工程素養(yǎng)：關(guān)鍵要素與培養(yǎng)策略

》 譚姣連

博士，教授，碩士生導(dǎo)師。廣西中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0專家委員會委員，廣西首屆基礎(chǔ)教育（義務(wù)教育信息技術(shù)）教學(xué)指導(dǎo)專業(yè)委員會委員，中小學(xué)通用技術(shù)國家教材建設(shè)重點研究基地兼職研究員。研究方向為信息化教學(xué)設(shè)計、STEM教育與創(chuàng)客教育、中小學(xué)技術(shù)與工程教育等。主持在研課題：國家社會科學(xué)基金“十四五”規(guī)劃2021年度國家一般課題“基于場域理論的中小學(xué)技術(shù)與工程素養(yǎng)教育研究”等。

》 魏 寧

北京市東城區(qū)教育科學(xué)研究院研修員，《中國信息技術(shù)教育》雜志特約撰稿人/專欄作者。

為什么：工程素養(yǎng)在今天為何重要？

魏寧：在近年來的基礎(chǔ)教育中，“工程”這個概念受到越來越多的重視，出現(xiàn)的頻率也越來越高。例如，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，對信息科技的界定是“信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過程和工程實現(xiàn)”。《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中的“三維設(shè)計與創(chuàng)意”“開源硬件項目設(shè)計”等模塊，都提出了要利用工程的相關(guān)知識，發(fā)展學(xué)生的工程思維。在STEM教育中，工程（E）更是構(gòu)成要素之一。近年來，您一直關(guān)注并研究工程素養(yǎng)及其培養(yǎng)策略，首先想請教您的是，為什么與工程相關(guān)的思維、素養(yǎng)在今天變得越來越重要呢？

譚姣連：首先，當(dāng)今社會，工程技術(shù)已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面，直接影響人們的職業(yè)水平、生活品質(zhì)和社會文化。因此，人們需要更多地理解技術(shù)對生活、社會和環(huán)境的影響，以及如何使用和開發(fā)技術(shù)產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程來擴展能力，也就是說，技術(shù)與工程素養(yǎng)早已成為人們生存與發(fā)展的基本技能。

站在“百年未有之大變局”的背景下來看，國家間的競爭在根本上是科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域的競爭，這讓獨立自主發(fā)展我國的工程技術(shù)成為一項重要任務(wù)。而我國是一個制造大國，按照國家戰(zhàn)略部署的要求，我國將在2045年建成世界領(lǐng)先的制造強國，要實現(xiàn)這一目標(biāo)，離不開大量優(yōu)秀的工程技術(shù)人才。我們欣喜地看到，今年1月，首屆“國家工程師獎”隆重頒獎，這是以黨中央、國務(wù)院名義對我國卓越的工程師進行的獎勵，對廣大工程技術(shù)人員是一個極大的激勵，也提高了工程師的社會地位。隨著工程技術(shù)的重要性在國家戰(zhàn)略地位中的凸顯，培養(yǎng)適應(yīng)未來的工程建設(shè)者也成為基礎(chǔ)教育的一個重要任務(wù)，而工程思維、工程素養(yǎng)作為一種工程基本技能，自然受到了普遍重視。

魏寧：我和一些中小學(xué)信息科技教師進行過交流，明顯感覺到，一方面，大家對6119f2ed07ffbb2eaad12470fd01b868b91d51f7e0c0dc12618e1239b076d4c1工程越來越重視，但另一方面，又不知道該怎樣培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。STEM教育已提出多年，但感覺工程（E）在其中是相對薄弱的一環(huán)。您如何看待這一現(xiàn)象？

譚姣連：這確實是當(dāng)前的現(xiàn)狀，在世界各國這都是普遍存在的，有學(xué)者把這種現(xiàn)象稱為中小學(xué)工程教育的“沉默”或“隱身”狀態(tài)。我想，造成這一狀況的原因是多方面的。

首先，國際上，工程教育進入中小學(xué)也是近幾十年才逐漸引起關(guān)注的，在我國的基礎(chǔ)教育中，至今尚無專門的工程課程，雖然在高中階段的信息技術(shù)、通用技術(shù)以及義務(wù)教育階段的信息科技、科學(xué)等課程標(biāo)準(zhǔn)中涉及了工程相關(guān)的內(nèi)容，但仍然缺乏系統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容體系和教學(xué)指導(dǎo)建議等。而在STEM或創(chuàng)客教育中，工程僅僅體現(xiàn)為某些項目的情境或線索，并未深入挖掘。

