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工程作為科學、技術(shù)、工程和數(shù)學（STEM）學科的組成部分之一，被譽為STEM學科的粘合劑和實現(xiàn)課程整合的催化劑，可以為學生提供知識應用和跨學科學習的真實情境和機會，幫助學生了解數(shù)學、科學和技術(shù)與周圍環(huán)境的相關(guān)性，增加學習興趣，成為創(chuàng)造性的問題解決者。2000年以后，伴隨著國際中小學科學教育與技術(shù)教育的學科轉(zhuǎn)型，中小學工程學習的重要性日益凸顯，包括我國在內(nèi)的許多國家都以科學或技術(shù)課程為載體納入工程學習內(nèi)容。[1] 美國工程教育協(xié)會（American Society for Engineering Education）和P-12工程教育卓越推進組織（Advancing Excellence in P-12 Engineering Education）牽頭，匯集32個州的300多位工程教育者、管理員、研究人員、行業(yè)代表等，建立了P-12工程教育共同體，經(jīng)過3年的研制，于2020年11月聯(lián)合發(fā)布《P-12工程學習框架》（Framework for P-12 Engineering Learning，下文簡稱《框架》）。下文就《框架》的主要內(nèi)容和特點進行分析，以期為我國P-12工程教育實踐提供參考。 （一）愿景和目標定位 目前，世界范圍內(nèi)的P-12工程學習多以STEM教育的形式開展，將培養(yǎng)學生的STEM素養(yǎng)作為目標。[2]但是，現(xiàn)有的許多STEM教育實踐往往被視為常規(guī)教育以外的一種“消遣”，加上STEM是一個內(nèi)涵廣泛的術(shù)語，其各個組成部分在實踐中往往受到不同程度的弱化，因而很難真正落實跨學科教學。工程是一種涉及應用科學、數(shù)學和技術(shù)知識，設(shè)計、開發(fā)和評估產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，優(yōu)化問題解決方案，進而解決問題的過程，具有整合性和真實性的特點，在促進學生跨學科學習上具有天然的學科優(yōu)勢。美國發(fā)布的《框架》的愿景和目標定位是確保每個學生，無論種族、性別、能力、職業(yè)以及社會經(jīng)濟地位，都有機會通過學校學習培養(yǎng)工程素養(yǎng)，成為能夠理解工程、能夠適應未來職場和社會并充分發(fā)展的公民；指出有效的工程學習可以彌補現(xiàn)有STEM教學實踐中的缺陷，實現(xiàn)STEM教育愿景；倡議為所有學生提供公平的、具有一致性和連貫性、體現(xiàn)真實性和深度的工程學習機會，促進P-12工程學習的普及和高質(zhì)量發(fā)展。[3] 為進一步明確工程學科在P-12教育系統(tǒng)中的定位，《框架》進一步闡明了科學和工程兩門學科的聯(lián)系和區(qū)別。一方面，科學和工程作為兩門獨立的學科，二者具有本質(zhì)區(qū)別，可以體現(xiàn)在科學家和工程師的工作實踐中?？茖W家的工作是發(fā)現(xiàn)世界的過程，專注于了解自然現(xiàn)象及其中的相互關(guān)系，而工程師的工作是改造世界的過程，需要解決問題，創(chuàng)造新事物。另一方面，《框架》指出科學和工程之間也有密切的聯(lián)系，人們對周圍世界了解得越多，就越容易完善自己的想法來改造世界。 （二）內(nèi)容結(jié)構(gòu)及成就期望 《框架》認為，具備工程素養(yǎng)的人是具備工程思維的綜合學習者，能夠“在工程情境（人造世界）中將內(nèi)容知識、思維習慣、實踐能力（如交流、思考和執(zhí)行）以一種有意義的方式進行整合”[4]?！犊蚣堋犯鶕?jù)相關(guān)研究，將P-12工程學習內(nèi)容劃分為三個維度，每一個維度下詳細劃分了下位概念。第一個維度是工程思維習慣———一種個人特征和思維方式。《框架》期望學生中學畢業(yè)時，能夠?qū)⒐こ趟季S融入自己的思維方式，在參與或解決與工程相關(guān)的活動或問題時能夠形成自動反應，包括樂觀、堅持、合作、創(chuàng)造力、責任心和系統(tǒng)思維六個下位概念。