美國中小學工程教育改革的進展與啟示

鄒 逸, 金麗珍

(1.浙江師范大學 教育學院,浙江 金華 321004;2.浙江師范大學 心理學博士后流動站,浙江 金華 321004)

隨著時代和社會的進步,當今的科技發(fā)展更加表現(xiàn)出跨學科融合的特征,綜合性的工程類人才在社會建設、經(jīng)濟增長及國力強盛中的重要性日益凸顯.在此背景下,世界范圍內(nèi)的工程教育呈現(xiàn)出鮮明的學段前移傾向,各國愈發(fā)重視中小學工程教育事業(yè),將其作為培養(yǎng)后備工程人才的基礎(chǔ)性支撐.正如美國的薩莉·萊德(Sally Ride)所言,“當今社會正處于一個依賴工程技術(shù)的時代,公民的工程素養(yǎng)水平?jīng)Q定著國家的興衰盛亡.因此,我們需要從中小學就開始培養(yǎng)工程師.”[1]中國發(fā)布的《中國STEM教育白皮書》中也明確指出要加強中小學工程教育,讓中國在未來能夠持續(xù)涌現(xiàn)更多具有跨學科綜合創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才[2].然而,中小學工程教育在中國是一項嶄新的課題,目前尚處于探索階段,且突出表現(xiàn)為以下幾個問題：1)學科定位不明確,將工程教育作為一門新的學科來建設,還是作為已有學科教育改革的一種手段,尚未有清晰的定論;2)工程教育實踐呈現(xiàn)零散性,基于不同理解視角的小范圍教育教學模式層出不窮,但其品質(zhì)與成效存疑;3)工程教育所需的專業(yè)師資、質(zhì)量監(jiān)控機制、設施資源等方面的保障措施亟待建設與完善[3].概言之,我國中小學工程教育的基本理念、學科定位、實踐框架、保障措施等關(guān)鍵問題亟需進一步系統(tǒng)化推進.美國是進行中小學工程教育改革的先行國家之一,目前已建設形成較為成熟的中小學工程教育體系.本文從美國推進中小學工程教育改革的歷史脈絡切入,梳理其在基本理念與學科定位方面的發(fā)展嬗變,進而聚焦探討當前美國中小學工程教育的實踐框架與保障措施,以期為我國方興未艾的中小學工程教育改革帶來一定的經(jīng)驗與啟示.

1 走向深度的跨學科統(tǒng)整：美國中小學工程教育改革的基本理念變遷

1.1 重振科技競爭力：STEM教育運動的興起

自蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星以來,美國就充分認識到提升中小學科技教育的質(zhì)量對于重振國家科技競爭力的重要性.1983年,美國高質(zhì)量教育委員會(The National Commission on Excellence in Education,NCEE)發(fā)布《國家處于危機之中：教育改革勢在必行》(A Nation at Risk：the Imperative of Education Reform)報告,提出將堅定推行中小學科技教育改革[4].1986年,美國國家科學委員會(National Science Board,NSB)發(fā)布《尼爾報告》(Neal Panels Report),首次明確提出在K-12階段加強“科學、技術(shù)、工程、數(shù)學”(Science,Technology,Engineering,Mathematics,STEM)融合教育,培養(yǎng)學生的綜合科技素養(yǎng),以基礎(chǔ)性賦能與戰(zhàn)略性支撐美國科技事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展[5].以此為標志,美國開始了全國范圍、全教育階段的STEM教育運動,原本主要在高等教育階段開展的工程教育也隨之成為美國中小學教育領(lǐng)域的熱點議題.