其次，我們對工程這一概念的理解還存在一定的誤區(qū)。我曾經(jīng)對我國工程領(lǐng)域的知名專家進行過訪談，其中有專家就談到，長期以來，我們從專家到普通公眾，都習(xí)慣使用科技、科技工作者這樣的概念，但其實這個“科技”概念中是包含工程的，“科技工作者”也涵蓋了科學(xué)家、技術(shù)人員和工程師。但這些稱呼卻給大眾造成了誤解，要么認為科技中沒有工程，要么認為工程是技術(shù)的一部分，無論哪種認識，都導(dǎo)致了工程這個概念的缺失。我們的很多學(xué)生在上大學(xué)之前，對工程是幾乎不了解的，我曾經(jīng)采訪過一些工程專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生，問他們當(dāng)初為什么填報工程專業(yè)，他們的回答是“其實我并不知道什么是工程”，只不過是老師或家長讓他去填報的。

此外，現(xiàn)階段我們中小學(xué)科學(xué)、信息科技、通用技術(shù)等學(xué)科的教師大多是師范院校畢業(yè)的，本身沒有工程專業(yè)背景，職前職后均缺乏必要的工程理論與實踐教育，自身在工程思維和素養(yǎng)方面不足。

以上種種原因，造成了當(dāng)前中小學(xué)工程素養(yǎng)教育較為薄弱的現(xiàn)狀。

有什么：工程素養(yǎng)中有哪些關(guān)鍵要素？

魏寧：正如您上面所說，當(dāng)人們對工程的認識和理解還存在誤區(qū)的時候，中小學(xué)生的工程素養(yǎng)是不可能得到很好的培養(yǎng)的。要想有效地培養(yǎng)中小學(xué)生的工程素養(yǎng)，我們是否應(yīng)該首先搞清楚工程素養(yǎng)中有哪些關(guān)鍵要素？它包含了哪些基本的能力、思維、品質(zhì)？您在這方面做了不少有益的探索，能否談?wù)勀睦斫猓?/p>

譚姣連：確實如此，要想培養(yǎng)中小學(xué)生的工程素養(yǎng)，就需要系統(tǒng)規(guī)劃相應(yīng)的目標(biāo)和內(nèi)容體系，探索有效的培養(yǎng)途徑和策略。首先要做的，就是明晰工程素養(yǎng)中包含哪些關(guān)鍵要素，這樣我們才能知道該培養(yǎng)什么、怎么培養(yǎng)以及如何評價。

我把這些關(guān)鍵要素總稱為“工程核心素養(yǎng)”，這是因為基礎(chǔ)教育是一種面向全體學(xué)生的普及教育，并不是直接去培養(yǎng)工程領(lǐng)域的專業(yè)人才的，因而更關(guān)注的是學(xué)生應(yīng)具備的、能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。工程核心素養(yǎng)指的就是中小學(xué)生在經(jīng)歷工程問題解決相關(guān)的學(xué)習(xí)與實踐活動中，逐步積淀形成的能基本體現(xiàn)工程思維特征的關(guān)鍵能力和必備品質(zhì)。

在文獻調(diào)研和專家訪談、咨詢的基礎(chǔ)上，我對工程核心素養(yǎng)的要素進行了梳理，認為中小學(xué)工程核心素養(yǎng)應(yīng)圍繞解決問題和責(zé)任擔(dān)當(dāng)這兩個核心關(guān)鍵展開，涵蓋以下幾個方面：

第一是工程基礎(chǔ)認知。這是關(guān)于工程的最初級的認知，包括工程及行業(yè)認知，工程核心概念與方法，工程、社會與可持續(xù)發(fā)展要素等。要讓學(xué)生逐步理解工程是什么，工程與科學(xué)、技術(shù)之間的關(guān)系，系統(tǒng)、資源、約束、優(yōu)化、權(quán)衡、建模、過程、控制等核心概念，熟悉工程設(shè)計的基本過程和方法，認識到工程與社會、環(huán)境的相互影響，工程師的社會責(zé)任和倫理規(guī)范等。

第二是工程問題解決。指通過嘗試解決具體問題，從而獲得初步的問題解決能力，包括問題識別與評估、科學(xué)/技術(shù)探究與應(yīng)用、權(quán)衡設(shè)計與實施、數(shù)據(jù)/信息獲取與分析要素等。與一般的問題解決不同，工程問題解決更強調(diào)在一定的約束條件下，解決具有情境性、復(fù)雜性、綜合性的問題。

第三是工程思維習(xí)慣，也就是我們所說的工程思維。指的是在長期工程學(xué)習(xí)與實踐過程中形成的相對穩(wěn)定的、影響較大的思維模式，主要包括了系統(tǒng)思維、批判性思維、創(chuàng)造性思維等。和科學(xué)思維不同，工程思維是一種“籌劃型實體思維”，也是一種“造物思維”。學(xué)習(xí)工程思維，也就是我們常說的要“像工程師一樣思考問題”。

