评，“而且现在智能楼宇，智慧城市的概念也越来越热，这个想法非常贴近现实。在我的高端课堂中，应用工程思维进行教学，首要的一点就是引导学生提出有价值的问题。那么要完成这样一个智能家居，它具体要实现怎样的功能呢？”我再一次给他们提出问题。这问题一出，各种脑洞大开，各种奇思妙想层出不穷。小施同学说：我最近好像长个长得比较快，我要加个进门测身高的功能，每次进门都能看到身高显示。这冬天到了，我要看看室内暖气够不够热，空气是否干燥可以添加一个检测室内温度和空气湿度的功能吧！我希望未来的家里有个后花园，这自动浇花的事情就交给这个智能系统去完成吧！我出门

5、老忘带钥匙，来个人脸识别系统，以后进门不找钥匙直接刷脸！小白还是个环保主义者，他说我们可以加一个功能，检测室内光线强度，太暗了自动开灯，光线足够就把灯关上！既智能还环保这样看来这以后开关门啊，洗衣做饭这类事情就都能交给我们的智能家居了.学生们确实思维敏捷，能够快速且灵活将所学的理念应用到实际生活中。但是，在适当的时候，我也必须“看住”他们的脑洞，不能太过于发散。“ok，好了，看来大家确实深刻理解一个智能控制系统了，它可以实现多种多样的功能。然而，当我们在实际设计这样一个系统的时候我们还必须考虑到一些其他问题，比如说，我们是否有足够的时间去完成这个项目、项目成本多大，是否有足够的资金支持、实现项

6、目的技术难度是否能达到等等，鉴于这些情况，大家对自己的设计功能做一个适当的取舍”所以第二步要教会学生在进行需求分析时学会取舍，在协助他们对每一项功能进行可行性分析和论证之后，他们确定了最终的项目的需求：身份识别状态监测灯光控制液晶显示自动浇花开门和窗帘的开关那就让电机来完成吧时间显示经过这一步步的梳理，学生对整个项目已有了宏观的认识，而对于项目的具体功能也有了整体的把握，那么下一步就要从技术的层面开始设计并且实施整个项目。系统功能的实现虽然他两已经完成了一个较好的方案设计，然而毕竟工程经验还有所欠缺，这些方面需要我带领他们进行分析：首先，智能家居系统作为一个智能控制系统一定需要一个控制核心，而

7、这个大脑“大脑”指的就是主控器；第二，通过门禁系统来实现身份识别，这样我们需要一个带报警装置的门禁系统第三，我们有状态监测的功能，即需要一个类似人类五官的感知器件，这些器件就是个种传感装置：如空气温度湿度传感器、土壤湿度传感器、 光敏电阻、超声波传感器等第四，我们要实现灯光控制，这就用两个发光二极管来实现吧；第五：需要一个交互系统来显示系统的状态以及系统时间，因此还需要添加一块液晶屏和数码管；第六：自动浇花，得来一个能抽水浇花的水泵了第七：门禁系统能自动开门，再设计一个电动的窗帘，这里需要两个电机了如此一来，项目的需求已经变得十分明确。而学生给的系统的设计框图也再一次让我眼前一亮，从这个系统设

8、计图中我能看出，他们不仅对项目从宏观上准确把握，具体的需求和细节也理解的十分透彻。不过这么一仔细研究这系统图，他们需要研究和学习的东西还真不少：例如系统的硬件部分如何选择？软件部分，程序思路怎么设计，还有作为模拟的房屋的结构怎么完成。因此，要实现系统的设计功能这个环节是最多反复、耗时最长、也是学生收获最多的环节。不过既然目标、思路已经明确，这个过程我一般以学生自学 + 上网寻找解决方案的方式为主，教师协助的方式为辅。 并且鼓励学生有针对性地搜集资料、学习技能、将遇到的问题各个击破。当然，在电路搭建、程序调试过程中，他们还碰到过不少令人抓耳挠腮的问题。也正是这个过程，锻炼了学生对科研的专注精神和

9、一股不服输的韧劲。在项目的最后，我要求学生必须通过论文的方式对整个过程和知识点进行总结和反思。也是加强学习效果，巩固成果的十分重要的一环。根据这个实例能看出，电子工程高端课程是一门应用性非常强的课程，与以知识性为主导的基础类课程不同。对这一类课程的教学，非常重要的一点，是培养能够让学生站在一个全局的角度，根据已有的规律和条件去统筹和规划整个项目的思维方式，这种方式就是我们所提到的工程思维。回顾之前的案例，整个项目实施大概分为这几个阶段：一、提出问题：为何完成这样一件事情，目的是什么，应用领域二、进行需求分析项目要完成哪些功能，这些功能是否可以实现，怎么实现，进行统筹规划。三、进行系统设计通过进一步的的梳理，让学生掌握项目的框架，让从全局角度对于自己的项目进行掌控。 四、系统功能的实现之后，将方案细节一步步敲定，给出明确实现方法并付诸实施。这也是耗时最长收获最多的环节。 五、在实践的过程中优化先前的设计工程实践是一个反复的过程，在实施过程中可能哪些地方不经济、哪些功能需要重新设计。如果不能直接实现，如何曲线救国？六、总结，提升以