我们要培养学生的工程素养，就需要在项目的载体中让学生经历完整的、像工程师一样的设计和思考过程。

——摘自第六届IEIC大会 夏雪梅分享

上海市教科院普教所副所长、上海学习素养课程研究所所长

夏雪梅 | 第六届IEIC大会科技教育论坛专家报告

近年来，工程教育的重要性愈发凸显，一系列与工程教育密不可分的重大工程，为中国的现代化建设提供了强有力的支撑。

而人工智能、虚拟现实等新一代信息技术的飞速发展，不但对学生的工程素养提出了新要求，也给学校的工程教育带来了新挑战。

当前，我国工程教育发展现状如何?新技术的出现给工程教育带来了哪些机遇?学校应该如何进一步加强工程教育，培养学生的工程素养?

在第六届IEIC国际教育创新大会上，上海市教科院普教所副所长、上海学习素养课程研究所所长夏雪梅博士带来《新时代科学教育背景下的工程类项目设计》专家报告。她针对为什么要做工程类的项目以及如何进行工程类项目的设计两个问题进行了详细阐述，并结合数据和案例给出了对策建议。

*以下内容摘自夏雪梅博士第六届IEIC大会分享，为方便阅读，以第一人称视角陈述。

我们为什么要做工程类项目？

今天我的探讨聚焦在两个核心的问题上，第一个是为什么要做工程类的项目?第二个是我们如何去进行工程类项目的设计。

首先，从新时代科学教育提出的要求上可以看到，虽然现在提倡“双 减”，但在科学教育方面，在《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》等文件中都提到：要凸显学生核心素养培养，强化年级学段有机衔接，统筹规划科学教育与工程教育，体现实践性、综合性。

因此，在课程内容上增加相应的科学教育和工程教育，依旧是新时代教育改革的趋势，这更需要我们在学与教的方式上进行优化，更好地实现跨学科学习和项目学习的变革。

以下是我国对课程标准的明确规定：

义务教育课程方案和课程标准(2022年版)提出了4大跨学科概念和13个学科核心概念。其中有2个和工程类有关，一个是工程设计与物化，强调以工程项目为载体的工程类实践;第二个是技术、工程与社会，培养学生以科学的思维方式思考现实问题，强调科学实践与社会实践的紧密结合。

图 | 夏雪梅博士 IEIC大会PPT分享

我们在看到这些学科核心概念的时候，能直接感受到这些概念并不仅仅是通过工程类的项目独立进行的。我们还需要思考，像生命系统的构成层次、生物体的稳态与调节......这些学科概念在探讨的过程中，是否可以结合工程设计与物化，进行相应整合呢?甚至在其它11个学科核心概念落实的过程中，是否能和工程类的2个概念结合起来，进行项目设计?这样不仅能节省课时，还能有效发挥跨学科设计的作用。

从2015年开始，我们系统性地开展了国际科学教材的分析比较工作，在这过程中，我们发现很多教材会把工程类项目作为单独的单元，并且把工程类项目和其它的学科教学整合起来，通过工程任务或工程评价的方式相互融合。

大家如果对一些国际阅读测试有了解，就会发现在它所提供的命题测评当中，很多命题的设计是通过工程类问题的情境去评测学生的阅读能力的。

比如说在一个样题当中，它会以火星探测的线上互动方式作为整个测评背景。看上去这似乎是和物理、地球科学相关的内容，但是它真正测评的是学生的阅读理解、写作能力以及进行复杂信息提取等方面的能力。

同时，测评过程中也会涉及工程类项目的概念，包括对于火星探测器的了解等，学生做完整个题目不仅可以获得对阅读能力的测评，还可以对火星探测这一探索类、工程类项目有个较为全面的了解。

这种类型的设计在如今的工程教育中是一个非常重要的趋势，它需要和我们的课程标准、学科教学、日常教学相互融合，不单单是一个独立评估系统，而是和物理、化学、生物等日常学科进行整合。

除了科学课程标准外，在通用技术课程标准中也会涉及到技术意识、工程思维、创新设计、物化能力表达等核心素养，这些都和工程教育、工程素养具有密切的关系。

在美国新一代的科学教育标准当中，也将“科学与工程”整体纳入了科学教育的概念和实践体系中——他们提出的是三维一体的目标测评系统，把工程、技术和科学应用整合在一起，进行教学和测评。