第四是個人發(fā)展與團隊工作。工程的顯著特點是社會性、綜合性和跨學(xué)科性，既需要個人發(fā)展，也需要團隊工作，溝通交流、團隊合作、自主與終身學(xué)習(xí)是其基本要素。

第五是工程精神與責(zé)任倫理。這是工程師特有的精神品質(zhì)與社會責(zé)任，包括了樂觀堅韌、責(zé)任與道德規(guī)范等。

綜合來看，中小學(xué)生工程核心素養(yǎng)的目標(biāo)定位不宜過高。我認為，培養(yǎng)中小學(xué)生的工程素養(yǎng)，一定要符合學(xué)生的發(fā)展規(guī)律。首要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的工程興趣和工程精神品質(zhì)的傳承，在此基礎(chǔ)上，循序漸進地開展工程問題解決能力和工程思維等的培養(yǎng)。

魏寧：我注意到，在您描述的工程核心素養(yǎng)中，特別包括了工程精神與責(zé)任倫理。當(dāng)今科技的快速發(fā)展，帶來了眾多的倫理問題，人們對與科技有關(guān)的倫理問題格外關(guān)注，像“信息社會責(zé)任”也是信息科技課程的核心素養(yǎng)之一，對于工程精神與責(zé)任倫理，您是怎么考慮的？它又該如何培養(yǎng)呢？

譚姣連：是的，任何一項工程活動都和現(xiàn)實世界緊密相連。一個優(yōu)秀的工程師，雖然他的能力很強，但如果精神品質(zhì)方面出了問題，沒有社會責(zé)任感，那將是致命的，所以，培養(yǎng)學(xué)生的工程精神與責(zé)任倫理尤為重要，我們將它列為了工程核心素養(yǎng)之一。

具體說，它又分為兩個方面。一方面是樂觀堅韌，因為工程師首先要熱愛，才愿意投入精力，同時在工作中經(jīng)常需要面對各種實際問題，這和面對學(xué)科學(xué)習(xí)還是有區(qū)別的，那在解決問題的過程中如何面對困難和挫折，這時就需要具有樂觀堅韌的品質(zhì)。

其實，樂觀堅韌的品質(zhì)是每個學(xué)生都應(yīng)具備的一種素養(yǎng)，但在日常學(xué)習(xí)中，我們很少專門培養(yǎng)學(xué)生這方面的素養(yǎng)，主要原因就是缺乏落實的載體，而工程學(xué)習(xí)與實踐活動就是一個很好的培養(yǎng)孩子樂觀堅韌品質(zhì)的載體。

例如，在我們的工程實踐活動中，有很多學(xué)生一遇到困難，就馬上想著換一條路徑試試，不愿意努力嘗試去解決具體的問題，有的學(xué)生甚至不愿意再往下做了。對教師來說，這就是一個培養(yǎng)學(xué)生樂觀堅韌品質(zhì)的契機。當(dāng)學(xué)生遇到問題或感到困難的時候，教師要鼓勵、指導(dǎo)和引導(dǎo)他們分析分解問題，尋找解決問題的途徑，必要的時候還需要指導(dǎo)他們?nèi)绾瓮ㄟ^進一步學(xué)習(xí)和尋求專業(yè)指導(dǎo)與幫助，去解決其中相應(yīng)的難題，并設(shè)置一些激勵機制，鼓勵他們多投入一點點、多思考一點點、多調(diào)試一次、多修改一遍。當(dāng)學(xué)生獲得進展或突破時，教師要及時肯定與表揚……這樣，讓學(xué)生從中獲得成就感，并慢慢積淀，他們就會產(chǎn)生內(nèi)驅(qū)力，漸漸形成樂觀堅韌的品質(zhì)。如果在實踐中，教師只是關(guān)注作品能否完成，而忽視學(xué)生在工程實踐活動中心理層面的變化，就會錯失一次樂觀堅韌品質(zhì)的培養(yǎng)機會。

另一方面是責(zé)任與道德規(guī)范，在中小學(xué)階段需要通過靈活多樣的方法和途徑讓學(xué)生明白：任何一項工程實踐都關(guān)系著人、社會和環(huán)境，稍有不慎就會出現(xiàn)重大事故，甚至危及國家和生命安全，因此，遵守道德規(guī)范，具有安全意識、法律意識乃至家國情懷，是基本的要求和保障。而從小建立起的這種責(zé)任感和敬畏感，才是堅不可摧的。

魏寧：您覺得在基礎(chǔ)教育階段培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，除了上述關(guān)鍵要素，還有怎樣的意義？

