今天我的探討聚焦在兩個核心的問題上，第一個是為什么要做工程類的項目?第二個是我們?nèi)绾稳ミM(jìn)行工程類項目的設(shè)計。

首先，從新時代科學(xué)教育提出的要求上可以看到，雖然現(xiàn)在提倡“雙 減”，但在科學(xué)教育方面，在《關(guān)于加強(qiáng)新時代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》等文件中都提到：要凸顯學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)，強(qiáng)化年級學(xué)段有機(jī)銜接，統(tǒng)籌規(guī)劃科學(xué)教育與工程教育，體現(xiàn)實踐性、綜合性。

因此，在課程內(nèi)容上增加相應(yīng)的科學(xué)教育和工程教育，依舊是新時代教育改革的趨勢，這更需要我們在學(xué)與教的方式上進(jìn)行優(yōu)化，更好地實現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)和項目學(xué)習(xí)的變革。

以下是我國對課程標(biāo)準(zhǔn)的明確規(guī)定：

義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)提出了4大跨學(xué)科概念和13個學(xué)科核心概念。其中有2個和工程類有關(guān)，一個是工程設(shè)計與物化，強(qiáng)調(diào)以工程項目為載體的工程類實踐;第二個是技術(shù)、工程與社會，培養(yǎng)學(xué)生以科學(xué)的思維方式思考現(xiàn)實問題，強(qiáng)調(diào)科學(xué)實踐與社會實踐的緊密結(jié)合。

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我們在看到這些學(xué)科核心概念的時候，能直接感受到這些概念并不僅僅是通過工程類的項目獨(dú)立進(jìn)行的。我們還需要思考，像生命系統(tǒng)的構(gòu)成層次、生物體的穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)......這些學(xué)科概念在探討的過程中，是否可以結(jié)合工程設(shè)計與物化，進(jìn)行相應(yīng)整合呢?甚至在其它11個學(xué)科核心概念落實的過程中，是否能和工程類的2個概念結(jié)合起來，進(jìn)行項目設(shè)計?這樣不僅能節(jié)省課時，還能有效發(fā)揮跨學(xué)科設(shè)計的作用。

從2015年開始，我們系統(tǒng)性地開展了國際科學(xué)教材的分析比較工作，在這過程中，我們發(fā)現(xiàn)很多教材會把工程類項目作為單獨(dú)的單元，并且把工程類項目和其它的學(xué)科教學(xué)整合起來，通過工程任務(wù)或工程評價的方式相互融合。

大家如果對一些國際閱讀測試有了解，就會發(fā)現(xiàn)在它所提供的命題測評當(dāng)中，很多命題的設(shè)計是通過工程類問題的情境去評測學(xué)生的閱讀能力的。

比如說在一個樣題當(dāng)中，它會以火星探測的線上互動方式作為整個測評背景?？瓷先ミ@似乎是和物理、地球科學(xué)相關(guān)的內(nèi)容，但是它真正測評的是學(xué)生的閱讀理解、寫作能力以及進(jìn)行復(fù)雜信息提取等方面的能力。

同時，測評過程中也會涉及工程類項目的概念，包括對于火星探測器的了解等，學(xué)生做完整個題目不僅可以獲得對閱讀能力的測評，還可以對火星探測這一探索類、工程類項目有個較為全面的了解。

這種類型的設(shè)計在如今的工程教育中是一個非常重要的趨勢，它需要和我們的課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)科教學(xué)、日常教學(xué)相互融合，不單單是一個獨(dú)立評估系統(tǒng)，而是和物理、化學(xué)、生物等日常學(xué)科進(jìn)行整合。

除了科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)外，在通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中也會涉及到技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、物化能力表達(dá)等核心素養(yǎng)，這些都和工程教育、工程素養(yǎng)具有密切的關(guān)系。

在美國新一代的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，也將“科學(xué)與工程”整體納入了科學(xué)教育的概念和實踐體系中——他們提出的是三維一體的目標(biāo)測評系統(tǒng)，把工程、技術(shù)和科學(xué)應(yīng)用整合在一起，進(jìn)行教學(xué)和測評。

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從這個意義上講，如果我們今天只是把工程教育、工程素養(yǎng)當(dāng)作是素養(yǎng)教育之外增加的一門校本課程，那么對于孩子的發(fā)展來講，它的意義不大。

為什么今天在國際上會將工程素養(yǎng)置于學(xué)校教育系統(tǒng)中思考?它并不是簡單地增加一個課程內(nèi)容、一個課時，它和數(shù)學(xué)、語文等其它學(xué)科的核心素養(yǎng)是一樣的，只不過我們需要培養(yǎng)學(xué)生在工程領(lǐng)域中可遷移的核心能力。