在美國隨后頒布的一系列推動中小學STEM教育改革的政策法案中,都對工程教育賦予重要地位.如美國聯(lián)邦教育部(United States Department of Education,ED)在1991年頒布《美國2000年教育戰(zhàn)略》(America 2000：an Education Strategy)法案,其中明確強調(diào)了“中小學工程教育是保障美國工程領(lǐng)域的卓越與領(lǐng)先,進而帶來巨大經(jīng)濟和社會效益的基礎(chǔ).”[6]美國國家科學基金會(National Science Foundation,NSF)在1996年發(fā)布的《塑造未來：STEM教育的新期望》(Shaping the Future：New Expectations for Undergraduate Education in Science,Mathematics,Engineering,and Technology)報告中也明確提出“應使美國的學校具備最好的工程學習環(huán)境,以培養(yǎng)全世界最好、最有潛質(zhì)的工程師.”[7]

1.2 顯現(xiàn)的迷局：“E”的沉默

然而,在美國推進中小學STEM教育改革的具體過程中,工程教育卻因在中小學缺乏學科設置傳統(tǒng)而一度遭遇了“與S,T,M均有聯(lián)系,卻無專門建設”的尷尬.換言之,工程教育僅僅作為部分內(nèi)容載體或活動形式而零散地出現(xiàn)在科學、技術(shù)、數(shù)學教育的相關(guān)課程與教學之中,卻并沒有像此三者那樣既有專門的學科設置,又有專門研制的教育標準用于規(guī)范相應的課程建設與教學實施.

美國國家科學研究委員會(National Research Council,NRC)對當時美國中小學STEM教育開展情況的調(diào)研報告中指出,“工程教育通過科學、技術(shù)、數(shù)學課程緩慢進入美國K-12年級的課堂,但由于缺失了專業(yè)的教育標準的引領(lǐng),決策者和教師對它的關(guān)注和實踐實在還是太少了,STEM中的‘E’基本上是消失不見的.”[8]不少學者對此也指出,“盡管工程教育和科學、技術(shù)、數(shù)學教育存在著緊密聯(lián)系,但如何理解與運用這種緊密聯(lián)系從而高質(zhì)量開展工程教育需要進行深入的研究和專門的設計.顯然,當前這樣淺顯地附著于其他課程的實踐方式會淡化工程領(lǐng)域的特質(zhì),阻礙學生發(fā)展新時代所需的工程素養(yǎng).”[9]

1.3 破局之路：深度的跨學科統(tǒng)整

“E”的沉默引起了美國各界的廣泛關(guān)注.2006年,美國成立了K-12工程教育委員會(Committee on K-12 Engineering Education,CEE)作為美國中小學工程教育的主要領(lǐng)導機構(gòu).在充分進行本土調(diào)研與國際借鑒的基礎(chǔ)上,該委員會于2009年發(fā)布了《K-12教育中的工程：現(xiàn)狀和未來》(Engineering in K-12 Education：Understanding the Status and Improving the Prospects)報告,就有效開展和實施中小學工程教育提出了具體的政策建議與實踐原則,其核心要義是凸顯工程教育的跨學科特性[10].

此外,美國還在2008年成立了K-12工程教育標準委員會(Committee on Standards for K-12 Engineering Education,CSEE),其主要任務本是評估在中小學專門設置工程學科的可行性,以及開發(fā)專門的中小學工程教育標準.然而,經(jīng)過2年的研究,該委員會于2010年發(fā)布《K-12工程教育標準?》(Standards for K-12 Engineering Education?)報告,否定了設置專門的工程學科及編制專門的工程教育標準的構(gòu)念,其原因主要有以下3條：1)致力于工程學科專門設置的中小學教師數(shù)量偏少,改革所需的群聚效應缺失;2)美國各州尚未建立學生工程學習的評價要求,改革所需的動力機制缺失;3)專門的工程學科設置與工程教育標準編制對改變課程內(nèi)容和教學方式的效果尚未得到研究與證實,改革所需的科學依據(jù)缺失[11].更為關(guān)鍵的是,該報告指出,“工程教育明顯與科學、技術(shù)、數(shù)學教育有著天然聯(lián)系,或許是因為目前對工程教育與其他學科聯(lián)系的認識與實踐還不夠充分,而這正應該是美國中小學工程教育改革更值得嘗試的方向.事實上,實現(xiàn)深度的跨學科統(tǒng)整也是推行中小學STEM教育的初衷.”[11]