譚姣連：上面提到的工程核心素養(yǎng)是面對所有學(xué)生提出的，雖然大多數(shù)學(xué)生今后可能不會從事工程方面的職業(yè)，但作為一種基本素養(yǎng)，工程素養(yǎng)也是當(dāng)今社會工作乃至更好地生活所需要的。同時，工程素養(yǎng)的培養(yǎng)也能對中小學(xué)生起到一個職業(yè)引領(lǐng)的作用。雖然不是職業(yè)教育，但我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^工程素養(yǎng)的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生對工程的興趣，讓他們熱愛工程，進而去發(fā)現(xiàn)一些具有潛在的工程天賦的好苗子，讓他們未來有可能成為工程領(lǐng)域的從業(yè)者，甚至成為優(yōu)秀的工程師。如果我們在培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)的時候，完全拋開職業(yè)理想和追求，我想這也是不完整的。

怎么做：我們該如何培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)？

魏寧：通過以上對工程素養(yǎng)關(guān)鍵要素的描述，我們已經(jīng)了解了工程素養(yǎng)該培養(yǎng)什么。那么接下來的一個問題就是，我們該如何培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)？在學(xué)?，F(xiàn)行的教育體系中，您認為我們可以通過哪些途徑去培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)呢？

譚姣連：在當(dāng)前的中小學(xué)課程體系中，工程不是一個獨立學(xué)科，但我們可以通過多場域多方式覆蓋工程教育。學(xué)校是主要的培養(yǎng)場域，科技館、圖書館等社會特定場所，家庭與媒體環(huán)境也都可以影響學(xué)生的工程認知和學(xué)習(xí)。在學(xué)校，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)要注重并依托科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)乃至人文藝術(shù)等學(xué)科。除了學(xué)科課程以外，在課后服務(wù)、校本課程、創(chuàng)客教育、STEM教育等社團活動或跨學(xué)科實踐活動中都可以滲透工程素養(yǎng)的相關(guān)內(nèi)容。此外，在校園文化節(jié)、冬夏令營、研學(xué)等活動中也可以開設(shè)工程素養(yǎng)相關(guān)的實踐活動。

總的來說，工程素養(yǎng)的培養(yǎng)在中小學(xué)的實踐主要可以借助兩類場域，一類是常規(guī)的學(xué)校課堂的場域，另一類就是特定空間的一些場域。

魏寧：工程素養(yǎng)的培養(yǎng)具有鮮明的實踐性、情境性、綜合性特征，在實踐中，有哪些行之有效的方法和策略呢？

譚姣連：站在學(xué)生角度，工程素養(yǎng)及其相關(guān)知識、技能的學(xué)習(xí)與實踐，有兩個重要特征：一個是容易受到環(huán)境和氛圍的影響，因為工程實踐活動通常發(fā)生在特定場所中，如創(chuàng)客空間、工作坊、各類技術(shù)實驗室，場所的人員、設(shè)備、環(huán)境、氛圍都會影響到學(xué)習(xí)的效果；另一個是綜合性強，工程實踐活動強調(diào)動手實踐、問題解決，需要團隊溝通、合作，與個體的興趣、投入、沉浸體驗的程度息息相關(guān)。

其實，孩子們天生就是工程師，他們的創(chuàng)新意識和能力是與生俱來的，但如果我們采用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式，不但缺乏吸引力，而且會扼殺掉一部分創(chuàng)造性，甚至?xí)魅跛麄冮L大后當(dāng)工程師的愿望。所以，工程素養(yǎng)的培養(yǎng)呼喚的是一種“學(xué)生自主型學(xué)習(xí)”。

鑒于此，我們提倡“學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計”這一教學(xué)設(shè)計范式，將其作為培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)的一種具體設(shè)計方法，它可以提高學(xué)生工程學(xué)習(xí)的興趣，使其能夠更好地掌握相關(guān)知識與技能。

魏寧：這種學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計具體包括什么？

譚姣連：剛才我們分析了工程學(xué)習(xí)與實踐的特征，基于這些特征的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計涵蓋了教與學(xué)的諸多方面。這里的“環(huán)境”包含了兩層意思，一個是物理條件中的環(huán)境，如場地、空間、設(shè)備等，還有一個就是“軟環(huán)境”，其中也包括了人——教師和學(xué)生所構(gòu)成的場域、一種氛圍，以及外部的支持等。

通過人、氛圍、情境、物理空間、技術(shù)資源所創(chuàng)設(shè)的環(huán)境，構(gòu)成了吸引學(xué)生熱愛并參與工程學(xué)習(xí)與實踐的場域，支持并幫助學(xué)生達到投入、沉浸的學(xué)習(xí)狀態(tài)，最終培養(yǎng)其工程素養(yǎng)，這就是學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的基本理念。其中，活動體驗、學(xué)習(xí)者投入、物理環(huán)境條件、社會場域關(guān)系構(gòu)成了工程學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的核心要素。

按照學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計的理念，在整個工程學(xué)習(xí)與實踐的過程中，學(xué)生需要從感知環(huán)境和場域開始，然后進入“工程實踐——學(xué)習(xí)探究”循環(huán)過程，以評價反思結(jié)束，這是一個典型的“體驗——投入”過程。

