■聚焦科學教育·實踐

　　在杭州市文海實驗學校，教師徐翔現場扮演起國家航天局總工程師。他發布月球太空基地的設計制作任務，要求學生組建創業公司參與招標。查閱資料、頭腦風暴、原型制作、改進原型……在一次次實踐探索中，學生設計的產品不斷迭代，思維迸發出朵朵燦爛的火花。

　　這是浙江省近年來探索中小學工程啟蒙教育的一個縮影。為了找到合適的路徑，浙江省通過落實通用技術課程，推進以工程為核心的跨學科教育，創新工程設計的教學實踐，在勞動教育中嵌入工程教育，培養學生的科學素養和創新能力。

　　工程思維如何培養

　　“工程教育的關鍵是培養學生的工程思維。”浙江省教育廳教研室主任任學寶說。

　　在浙江省推進工程教育的過程中，普通高中通用技術課程成為重要陣地。據了解，通用技術課程的五大學科核心素養是技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力，其必修模塊以設計過程、結構、流程、系統、控制等工程核心概念為基礎，選擇性必修中設置了“技術與工程系列”。

　　通用技術課程的目標設置正契合了工程教育的導向，被浙江省納入高考科目后，以工程思維培養為目標的“問題嵌入式”實踐教學方興未艾。該模式以問題為指引，引導學生在真實情境中實踐，像工程師那樣思考和解決問題。

　　在參加英國駐華大使館舉辦的“節能減排、綠色環保”主題活動時，杭州外國語學校學生想到校園內有兩個高度有落差的人工湖，湖水常年從上游流到下游，夜晚維護人員還會利用峰谷電將下游的水抽到上游。

　　可不可以嘗試利用校園上下游兩湖的水落差發電，為夜晚較暗的湖邊提供照明?學生提出了奇思妙想，教師適時提供“基于工程思維的問題鏈”作為支架，將其分解成若干個問題：上下游之間的水流量有多大?發電機有哪些類型，如何安裝?利用現有設備可以發多少電?……

　　學生一絲不茍地對幾十個問題作出解答，通過調查、測量、計算、建模，已學的知識被應用起來，對未知的知識嘗試探究。最終，學生運用軟件進行三維建模，設計出了整個發電系統。

　　學校通用技術教師張鵬峰介紹說，學生在解決工程問題的過程中，學習的主動性和成效遠高于課堂講授式的教學。目前，該校已開設培養工程思維的系列選修課，并組建了機器人、電子創客、太空城市等學生社團。學生開發出幫助老年人起身站立的拐杖、養老院專用防滑墊、倒酒機器人、電子無弦吉他等作品，并在國際太空城市設計大賽中獲得亞太區亞軍的好成績。

　　工程設計如何有效實踐

　　浙江省是全國最早開展STEM教育的省份之一，陸續培養了600多名STEM教學的骨干教師，為工程教育的開展提供了有利條件。這些教師將一些以工程設計為核心的項目帶回學校，再在實踐中總結工程設計教學的經驗，開發了不少以工程為主線的教育項目。

　　記者在溫州市實驗中學“智能門禁系統的設計與制作”項目。學生應用電路連接基本方式、磁體之間相互規律與磁場、電磁鐵的結構與功能等知識，按照工程設計流程，完成了以電磁鐵為核心的智能門禁系統模型建構、制作與應用的過程。

　　執教教師徐墨涵告訴記者，他在開展跨學科教育探索的3年中發現，可以在科學、數學、信息技術課程中滲透工程教育。比如“智能門禁系統的設計與制作”項目，側重以科學為主，需要運用電磁學等科學方面的知識設計門禁系統核心部件，同時也需要運用工程思維進行系統分析，還需要運用比例和工藝方面的知識來制作模型。

　　浙江省很早就嘗試以親歷勞動實踐與工程啟蒙教育來推動勞動教育實施，以體現“浙江服務+浙江制造”模式下的勞動新形態。在浙江省級教材《勞動》中，五年級與九年級各安排4個以設計為線索的綜合性勞動項目，將工程教育嵌入勞動教育之中。

　　例如在教學《勞動》教材六年級項目二“電子垃圾的再生設計”時，杭州市保俶塔實驗學校教師吳琳按照電子產品消耗調查、電子產品的內部探秘、電子垃圾的再生設計的任務鏈組織學生學習與實踐。在學習過程中，學生不僅以工程和設計思維展開思考，實現產品的再生利用，還感受到每一件產品背后的勞動智慧和心血，對勞動創造美好生活有了更為深入的理解。

　　工程教育如何普及推廣

　　在通用技術課程、科學教育、STEM教育、勞動教育等多路徑的推動下，目前浙江省有近千所學校正在探索工程啟蒙教育，10萬名中小學生參與到技術與工程實踐中。

　　“《中國制造2025》把提高創新設計能力作為實現制造強國的戰略重點，在基礎教育階段提升青少年的設計能力有其必要性。”浙江省教育廳教研室副主任張豐說。

　　浙江省于2018年啟動設計課程實驗，開發了聚焦設計思維的中小學設計課程，確定“感知與設計”“技術與設計”“系統與設計”三個方向為課程主軸，形成從啟蒙體驗到應用實踐、貫穿小學到高中的系列設計項目，如“設計偵探”“仿生設計”“游戲化設計”“空間設計”等。

　　設計課程讓學生體會身邊的工程實踐。不同年齡的學生都可以在經歷同理心思考、問題定義、方案設計、制作測試的過程中，理解基本的工程思維，體驗解決開放性問題的挑戰，提升思維與實踐能力。設計思維的引入，降低了工程教育的門檻，受到學校廣泛歡迎。

　　例如，杭州綠城育華親親學校的“嬰兒產品改進設計”項目，在“二孩”政策背景下，提出“如何利用身邊現有材料設計并制作出能更好照顧嬰兒的用品”，讓七年級學生結合父母在照顧“二寶”過程中遇到的困難，為家里的弟弟或妹妹制作嬰兒用品。

　　該校的陳燕燕老師表示，設計課程打開了學生工程學習的思維空間，學生可以充分挖掘復雜世界中隱含的信息。其中一組學生通過觀察發現，父母給嬰兒洗澡時蹲著非常辛苦，所以想到設計一個可以上升下降的洗浴盆。“這樣的同理心和移情思考可以幫助學生發現有意義的問題，有價值的創新設計就此萌生。”

　　據了解，該校工程設計課程從一年級到八年級全員普及，每周兩課時連上，共有16個項目正在實施。為給學生提供支持，學校發展了同理心定義表、問題價值權衡表、“635法”等工程思維工具。兩年來，有3個學生項目獲得國家專利。

　　(正文結束)