自此,探索工程教育與其他學科的深度統(tǒng)整范式,成為美國中小學工程教育改革的新動向.美國于2011年頒布的《K-12科學教育框架：實踐、跨學科概念、學科核心概念》(A Framework for K-12 Science Education：Practices,Crosscutting Concepts,and Core Ideas),以及于2013年頒布的《新一代科學教育標準》(The Next Generation Science Standards),前所未有地將工程教育納入其中,并充分彰顯出促成科學與工程的深層次跨學科統(tǒng)整的趨向特征.2014年,美國國家工程院(National Academy of Engineering,NAE)和國家研究委員會(National Research Council,NRC)聯(lián)合出版《K-12 STEM教育統(tǒng)整：現(xiàn)狀、未來及研究議程》(STEM Integration in K-12 Education：Status,Prospects,and an Agenda for Research),更指明了完整實現(xiàn)STEM教育深度統(tǒng)整的目標,也再次強調(diào)了工程教育跨學科的重要性[12].

2 美國中小學工程教育的實踐框架

隨著工程教育逐步納入美國國家及各州科學、技術(shù)、數(shù)學的教育標準,指向跨學科深度統(tǒng)整的工程教育實踐框架也隨之逐步確立.本文以工程教育與科學教育的跨學科深度統(tǒng)整為例,從教育目標、教育內(nèi)容、教育過程、教育評價4個維度對當前美國中小學所普遍采用的工程教育實踐框架展開具體探討.

2.1 圍繞基礎(chǔ)工程素養(yǎng)確定教育目標

長期以來,美國的工程教育在高等教育階段實施,以提升學生在真實的或仿現(xiàn)實的工程任務中的勝任力為目標,培養(yǎng)滿足企業(yè)或社會需要的工程職業(yè)人才.而美國對中小學工程教育的定位則是為高等工程教育奠基,以夯實全學段工程教育體系的底部架構(gòu).因此,美國中小學工程教育更加重視對學生工程基本認識、工程思維習慣、工程職業(yè)興趣等基礎(chǔ)工程素養(yǎng)的培育.正如美國《新一代科學教育標準》中所指出的,“中小學科學與工程教育應讓學生通過了解科學家和工程師的工作,認識科學和工程之間的聯(lián)系與區(qū)別,并能從單一學科和跨學科的角度,更深層次地理解科學和工程領(lǐng)域的知識方法與思維觀念,激發(fā)學生的好奇心與探索欲,從而吸引、鼓勵學生在該領(lǐng)域繼續(xù)學習.”[13]

可見,美國中小學工程教育的基本目標即是要引導學生接觸與涉入科學研究和工程實踐,貫通學生學習工程領(lǐng)域知識與其他學科領(lǐng)域知識的整合性通道,培養(yǎng)學生對工程領(lǐng)域的跨學科視野與思維方式,增強學生應對工程領(lǐng)域多學科間復雜問題的信心與興趣,從而促成學生對工程領(lǐng)域的持續(xù)探索及對工程職業(yè)的向往.從中也可以看出,工程教育與科學教育(或其他學科)的跨學科深度統(tǒng)整,可以使二者的基本旨趣得到很好的耦合,這不僅有利于實現(xiàn)工程教育和科學教育各自的目標,而且其實現(xiàn)過程也是彼此協(xié)同、相互支持的.

2.2 基于真實情境問題組織教育內(nèi)容

科學家和工程師對現(xiàn)實的科學研究和工程實踐,通常源自解決真實情境問題的需要.例如,為解決鑒別皇冠的真?zhèn)螁栴},阿基米德(Archimedes)發(fā)現(xiàn)并提出了阿基米德原理,推動了人類社會對浮力現(xiàn)象的認識;為解決跨河通行問題,柯西(Cauchy)等創(chuàng)立形成了彈性力學理論,改進了人類社會的造船、造橋等工程技術(shù);為解決模擬、延伸和拓展人類智能問題,OpenAI實驗室研發(fā)了ChatGPT機器人程序,展示了人類社會的跨學科實踐新進展.因此,現(xiàn)實社會生活中的真實情境問題,是幫助學生了解科學家和工程師的工作,并從中發(fā)展基礎(chǔ)工程素養(yǎng)的最佳“土壤”.