我稍微描述一下其中的“工程實踐——學(xué)習(xí)探究”循環(huán)過程，它一般先由工程實踐環(huán)的定義分析需求/問題開始，在初步分析和制訂計劃后，進入學(xué)習(xí)探究環(huán)的查閱資料、觀察模仿練習(xí)或（和）調(diào)查/實驗、歸納梳理環(huán)節(jié)，再一次進入工程實踐環(huán)的確定設(shè)計方案、物化/實施、測試評價、優(yōu)化環(huán)節(jié)，根據(jù)實際情況確定是否進入下一輪的問題解決與探究。這是一個雙循環(huán)活動，教師需要結(jié)合學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)生特征，對學(xué)習(xí)內(nèi)容進行分析和重組，并巧妙融入到上述活動中。這樣的一個循環(huán)活動，可以支持學(xué)生體驗如何在具體的工程應(yīng)用情境中學(xué)習(xí)，通過應(yīng)用問題解決方法開展工程設(shè)計或診斷、解決問題等活動，以形成問題解決能力、系統(tǒng)思維、創(chuàng)造力等。

魏寧：您剛才為我們介紹了“學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計”的要素和主要流程，我覺得這是一個理論性非常強的教學(xué)設(shè)計范式。在實踐中，教師是否會覺得這一范式過于專業(yè)？一線教師能否掌握這一教學(xué)設(shè)計范式？

譚姣連cbb059c0920cf3bf5b96062161cff014aa6237d72d3140af34d7a8083287a34d：在我主持的一些工程實踐活動中，教師在開始的時候往往會有這方面的顧慮或困惑，覺得做一個教學(xué)設(shè)計要考慮那么多的要素，擔(dān)心自己是否有能力駕馭。但當(dāng)他們熟悉了之后，基本感覺還是有能力做到的。

這里其實是有一個認識誤區(qū)的，就是我們會把這些要素、這些條件想得過于“高大上”，其實實踐中并不是這樣的。例如物理環(huán)境，不一定非常復(fù)雜，一些基礎(chǔ)的、能滿足基本需求的空間也是可以的。我們的原則是，依托現(xiàn)實條件和環(huán)境，在這個基礎(chǔ)上去創(chuàng)設(shè)有吸引力、激勵性和熏陶性的友好軟環(huán)境，這才是最關(guān)鍵的。

因為工程實踐的目的就是創(chuàng)造性地解決一個現(xiàn)實問題，并且工程實踐中面對的問題和其他類型的問題還有一個重要區(qū)別，就是它是有約束條件的，而這個約束條件有可能就是我們所面對的現(xiàn)實環(huán)境。

例如創(chuàng)客類的工程實踐，有的學(xué)?？赡苡幸恍┫冗M的套件，包括人工智能套件，但有的偏遠地區(qū)的學(xué)校可能暫時不具備這些條件。其實，哪怕我們手里只有紙板、膠水、木棒，也可以開展創(chuàng)客類的工程實踐。重要的是在工程實踐活動中，引導(dǎo)學(xué)生在現(xiàn)有的約束條件下創(chuàng)造性地解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的相關(guān)能力、品質(zhì)。約束條件的存在本身就是工程實踐活動的基本特征，能夠面對不同的約束條件，創(chuàng)造性地解決問題才是工程素養(yǎng)的體現(xiàn)。

魏寧：您曾經(jīng)在中小學(xué)開展了大量的工程實踐活動，在指導(dǎo)教師進行工程實踐活動的過程中，您覺得還存在哪些比較普遍的問題？

譚姣連：通過近年來在中小學(xué)開展的工程實踐活動，我的總體感覺是中小學(xué)信息科技教師都普遍認可工程素養(yǎng)的意義和價值。

接下來的問題是，老師們在通過工程實踐活動培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)的過程中，看似進行了相關(guān)的活動設(shè)計，但往往只是讓學(xué)生體驗了流程和步驟，而對每個步驟中應(yīng)該掌握的核心知識、能力、方法、思維則關(guān)注和指導(dǎo)得還不夠。

例如對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，這是工程素養(yǎng)的關(guān)鍵要素之一。教師一般是通過讓學(xué)生動手設(shè)計、制作作品，讓學(xué)生自由發(fā)揮，在創(chuàng)作的過程中形成創(chuàng)新能力。但就我的觀察，學(xué)生提交上來的作品同質(zhì)化的現(xiàn)象還是比較嚴重的?；剡^頭看，學(xué)生都是具備基本知識和技能的，設(shè)計流程也都經(jīng)歷了，他們更像在模仿和堆砌技術(shù)，但卻缺乏創(chuàng)意。這告訴我們，流程、環(huán)節(jié)、資源、模式可以簡單復(fù)制，但涉及具體的如觀察、分析問題、概化設(shè)計等有哪些具體的方法，提高學(xué)生的批判思考、創(chuàng)新思考、系統(tǒng)思考有些什么策略，這些都需要教師精心設(shè)計教學(xué)和指導(dǎo)，目前來看，教師在這些方面是有所欠缺的。

