我們要培養學生的工程素養，就需要在項目的載體中讓學生經歷完整的、像工程師一樣的設計和思考過程。
——摘自第六屆IEIC大會 夏雪梅分享
上海市教科院普教所副所長、上海學習素養課程研究所所長
夏雪梅 | 第六屆IEIC大會科技教育論壇專家報告
近年來，工程教育的重要性愈發凸顯，一系列與工程教育密不可分的重大工程，為中國的現代化建設提供了強有力的支撐。
而人工智能、虛擬現實等新一代信息技術的飛速發展，不但對學生的工程素養提出了新要求，也給學校的工程教育帶來了新挑戰。
當前，我國工程教育發展現狀如何?新技術的出現給工程教育帶來了哪些機遇?學校應該如何進一步加強工程教育，培養學生的工程素養?
在第六屆IEIC國際教育創新大會上，上海市教科院普教所副所長、上海學習素養課程研究所所長夏雪梅博士帶來《新時代科學教育背景下的工程類項目設計》專家報告。她針對為什么要做工程類的項目以及如何進行工程類項目的設計兩個問題進行了詳細闡述，并結合數據和案例給出了對策建議。
*以下內容摘自夏雪梅博士第六屆IEIC大會分享，為方便閱讀，以第一人稱視角陳述。
我們為什么要做工程類項目？
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?第二個是我們如何去進行工程類項目的設計。
首先，從新時代科學教育提出的要求上可以看到，雖然現在提倡“雙 減”，但在科學教育方面，在《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》等文件中都提到：要凸顯學生核心素養培養，強化年級學段有機銜接，統籌規劃科學教育與工程教育，體現實踐性、綜合性。
因此，在課程內容上增加相應的科學教育和工程教育，依舊是新時代教育改革的趨勢，這更需要我們在學與教的方式上進行優化，更好地實現跨學科學習和項目學習的變革。
以下是我國對課程標準的明確規定：
義務教育課程方案和課程標準(2022年版)提出了4大跨學科概念和13個學科核心概念。其中有2個和工程類有關，一個是工程設計與物化，強調以工程項目為載體的工程類實踐;第二個是技術、工程與社會，培養學生以科學的思維方式思考現實問題，強調科學實踐與社會實踐的緊密結合。
圖 | 夏雪梅博士 IEIC大會PPT分享
我們在看到這些學科核心概念的時候，能直接感受到這些概念并不僅僅是通過工程類的項目獨立進行的。我們還需要思考，像生命系統的構成層次、生物體的穩態與調節......這些學科概念在探討的過程中，是否可以結合工程設計與物化，進行相應整合呢?甚至在其它11個學科核心概念落實的過程中，是否能和工程類的2個概念結合起來，進行項目設計?這樣不僅能節省課時，還能有效發揮跨學科設計的作用。
從2015年開始，我們系統性地開展了國際科學教材的分析比較工作，在這過程中，我們發現很多教材會把工程類項目作為單獨的單元，并且把工程類項目和其它的學科教學整合起來，通過工程任務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，就會發現在它所提供的命題測評當中，很多命題的設計是通過工程類問題的情境去評測學生的閱讀能力的。
比如說在一個樣題當中，它會以火星探測的線上互動方式作為整個測評背景。看上去這似乎是和物理、地球科學相關的內容，但是它真正測評的是學生的閱讀理解、寫作能力以及進行復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準、學科教學、日常教學相互融合，不單單是一個獨立評估系統，而是和物理、化學、生物等日常學科進行整合。
除了科學課程標準外，在通用技術課程標準中也會涉及到技術意識、工程思維、創新設計、物化能力表達等核心素養，這些都和工程教育、工程素養具有密切的關系。
在美國新一代的科學教育標準當中，也將“科學與工程”整體納入了科學教育的概念和實踐體系中——他們提出的是三維一體的目標測評系統，把工程、技術和科學應用整合在一起，進行教學和測評。
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從這個意義上講，如果我們今天只是把工程教育、工程素養當作是素養教育之外增加的一門校本課程，那么對于孩子的發展來講，它的意義不大。
為什么今天在國際上會將工程素養置于學校教育系統中思考?它并不是簡單地增加一個課程內容、一個課時，它和數學、語文等其它學科的核心素養是一樣的，只不過我們需要培養學生在工程領域中可遷移的核心能力。
根據OECD、歐盟對核心素養的定義，工程素養可以認為是學生在工程類活動中所發展出來的滿足復雜需要的能力，是一系列可遷移的、多功能的知識、技能、態度的集合。
如果我們站在這個意義上理解，我們對于工程素養的定位就會發生一定的變化。學生核心的工程素養包括復雜問題的溝通能力、非常規問題的解決能力、自我管理和發展能力、系統思考能力......這些都是他們在未來的發展過程中非常重要的能力。
因此，工程素養同樣具有一般性素養的核心特征：
第一，整合性;
第二，情境性;
第三，實踐性;
第四，系統性;
第五，遷移性。
我們要培養學生的工程素養，就需要在項目的載體中讓學生經歷完整的、像工程師一樣的設計和思考過程。
如何進行工程類項目設計？
那么，我們如何更好地在中小學開展工程教育呢?
目前我們所看到學校在進行工程類項目設計的過程中，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。
比如說設計自動澆水裝置，在設計當中會明確幾個步驟：第一步要進行硬件搭建，第二步開始編寫程序，第三步進行組裝和測試。
如果我們現在的工程類教育或者工程類項目都是讓學生去做這樣的事情，那么學生的工程素養是很難培養出來的。這種方式只是在固定程序下進行一些高階版的手工勞動而已。
我們引入工程類項目，關鍵就是要避免固化的流程的思考，在制定材料和工具中進行手工操作，孩子的能力很難具備遷移性。
我們需要看到工程類項目獨特的特征，比如說在真實而復雜的工程問題中進行探討，他需要對工程問題進行界定、從工程的角度進行認知......這些都是工程實踐中非常重要的內容。
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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，然而在學校的工程教育中，我們并沒有讓學生經歷完整的思考過程。
這種思考在幼兒園、小學、初中、高中不同階段都是不一樣的，其中涉及到建構從概念到實踐的進階性設計，融入明確的工程類的實踐等。
目前我們在上海推進項目化學習的過程中，已經積累了1萬多份案例，這幾年來工程類項目存在一定的增長，但是當我們仔細去看這些案例質量的時候，相比于國際上的工程類項目設計，確實還有很大的差距，尤其在培養學生工程問題的界定、實踐等方面，我們還有非常多探索的空間。
從剛才的角度，同樣是設計自動澆水器，如果要培育工程類思維和實踐，我們應該如何來做呢?首先要提出一個真實問題，比如我們可以創設兩周的假期，假期中學校將會關閉，沒有人照看學校的植物，該如何通過可獲得的材料解決澆水的問題?接下來，學生就需要從工程師的角度進行思考和設計，這里面有什么樣的問題?有哪些限制性條件?質量標準是什么?圍繞這些內容，我們開展一系列工程的實踐。
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在這個過程中，學生是主體，教師不是一個講授者，他不會告訴學生應該怎么做，但是他會引導學生經歷像工程師一樣的思維方式，并且在必要的時候給予學生支持，引導學生分析驅動性問題。
同時，我們還要引入決策矩陣進行工程的分析，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呢?答案肯定是多元的。在這些問題的驅動下，學生們可以主動思考、開展研究，結合真實世界中的情況進行設計，從而更好地培養工程師思維。
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，也需要大家共同協作、持續探索。