第二個維度是工程實踐——在工程領(lǐng)域從事的實踐活動?！犊蚣堋菲谕麑W生中學畢業(yè)時能完全勝任四種工程實踐：工程設(shè)計、材料加工（制造）、定量分析和專業(yè)性實踐。第三個維度是工程知識———學生在工程實踐過程中可以識別并能夠在適當?shù)臅r候利用的相關(guān)概念，可以指導學生以一種分析性、預測性、可重復性和實用性的方式解決問題。工程知識跨越三個知識領(lǐng)域：工程科學、工程數(shù)學和工程技術(shù)應用。工程知識維度是P-12工程學習內(nèi)容中的一個輔助性維度?！犊蚣堋分赋?，學生在工程知識方面的發(fā)展往往晚于工程思維的發(fā)展，許多學生在高中畢業(yè)時也無法完全深入了解這些領(lǐng)域的全部概念性知識，但他們應該養(yǎng)成工程思維習慣，并應具備完成一項工程實踐所必需的基本知識和能力。 同時，在學習內(nèi)容及其表現(xiàn)形式的基礎(chǔ)上，《框架》明確指出學生高中畢業(yè)時應該實現(xiàn)的成就期望（見表1）。 （三）實施原則 為保障P-12工程學習的高質(zhì)量普及，促進學生工程思維的養(yǎng)成，《框架》提出六項指導原則。一是將公平作為首要原則?！犊蚣堋氛J為教育策略深刻地影響著學校實踐和學生行為，P-12工程學習實踐必須采用將公平作為首要原則的教學策略和方法，以學生的個人需要為依據(jù)提供教育支持，確保所有人都能養(yǎng)成工程素養(yǎng)。二是力求工程學習的真實性?！犊蚣堋氛J為真實性體現(xiàn)了工程的學科特性，與工程相關(guān)的教學活動應該以一種真實的、相關(guān)的方式準確地教授。三是關(guān)注工程學習的深度?！犊蚣堋氛J為基礎(chǔ)教育階段的工程學習目標和內(nèi)容應該具備三個特征———必要性、具體、高度情景化，從而使工程概念不那么抽象。建議在日常教學實踐中，不要設(shè)定諸如“應用工程設(shè)計過程來解決問題”等廣泛的學習目標，而應將學習目標具體到滿足學生特殊需要的層次上。四是建立在學生解決問題的能力之上?！犊蚣堋氛J為具備工程素養(yǎng)的個體在解決問題時采用的方法往往是結(jié)構(gòu)化的，且更能體現(xiàn)工程的學科特性。因此，工程教育活動中應該有意識地引導學生從常規(guī)的、通用的方法轉(zhuǎn)向更嚴格的工程實踐方法。五是重視制作活動，將其視為激勵學生主動學習的一種教育形式。制作活動是一種體驗式學習活動，可以引導學生進行知識建構(gòu)，使其在真實情景中學習，應該成為學生進行工程實踐、應用知識的一種學習形式。六是與學生的興趣、文化和經(jīng)驗建立聯(lián)系?！犊蚣堋氛J為包容性的工程學習可以幫助學生減少學習過程中和從事相關(guān)職業(yè)面臨的潛在障礙，學校要有意識地讓學生感受到工程學習與日常生活的聯(lián)系，指導學生以更具個性化的方式形成自己的工程學習體驗。[4] 表1 P-12工程學習的內(nèi)容結(jié)構(gòu)及成就期望[4]  除了《框架》，美國還曾發(fā)布多份涉及P-12工程學習的相關(guān)文件，包括2013年發(fā)布的《下一代科學教育標準》（Next Generation Science Standards,NGSS），美國國家教育進展評估（National Assessment of Educational Progress）于2018年發(fā)布的《技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》（Technology and Engineering Literacy Framework,TEL），美國國際技術(shù)與工程教育者協(xié)會（International Technology and Engineering Educators Association）于2020年發(fā)布的《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》（Standards for Technological and Engineering Literacy,STEL）。