魏寧：上面聊了很多關(guān)于培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)的設(shè)計方法，您能否為老師們呈現(xiàn)一個具體案例？

譚姣連：好的，我們應(yīng)用學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計方法，成功地設(shè)計并開展了“小鬼當(dāng)家”“奇探花園”“奇探星球”“珍珠小鎮(zhèn)”等系列工程素養(yǎng)培養(yǎng)的實踐項目。下面以“小鬼當(dāng)家”為例進行介紹。

前面我們談到，創(chuàng)客教育是培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)的一個重要載體，“小鬼當(dāng)家”就是一個在創(chuàng)客空間開展的電子創(chuàng)意編程項目。整個項目組是一個由16人組成的學(xué)習(xí)共同體，他們包括12名3～7年級的學(xué)生、1名教師、2名大學(xué)生和1名工程師。整個項目分為12個單元，每個單元2小時。

本項目的主要學(xué)習(xí)目標(biāo)是：學(xué)習(xí)并熟悉Arduino主控板、相關(guān)傳感器和Mind+圖形化編程軟件，應(yīng)用技術(shù)合作設(shè)計并制作作品，在學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)和工程素養(yǎng)。

我們按照前述的學(xué)生“體驗——投入”過程進行學(xué)習(xí)環(huán)境要素的設(shè)計，首先，對于“環(huán)境與場域感知”環(huán)節(jié)，我們會通過物理環(huán)境條件設(shè)計和社會場域關(guān)系設(shè)計來支持。前者包括布置和裝飾場地，設(shè)計與制作“小鬼當(dāng)家”主題小木屋，向?qū)W生提供《小鬼當(dāng)家工具書》《過程記錄手冊》等，創(chuàng)設(shè)好故事情境；后者包括學(xué)習(xí)空間的氛圍設(shè)計，如空白的“問題墻”“智慧樹”，設(shè)計好“智慧樹”“智慧果”的積分規(guī)則等。

然后，學(xué)生進入“工程實踐/問題解決——學(xué)習(xí)探究環(huán)”環(huán)節(jié)，通過自主學(xué)習(xí)、合作設(shè)計制作、個人輔導(dǎo)等形式，學(xué)習(xí)相關(guān)的技術(shù)、工程過程與方法、工程思維習(xí)慣與品質(zhì)等。為了支持此過程的學(xué)習(xí)，我們?yōu)閷W(xué)生設(shè)計了便于開展自主學(xué)習(xí)的《小鬼當(dāng)家工具書》《過程記錄手冊》等資源工具，還設(shè)計了技術(shù)認證活動來檢驗和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，并向?qū)W生提供問題分析思維導(dǎo)圖框架、創(chuàng)新方法啟發(fā)框架等學(xué)習(xí)支架；學(xué)習(xí)共同體成員利用“問題墻”，營造出積極提問和解決問題的氛圍，通過在“智慧樹”上粘貼“智慧果”，營造積極的團隊合作氛圍；工程師、大學(xué)生成員在活動中通過積極示范形成濃厚的工程學(xué)習(xí)氛圍。

為了支持“評價反饋與反思”環(huán)節(jié)，我們設(shè)計了作品自評、互評、師評，情景劇設(shè)計與展示等活動，還有平時積分的累計與粘貼、積分兌換，教師評語的撰寫等活動設(shè)計。

對以往活動的調(diào)查結(jié)果顯示，在學(xué)習(xí)后，學(xué)生對工程學(xué)習(xí)的興趣、思維習(xí)慣與品質(zhì)都得到了提升，制作出的作品也體現(xiàn)出了較強的工程素養(yǎng)。

我感到滿意的一個狀態(tài)是，在工程學(xué)習(xí)之前，學(xué)生在創(chuàng)客活動中看重的是“我參加了一個項目”“我完成了一個作品”，而在工程學(xué)習(xí)之后，學(xué)生會說“我經(jīng)歷了一次××的工程實踐流程”“我用到了××創(chuàng)新的方法”

魏寧：這個案例體現(xiàn)出了您上面講到的“學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計”的方法，給我的感覺是，這樣的工程實踐活動雖然架設(shè)在創(chuàng)客活動之上，但其中有很多培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)的設(shè)計，在這方面，您能再分享一些細節(jié)嗎？