與之相應,美國在《K-12科學教育框架：實踐、跨學科概念、學科核心概念》中指出,“面向真實情境問題,可以讓學生更有機會像科學家和工程師那樣展開實踐、探索和運用學科核心概念,并通過跨學科共通概念在各個領(lǐng)域的學科內(nèi)容之間建立聯(lián)系.”[8]據(jù)此,美國的中小學工程教育在內(nèi)容組織上形成了基于真實情境問題的“學科核心概念”“跨學科概念”“科學與工程實踐”的三維整合架構(gòu).換言之,就是從現(xiàn)實社會生活出發(fā),析出其中所蘊含的真實情境問題,進而通過科學與工程實踐嘗試解決問題,而解決問題過程中所涉及的相關(guān)學科核心概念、跨學科概念即成為需要學生理解、掌握和運用的內(nèi)容指向.學者威爾第(Welty)則用如圖1所示的“捆綁連接”模型形象地表征出上述工程教育內(nèi)容的組織方式[14].

圖1 美國中小學工程教育內(nèi)容組織的“捆綁連接”模型

2.3 以調(diào)查和設計為中心開展教育過程

基于真實情境問題解決的科學與工程實踐不僅是組織相關(guān)教育內(nèi)容的載體,也是開展具體教育過程的路徑.美國在《K-12科學教育框架：實踐、跨學科概念、學科核心概念》中明確強調(diào)“學生必須親身參與科學與工程實踐,而非僅僅是間接了解.沒有親身經(jīng)歷這些實踐,學生就不可能徹底理解科學與工程的本質(zhì)”,并確定了以下8項適合在教育過程中開展的具體科學與工程實踐：提出問題和定義問題;開發(fā)和使用模型;計劃和開展調(diào)查;分析和解讀數(shù)據(jù);使用數(shù)學和計算思維;建構(gòu)解釋和設計解決方案;參與基于證據(jù)的論證;獲取、評價和交流信息[8].

2019年,美國國家科學院、工程院和醫(yī)學院(National Academy of Sciences,National Academy of Engineering,National Academy of Medicine,NASEM)聯(lián)合發(fā)布《6—12年級的科學與工程：以調(diào)查和設計為中心》(Science and Engineering for Grades 6—12：Investigation and Design at the Center)報告,指出美國中小學在開展科學與工程實踐時再次出現(xiàn)了在推崇“科學探究”時期就曾出現(xiàn)過的固化流程跡象,即將上述8項實踐窄化為教育過程所應遵循的8個固定環(huán)節(jié)并按部就班地進行推進.對此,該報告特別申明了教育過程中的科學與工程實踐是一個靈活融合的整體,它應表現(xiàn)出“以調(diào)查和設計為中心”的典型特征,但并不意味著將教育過程機械地線性化為某些特定流程或形式[15].換言之,師生應該對具體的科學與工程實踐活動有所規(guī)劃與安排,但更需要充分調(diào)動自身的實踐智慧,根據(jù)教育過程的實際生成順勢而謀與順勢而行.由此,相應的教育過程才能真正符合科學與工程實踐的實際過程——既有方略性框架(以調(diào)查和設計為中心),又有對生成性境況的包容與應對[15].

2.4 增值發(fā)展導向下實施表現(xiàn)性評價

增值發(fā)展導向一直是近年來美國教育評價改革的基本遵循,即以學生學業(yè)成就的進步程度(增值)為評價依據(jù),并以促進學生學業(yè)成就的進一步提升(發(fā)展)為評價目的.在美國中小學科學與工程教育的評價方面,這種增值發(fā)展導向也得到了充分的滲透.例如,《新一代科學教育標準》對學生在科學與工程實踐中的預期表現(xiàn)進行了嚴謹、貫通的年級進階式描述,并結(jié)合具體案例介紹了口語報告、產(chǎn)品創(chuàng)作、電子檔案袋等評價方法,從而為“評什么”與“如何評”作出了規(guī)范性與操作性指引[13].