根據(jù)OECD、歐盟對核心素養(yǎng)的定義，工程素養(yǎng)可以認(rèn)為是學(xué)生在工程類活動中所發(fā)展出來的滿足復(fù)雜需要的能力，是一系列可遷移的、多功能的知識、技能、態(tài)度的集合。

如果我們站在這個意義上理解，我們對于工程素養(yǎng)的定位就會發(fā)生一定的變化。學(xué)生核心的工程素養(yǎng)包括復(fù)雜問題的溝通能力、非常規(guī)問題的解決能力、自我管理和發(fā)展能力、系統(tǒng)思考能力......這些都是他們在未來的發(fā)展過程中非常重要的能力。

因此，工程素養(yǎng)同樣具有一般性素養(yǎng)的核心特征：

第一，整合性;

第二，情境性;

第三，實踐性;

第四，系統(tǒng)性;

第五，遷移性。

我們要培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，就需要在項目的載體中讓學(xué)生經(jīng)歷完整的、像工程師一樣的設(shè)計和思考過程。

如何進(jìn)行工程類項目設(shè)計？

那么，我們?nèi)绾胃玫卦谥行W(xué)開展工程教育呢?

目前我們所看到學(xué)校在進(jìn)行工程類項目設(shè)計的過程中，往往是采用STEAM的方式，這種課程模式往往會簡化成傳感器、編程等一些固化的路徑。

比如說設(shè)計自動澆水裝置，在設(shè)計當(dāng)中會明確幾個步驟：第一步要進(jìn)行硬件搭建，第二步開始編寫程序，第三步進(jìn)行組裝和測試。

如果我們現(xiàn)在的工程類教育或者工程類項目都是讓學(xué)生去做這樣的事情，那么學(xué)生的工程素養(yǎng)是很難培養(yǎng)出來的。這種方式只是在固定程序下進(jìn)行一些高階版的手工勞動而已。

我們引入工程類項目，關(guān)鍵就是要避免固化的流程的思考，在制定材料和工具中進(jìn)行手工操作，孩子的能力很難具備遷移性。

我們需要看到工程類項目獨(dú)特的特征，比如說在真實而復(fù)雜的工程問題中進(jìn)行探討，他需要對工程問題進(jìn)行界定、從工程的角度進(jìn)行認(rèn)知......這些都是工程實踐中非常重要的內(nèi)容。

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很多時候，我們往往在前端花的時間太少了。事實上在真正的工程領(lǐng)域中，工程師們會花很多時間在前端。這個問題到底意味著什么?想要解決這個問題，有哪些限制性的條件?成功意味著什么?他們會有非常多前端性的思考，然而在學(xué)校的工程教育中，我們并沒有讓學(xué)生經(jīng)歷完整的思考過程。

這種思考在幼兒園、小學(xué)、初中、高中不同階段都是不一樣的，其中涉及到建構(gòu)從概念到實踐的進(jìn)階性設(shè)計，融入明確的工程類的實踐等。

目前我們在上海推進(jìn)項目化學(xué)習(xí)的過程中，已經(jīng)積累了1萬多份案例，這幾年來工程類項目存在一定的增長，但是當(dāng)我們仔細(xì)去看這些案例質(zhì)量的時候，相比于國際上的工程類項目設(shè)計，確實還有很大的差距，尤其在培養(yǎng)學(xué)生工程問題的界定、實踐等方面，我們還有非常多探索的空間。

從剛才的角度，同樣是設(shè)計自動澆水器，如果要培育工程類思維和實踐，我們應(yīng)該如何來做呢?首先要提出一個真實問題，比如我們可以創(chuàng)設(shè)兩周的假期，假期中學(xué)校將會關(guān)閉，沒有人照看學(xué)校的植物，該如何通過可獲得的材料解決澆水的問題?接下來，學(xué)生就需要從工程師的角度進(jìn)行思考和設(shè)計，這里面有什么樣的問題?有哪些限制性條件?質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是什么?圍繞這些內(nèi)容，我們開展一系列工程的實踐。

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在這個過程中，學(xué)生是主體，教師不是一個講授者，他不會告訴學(xué)生應(yīng)該怎么做，但是他會引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷像工程師一樣的思維方式，并且在必要的時候給予學(xué)生支持，引導(dǎo)學(xué)生分析驅(qū)動性問題。

同時，我們還要引入決策矩陣進(jìn)行工程的分析，然后再去尋找適合的材料。是不是一定要用這種傳感器呢?是不是一定要用這樣的灌溉系統(tǒng)呢?答案肯定是多元的。在這些問題的驅(qū)動下，學(xué)生們可以主動思考、開展研究，結(jié)合真實世界中的情況進(jìn)行設(shè)計，從而更好地培養(yǎng)工程師思維。

最后，工程類項目的推行和實踐依舊需要漫長的時間，在這個過程中，我們需要予以老師更多典型的案例，也需要大家共同協(xié)作、持續(xù)探索。