譚姣連：是的，從創(chuàng)客教育的角度講，它就是一個師生協(xié)同的創(chuàng)客實踐活動。但從工程素養(yǎng)培養(yǎng)的角度講，教師在整個活動設(shè)計伊始，就要明確培養(yǎng)工程素養(yǎng)中的哪些具體內(nèi)容，同時設(shè)計好相應(yīng)的方法，需要用到的學(xué)習(xí)支架、資源等。

例如，我要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，可能會用到頭腦風(fēng)暴、組合創(chuàng)新甚至SCMPER法等具體的方法，這些方法不是簡單地講授給學(xué)生，而是需要在具體的活動環(huán)節(jié)中，有趣味性地、通俗易懂地介紹給學(xué)生，并通過一些精心設(shè)計的學(xué)習(xí)支架來幫助他們在實踐中應(yīng)用。通過一次創(chuàng)客活動，學(xué)生肯定不可能學(xué)習(xí)到全部的創(chuàng)新方法，但可以肯定的是，教師根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)和項目特點，巧妙選擇各種創(chuàng)新方法內(nèi)容，設(shè)計于系列項目活動中，學(xué)生在方法上肯定是有積累的；同時，學(xué)生也不一定能通過一次活動就完全掌握這些方法，但他們經(jīng)過不斷實踐和反思，會越來越熟練，當(dāng)以后想要找到一個好的創(chuàng)意的時候，他們就會不由自主地想到并應(yīng)用活動中學(xué)到的方法。我認為這才是中小學(xué)生創(chuàng)新思維和能力培養(yǎng)的一個正常的過程。

再如系統(tǒng)思維的培養(yǎng)，系統(tǒng)思維的關(guān)鍵就是要有整體觀、全局觀，在全局視角下，進行系統(tǒng)中各部分的計劃、協(xié)調(diào)等工作，這些對于中小學(xué)生來說是比較欠缺的。有的教師認為，在小學(xué)階段，學(xué)生還難以接受系統(tǒng)思維。但我通過觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我去教小學(xué)生系統(tǒng)思維的方法時，甚至比教中學(xué)生還容易。這是因為到了初中、高中階段，學(xué)生的思維慣性已經(jīng)初步形成，特別學(xué)生做過很多項目，對于做一個項目的“路數(shù)”已經(jīng)很熟悉了，這時候你去告訴他們一些打破自己思維慣性的方法，讓其改變原有的思維慣性會很困難。

這也啟示我們，工程素養(yǎng)的形成是需要一個過程的，一些思維方式的形成是逐步顯現(xiàn)的。類似創(chuàng)新思維、系統(tǒng)思維的培養(yǎng)，還是要從小做起，有意識地進行一些階梯化的訓(xùn)練，這樣學(xué)生的工程素養(yǎng)就會逐步養(yǎng)成。

在這個活動中，我們還有一個有趣的設(shè)計，在項目的學(xué)習(xí)共同體成員中有1名工程師。一方面，需要真正的工程師在工程實踐活動中給予學(xué)生及時的指導(dǎo)。另一方面，還有一些小小的設(shè)計。例如，一個場景是當(dāng)學(xué)生休息的時候，工程師都還在旁邊“干活”，他們就在現(xiàn)場動手制作器物，這時候?qū)W生們就會被吸引過來，看一看、摸一摸、問一問、試一試。我們是想通過這種潛移默化的熏陶，讓學(xué)生們愛上工程，熱愛工程師這個職業(yè)。這既是學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計中社會場域關(guān)系設(shè)計的一個嘗試，也體現(xiàn)了我前面提到的工程職業(yè)引領(lǐng)。

魏寧：通過您的介紹，讓老師們了解到了一個工程實踐活動中巧妙的設(shè)計思路。通過實kePgb6Jz5XCuYvh8nWn04w==踐，您覺得這個項目在實施過程中有哪些關(guān)鍵的地方？

譚姣連：在和老師們的交流中，大家會反饋說，在日常的教學(xué)中，沒有那么多的課時量去完成這樣一個項目，因此，如何在有限的時間內(nèi)提高學(xué)習(xí)效率是大家普遍關(guān)心的問題。

這恰好也是我們工程學(xué)習(xí)和實踐活動的一個重要目標(biāo)，就是通過一個個學(xué)習(xí)活動培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在工程核心素養(yǎng)中，自主學(xué)習(xí)能力是一個關(guān)鍵能力。因為在工程實踐中，每個人都會遇到一些現(xiàn)實問題，學(xué)生如果不具備自主學(xué)習(xí)的意識和能力，則很難堅持不懈、創(chuàng)造性地去解決問題。