《6—12年級的科學與工程：以調(diào)查和設計為中心》報告則進一步指出,對學生的科學與工程實踐表現(xiàn)的評價應嵌入到整個教育序列中,既可以是對學生在正式任務中表現(xiàn)的評價,也可以是對學生在日?；又斜憩F(xiàn)的評價,而評價的關(guān)鍵在于透過學生的具體表現(xiàn)從知識技能、思維觀念、態(tài)度責任等層面捕捉學生科學與工程素養(yǎng)的實質(zhì)變化,并通過鏈接預期表現(xiàn)、澄清差距問題、提供改進支架的三維支持策略幫助學生清楚了解什么樣的表現(xiàn)是優(yōu)秀卓越的,什么樣的表現(xiàn)是仍需提高的,又該如何改進自己的表現(xiàn)[15].換句話說,增值發(fā)展導向下的表現(xiàn)性評價就是要持續(xù)地促成學生判斷與明確自己在工程學習中“應該去哪里”“現(xiàn)在在哪里”及“該如何去”,并持續(xù)地促成學生作出相應的進步性行動.

3 美國推動中小學工程教育改革落地的措施

為持續(xù)且高質(zhì)量地推進中小學工程教育改革,美國各界采取了一系列保障措施予以支持.

3.1 上下聯(lián)動強化跨學科深度統(tǒng)整的基本理念

理念是行動的向?qū)?跨學科的深度統(tǒng)整作為美國中小學工程教育改革的新理念,需要相關(guān)主體建立理解與認同,才能在此基礎(chǔ)上做出自上而下適當?shù)墓こ探逃袆?對此,美國采取了“上下協(xié)同”的策略進路.

首先,從政策法案層面大力推行跨學科深度統(tǒng)整的中小學工程教育改革.如在前述已提及的一系列國家官方層面的政策報告中,持續(xù)性地強調(diào)與描繪了達成跨學科深度統(tǒng)整的工程教育愿景藍圖,使得跨學科深度統(tǒng)整逐漸成為工程教育改革相關(guān)主體的核心問題.誠如曼迪納赫(Mandinach)所言,“政策法案的引領(lǐng)與驅(qū)動,就像是一個外部敲打的‘錘子’,持續(xù)激發(fā)著相關(guān)主體開展教育改革探索的內(nèi)在需求.”[16]

其次,美國從已有的科學、技術(shù)、數(shù)學教育實踐框架出發(fā),從目標、內(nèi)容、過程、評價等維度系統(tǒng)研究與重新厘定了其與工程教育跨學科深度統(tǒng)整的教育實踐新樣態(tài),為相關(guān)主體更新與拓展自身原有的學科教育認知結(jié)構(gòu)、構(gòu)建關(guān)于工程教育的新型理解視域與實踐模式提供“腳手架”.

概言之,美國通過自上的政策法案驅(qū)動與向下的教育認知結(jié)構(gòu)與行為傾向重塑入手,力求使跨學科深度統(tǒng)整成為工程教育相關(guān)主體新的基本理念與實踐范式.

3.2 多通道教育貫通提升教師的工程教育專業(yè)能力

教師的工程教育專業(yè)能力,是保障中小學工程教育品質(zhì)與成效的關(guān)鍵.對此, 美國于2014年制定頒布了《工程教師準備和專業(yè)發(fā)展標準》(Standards for Preparation and Professional Development for Teachers of Engineering),對中小學教師所具備的工程教育專業(yè)能力作出明確要求,“教師需要熟悉工程職業(yè);需要理解工程教育的跨學科特性;需要精通以問題解決與工程設計為主線的教學實踐性知識.”[17]

與此同時,美國開展了一系列教師工程教育專業(yè)能力提升項目.例如,科羅拉多博爾德大學(University of Colorado Boulder)工程學院和教育學院聯(lián)合實施的“工程+”(Engineering Plus)項目按照“診斷主體需求→匹配專業(yè)導師→設計提升方案→開展嵌入式指導”的路徑對在職中小學教師的工程教育專業(yè)能力進行培育[18].再如,新澤西大學(College of New Jersey)的工程學院和教育學院聯(lián)合開發(fā)創(chuàng)建了10余門面向師范生(包括本科階段與研究生階段)的工程教育相關(guān)必修課與選修課,主要包括《工程職業(yè)概論》《工程學基礎(chǔ)》《工程設計》《教學中的工程實踐》等,以保證師范生正式走上教師崗位時具備出色的工程教育專業(yè)能力[14].概括來說,美國在提升教師的工程教育專業(yè)能力方面出臺了專業(yè)標準作為規(guī)范性指引,同時力求涵蓋職前培養(yǎng)與職后發(fā)展2個階段.