图 | 夏雪梅博士 IEIC大会PPT分享

从这个意义上讲，如果我们今天只是把工程教育、工程素养当作是素养教育之外增加的一门校本课程，那么对于孩子的发展来讲，它的意义不大。

为什么今天在国际上会将工程素养置于学校教育系统中思考?它并不是简单地增加一个课程内容、一个课时，它和数学、语文等其它学科的核心素养是一样的，只不过我们需要培养学生在工程领域中可迁移的核心能力。

根据OECD、欧盟对核心素养的定义，工程素养可以认为是学生在工程类活动中所发展出来的满足复杂需要的能力，是一系列可迁移的、多功能的知识、技能、态度的集合。

如果我们站在这个意义上理解，我们对于工程素养的定位就会发生一定的变化。学生核心的工程素养包括复杂问题的沟通能力、非常规问题的解决能力、自我管理和发展能力、系统思考能力......这些都是他们在未来的发展过程中非常重要的能力。

因此，工程素养同样具有一般性素养的核心特征：

第一，整合性;

第二，情境性;

第三，实践性;

第四，系统性;

第五，迁移性。

我们要培养学生的工程素养，就需要在项目的载体中让学生经历完整的、像工程师一样的设计和思考过程。

如何进行工程类项目设计？

那么，我们如何更好地在中小学开展工程教育呢?

目前我们所看到学校在进行工程类项目设计的过程中，往往是采用STEAM的方式，这种课程模式往往会简化成传感器、编程等一些固化的路径。

比如说设计自动浇水装置，在设计当中会明确几个步骤：第一步要进行硬件搭建，第二步开始编写程序，第三步进行组装和测试。

如果我们现在的工程类教育或者工程类项目都是让学生去做这样的事情，那么学生的工程素养是很难培养出来的。这种方式只是在固定程序下进行一些高阶版的手工劳动而已。

我们引入工程类项目，关键就是要避免固化的流程的思考，在制定材料和工具中进行手工操作，孩子的能力很难具备迁移性。

我们需要看到工程类项目独特的特征，比如说在真实而复杂的工程问题中进行探讨，他需要对工程问题进行界定、从工程的角度进行认知......这些都是工程实践中非常重要的内容。

图 | 夏雪梅博士 IEIC大会PPT分享

很多时候，我们往往在前端花的时间太少了。事实上在真正的工程领域中，工程师们会花很多时间在前端。这个问题到底意味着什么?想要解决这个问题，有哪些限制性的条件?成功意味着什么?他们会有非常多前端性的思考，然而在学校的工程教育中，我们并没有让学生经历完整的思考过程。

这种思考在幼儿园、小学、初中、高中不同阶段都是不一样的，其中涉及到建构从概念到实践的进阶性设计，融入明确的工程类的实践等。

目前我们在上海推进项目化学习的过程中，已经积累了1万多份案例，这几年来工程类项目存在一定的增长，但是当我们仔细去看这些案例质量的时候，相比于国际上的工程类项目设计，确实还有很大的差距，尤其在培养学生工程问题的界定、实践等方面，我们还有非常多探索的空间。

从刚才的角度，同样是设计自动浇水器，如果要培育工程类思维和实践，我们应该如何来做呢?首先要提出一个真实问题，比如我们可以创设两周的假期，假期中学校将会关闭，没有人照看学校的植物，该如何通过可获得的材料解决浇水的问题?接下来，学生就需要从工程师的角度进行思考和设计，这里面有什么样的问题?有哪些限制性条件?质量标准是什么?围绕这些内容，我们开展一系列工程的实践。

图 | 夏雪梅博士 IEIC大会PPT分享

在这个过程中，学生是主体，教师不是一个讲授者，他不会告诉学生应该怎么做，但是他会引导学生经历像工程师一样的思维方式，并且在必要的时候给予学生支持，引导学生分析驱动性问题。

同时，我们还要引入决策矩阵进行工程的分析，然后再去寻找适合的材料。是不是一定要用这种传感器呢?是不是一定要用这样的灌溉系统呢?答案肯定是多元的。在这些问题的驱动下，学生们可以主动思考、开展研究，结合真实世界中的情况进行设计，从而更好地培养工程师思维。

最后，工程类项目的推行和实践依旧需要漫长的时间，在这个过程中，我们需要予以老师更多典型的案例，也需要大家共同协作、持续探索。