在“小鬼當(dāng)家”工程實踐活動中，我們采取了一些促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)的策略。首先，在整個學(xué)習(xí)活動中教師基本不進行集中教學(xué)，大量的時間都留給學(xué)生自學(xué)。我們會提前準(zhǔn)備好《小鬼當(dāng)家工具書》，工具書中會對需要用到的技術(shù)的操作流程進行詳細介紹。而且，采用任務(wù)進階的方式，把技術(shù)學(xué)習(xí)分解為闖關(guān)的挑戰(zhàn)任務(wù)，對于所有學(xué)生來說，完成基礎(chǔ)篇的十個任務(wù)就可以應(yīng)對活動需要了。如果學(xué)生還想進入進階篇的任務(wù)學(xué)習(xí)，就必須先通過一個“技術(shù)認證”的測試，為了讓學(xué)生拋開書本，測試采用面試的方式，學(xué)生要在教師面前完成一定的任務(wù)，通過后就可以進入進階篇的學(xué)習(xí)。同樣，進階篇的后面還有更高階的任務(wù)等著學(xué)有余力的學(xué)生去挑戰(zhàn)。這樣，不管什么起點的學(xué)生，在活動中都能根據(jù)自己的步調(diào)有序地安排好自己的學(xué)習(xí)，效率都非常高，不會存在傳統(tǒng)的邊講邊練的信息科技課堂中總有“吃不飽”和“跟不上”的情況。

還有就是激勵機制方面的設(shè)計，如“智慧樹”和“智慧果”的設(shè)計。每個團隊都有一棵“智慧樹”，這是鼓勵團隊成員通過合作實現(xiàn)共同成長的設(shè)計；而對于團隊中的個人成長來講，又是通過設(shè)計代表工程核心素養(yǎng)中的各種能力的“智慧果”來激勵的。例如，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，掌握的知識技能越多，獲得的代表自主技術(shù)學(xué)習(xí)的“智慧果——西瓜”就越多，這就激發(fā)了他們持續(xù)投入學(xué)習(xí)的斗志。這個小小的設(shè)計在實踐中取得了非常好的效果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，它實際是一種激勵機制和評價機制相結(jié)合的設(shè)計。

學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力一旦得到加強，學(xué)習(xí)效率就會大大提升，也就能節(jié)省出大量的時間。這時候，我們就能把更多的時間投入到分析問題、討論方案、開展頭腦風(fēng)暴等過程中，用來促進學(xué)生工程素養(yǎng)的形成。

魏寧：通過這個案例的介紹，我感覺它不但是一個培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)的項目，同時也是一種很好的教師培訓(xùn)方式，因為從目前我國中小學(xué)教師的基本狀況看，工程素養(yǎng)還是相對缺乏的。這種通過學(xué)習(xí)共同體開展的師生協(xié)同活動，就是一種很好的教師培訓(xùn)方式。如果從教師培訓(xùn)的角度來看這個活動，您有哪些體會呢？

譚姣連：確實，要想很好地培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，師資是一個關(guān)鍵因素，但目前的現(xiàn)狀并不樂觀。據(jù)了解，在我國中小學(xué)教師中，鮮有工程背景的教師，因為在我國的師范教育體系中，基本沒有工程方向的專業(yè)設(shè)置，包括高校中的各種課程設(shè)置，也缺乏工程領(lǐng)域的課程。雖然我們現(xiàn)在提倡科學(xué)素養(yǎng)，對科技類知識的傳播非常重視，但科學(xué)、技術(shù)與工程之間還是有明顯的差別。所以，師資的缺乏也成為當(dāng)前工程素養(yǎng)培養(yǎng)的一個重要制約因素。

至于如何開展有效的教師培訓(xùn)，我也曾經(jīng)對教師開設(shè)過講座，老師們聽了以后會覺得挺有意思的，我經(jīng)常收到的反饋是：“這個內(nèi)容好像以前沒聽過，但是我怎么去教給學(xué)生呢？”所以，我感覺通過單向傳輸?shù)姆绞阶鼋處熍嘤?xùn)，效果并不理想。因為，工程學(xué)習(xí)和活動具有鮮明的實踐性特征，工程知識往往是和應(yīng)用場景關(guān)聯(lián)的，還是要通過“做中學(xué)”的方式，在實踐中去做培訓(xùn)。

一旦轉(zhuǎn)變了觀念，就會豁然開朗。我在項目培訓(xùn)中就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把一些方法、工具教給老師們之后，他們事后會把這些工具做一個整理，并且加入自己的想法，同時還會和我們交流回去之后在自己的學(xué)校如何操作，可見老師們都是非常智慧的。

魏寧：今天我們聊了很多如何培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)的話題，其中包括工程素養(yǎng)的關(guān)鍵要素以及培養(yǎng)策略等，譚教授也和我們分享了自己多年實踐的經(jīng)典案例和其中的寶貴經(jīng)驗，再次對您表示感謝！

譚姣連：也感謝雜志對工程素養(yǎng)的關(guān)注，更祝愿我國中小學(xué)生的工程素養(yǎng)不斷得到提升和發(fā)展。