這三個文件受到學者廣泛重視，下文基于NGSS、TEL和STEL三份文件，結(jié)合國內(nèi)學者的解讀，對《框架》的特點進行分析。 （一）具有基礎(chǔ)性和全面性，實現(xiàn)對工程概念的澄清 《框架》為學生提供了一個具有基礎(chǔ)性和全面性的工程學習愿景圖?！犊蚣堋方⒃诿绹延械墓こ虒W習實踐之上，明確將工程教育定位為貫穿P-12階段，發(fā)展學生工程素養(yǎng)的普通教育。在《框架》出臺之前，以美國為代表的工程學習實踐更多地是以已有的科學或技術(shù)學科為載體，工程在其中扮演著“助手”的角色，其本質(zhì)是引入工程以改善另一學科。比如，NGSS納入工程內(nèi)容的出發(fā)點是給予學生更多應用科學知識的學習機會，通過“做”和“實踐”提高學生的科學學習興趣進而改善學生的學業(yè)成績，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。[7]相比于其他政策文本，工程在《框架》中具有學科主體地位，著眼于提供共同的認知基礎(chǔ)以改善和提升中小學工程教育。同時，《框架》中提供的工程三維學習框架實現(xiàn)了對工程概念的澄清，由于過去缺乏明確的標準和定義，已有的相關(guān)標準在呈現(xiàn)的內(nèi)容以及表述方式上都存在差異，導致基于標準的教育實踐往往存在不全面以及概念不清晰的問題。政策文本間存在的概念不全面、彼此混淆以及表述不清的現(xiàn)象，極大影響了中小學工程教育的進一步發(fā)展?！犊蚣堋坊谶@一點，試圖通過厘清概念，減少教育實踐中存在的歧義和誤解，促進P-12工程學習的高質(zhì)量普及。 （二）關(guān)注工程的學科本質(zhì)，明確工程教育在P-12教育系統(tǒng)的定位 闡明工程學科本質(zhì)，有利于為中小學工程教學和學習提供保障?！犊蚣堋穼こ虒W科本質(zhì)的關(guān)注表現(xiàn)在工程學科的獨立性、工程學習的整合性和工程學習的真實性三個方面。首先，基于大部分學校都以STEM課程為載體進行工程教育，《框架》強調(diào)了工程學科的獨立性，即與數(shù)學、科學等課程一樣，工程學科也有其獨特的發(fā)展價值，是關(guān)于人造世界的學科，與社會世界和自然世界并列，與人類生活密切相關(guān)。[8]因而，在P-12教育系統(tǒng)中，工程學科應該被落實為學校主流課程的必要組成部分。其次，《框架》發(fā)布的目標是改善和加強已有的STEM課程標準，強調(diào)工程學科所具有的天然跨學科性，認為P-12工程學習要與其他STEM學科相結(jié)合，通過跨學科的方式開展，同時也要保障工程學習的質(zhì)量和深度。最后，《框架》重視P-12工程學習的真實性，強調(diào)教學實踐要提供與學生的社會文化經(jīng)驗相結(jié)合的實例。在學科本質(zhì)這一點上，《框架》與其他三個工程學習文件具有一致性。NGSS、TEL和STEL也較為關(guān)注工程學科的特性，它們都是借助其他學科整合工程教育實踐，注重澄清科學、工程和技術(shù)之間的復雜關(guān)系。此外，STEL中的“技術(shù)與工程情境”以及NGSS中的“工程、技術(shù)與社會的聯(lián)系”都突顯了對學科真實性的關(guān)注。[9] （三）強調(diào)工程學習要適應學生的發(fā)展 《框架》非常重視工程學習與學生發(fā)展的匹配程度，指出工程素養(yǎng)的形成是循序漸進且具有階段性的，對學生中學畢業(yè)應該達成的成就期望進行了規(guī)定，允許開發(fā)者依據(jù)學生的發(fā)展情況進行靈活調(diào)節(jié)。此外，《框架》明確提出建議，工程思維習慣的養(yǎng)成要早于工程知識的獲得，小學階段就可以培養(yǎng)學生的工程思維，工程實踐可以貫穿整個P-12階段并逐漸增加難度，而工程知識作為一個輔助概念，要到高年級及以后才有可能全部實現(xiàn)。結(jié)合《框架》的主要內(nèi)容和特點，根據(jù)我國目前中小學工程教育現(xiàn)狀，提出以下兩點建議。 （一）提升工程學習意識，建立并完善中小學工程教育體系 我國的中小學工程學習實踐主要是以科學教育為載體，2017年發(fā)布的《義務教育小學科學課程標準》中設(shè)置了“技術(shù)與工程”模塊，現(xiàn)有的教科書中也在一定程度上呈現(xiàn)了工程內(nèi)容。在實踐中，工程學習大多以STEM教育的形式作為科學教學的補充，尚未發(fā)展成為日常教學的必要組成部分。但正如《框架》所說，工程與科學是一體兩面的，其學科思維有本質(zhì)上的區(qū)別。我國中小學階段的工程教育還是一個尚在發(fā)展的新興領(lǐng)域，其發(fā)展與落實是一個大規(guī)模、長期性的工程，我國可從政策層面推動中小學跨學科工程教學的實施，并進一步跟進高質(zhì)量課程以及教師培養(yǎng)項目的開發(fā)，塑造教育生態(tài)，落實工程學科在中小學日常教學中的地位。 （二）構(gòu)建P-12工程學習共同體，推進本土化研究和實踐 美國各界對中小學工程教育的關(guān)注時間較早，且分布廣泛，涉及美國國家工程院、各民間工程教育組織、學校、教師等，形成了研究和實踐共同體，在學術(shù)研究和實踐上均取得了較為成熟的成果與經(jīng)驗。我國目前雖然已有學者針對中小學工程教育展開了一定程度的研究，但總體上仍處于起步階段，發(fā)展不足[10]，大部分研究更多著眼于概念澄清、價值陳述以及國外經(jīng)驗的描述，針對P-12工程學習的進階、課程、教學、評估、專業(yè)發(fā)展等方面缺乏有深度的本土化研究。因此，建議建設(shè)工程學習研究共同體，加強P-12工程教育學術(shù)研究，為中小學工程教育課標完善、課程開發(fā)、教師培養(yǎng)等提供理論基礎(chǔ)和實踐支持。參考文獻[1] 時慧，李鋒．面向國際競爭力的新工程教育研究---基于K-12課程標準的國際比較[J]．比較教育研究，2020,42(10):66-73． [2] UNESCO International Bureau of Education.Exploring STEM competences for the 21st century[R].Geneva:UNESCO International Bureau of Education,2019． [3] STRIMEL G J.A P-12 engineering learning framework:expectations and resources toward achieving engineering literacy for all[C].Washington D C:American Society for Engineering Education,2021． [4] [5][6]American Society for Engineering Education.Framework for P-12 engineering learning[EB/OL].(2020-11-20)[2022-03-04].https://p12framework./wp-content/uploads/2020/11/Framework-for-P-12-Engineering-Learning-1.pdf． [7] 王磊，黃鳴春，劉恩山．對美國新一代《科學教育標準》的前瞻性分析---基于2011年美國《科學教育的框架》和1996年《國家科學教育標準》的對比[J]．全球教育展望，2012,(6):83-87． [8] DUGGER W E,Jr.The relationship between technology,science,engineering,and mathematics[J].The technology teacher,1994,53 (7):5-23． [9] 蘇洵，丁邦平．美國Pre K-12年級技術(shù)與工程素養(yǎng)標準解讀與啟示[J]．比較教育學報，2021(2):150-166． [10] 邢志強，王偉賓．新時代我國中小學工程教育的必要性與對策---基于高校與中小學教育融合的視角[J]．首都師范大學學報(社會科學版)，2021(4):160-168. （世界教育信息 2022,35(10),75-79）
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