3.3 匹配性質(zhì)量評估方案監(jiān)控工程教育實施

為保證中小學工程教育的成效,美國還開發(fā)實施了對應性的質(zhì)量評估方案.2013年,美國國家評估管理委員會(National Assessment Governing Board,NAGB)和美國教育部(United States Department of Education,ED)聯(lián)合發(fā)布《NAEP2014技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》(Technology and engineering literacy framework for the 2014 national assessment of educational progress),將學生工程素養(yǎng)的評估維度劃分為“理解工程的原理”“進行工程設計以解決問題”“溝通與合作”3個相互融通的領(lǐng)域.其中,“理解工程的原理”指的是學生對工程相關(guān)知識、技能、工具、方法的本體性理解;“進行工程設計以解決問題”關(guān)注于學生確認真實情境中的各種問題,通過系統(tǒng)性應用工程相關(guān)知識、技能、工具、方法而進行工程設計,以達成問題的解決;“溝通與合作”則聚焦于學生在進行工程設計解決問題過程中與同伴之間的相互呈現(xiàn)、分享、爭論、協(xié)同等情況[19].在此基礎(chǔ)上,《NAEP2014技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》對上述3個領(lǐng)域建立了層級分明、描述清晰的評估指標,并建議采用真實情境任務的方式對學生的工程素養(yǎng)進行測評.

2014年,美國國家教育進展評估機構(gòu)(National Assessment of Educational Process,NAEP)組織了面向全美8年級學生的首次工程素養(yǎng)樣本評估,并根據(jù)評估結(jié)果深入分析了中小學工程教育改革的實施現(xiàn)狀、尚存問題及優(yōu)化對策.此后,工程素養(yǎng)樣本評估的對象逐步擴大至4—12年級學生,該評估現(xiàn)已成為美國中小學工程教育改革常態(tài)化的質(zhì)量監(jiān)測機制[20].

3.4 多方協(xié)同共建工程教育的課程資源

課程資源建設是美國中小學工程教育改革中非常重視的一項基礎(chǔ)性工作.“項目引路”機構(gòu)(Project Lead to the Way,PLTW)是目前美國最大的中小學STEM課程提供者,其開發(fā)的課程以國家科學、技術(shù)、數(shù)學教育標準為參照,鼓勵學生參與基于活動的、基于項目的和基于問題解決的學習.“項目引路”機構(gòu)已建設形成了面向3—12年級學生的工程系列課程,包括工程設計介紹、工程的原理、航天工程學、民用工程和建筑、整合計算機技術(shù)的制造、計算機科學的原理、數(shù)字電子、環(huán)境的可持續(xù)性、工程設計與發(fā)展9個課程單元(工程系列課程的單元設置及具體內(nèi)容指向如表1所示)[21].

各個課程單元根據(jù)學生的進階發(fā)展規(guī)律組織相應的課程內(nèi)容而設置于各個學段,旨在使學生逐步走進工程師的世界,逐步在問題解決中擁有與工程師相仿的思維習慣與實踐模式.目前,上述工程系列課程已廣泛被美國各州的9 000多所中小學校引進與實施,參與這些課程的中小學生數(shù)量超過2 400 000名,教師數(shù)量超過35 000名.與此同時,項目引路機構(gòu)已與100多所高等院校及多家技術(shù)、航空、能源、自動化、健康等方面的世界領(lǐng)先企業(yè)達成合作關(guān)系,形成了課程建設的多元協(xié)同機制,不斷更新與豐富著美國中小學工程教育的課程資源[22].

4 對我國中小學工程教育改革的啟示

對我國而言,中小學工程教育同樣是“夯實后備人才基座、保障國家科技競爭力”的重要奠基性事業(yè).2018年,中國教育科學研究院發(fā)布并啟動《中國STEM教育2029創(chuàng)新行動計劃》,中小學工程教育改革作為其中的重要議題之一,正式進入實施推進階段.對此,在結(jié)合我國本土實情的基礎(chǔ)上,揚棄性地學習與借鑒美國的已有經(jīng)驗,能為我國的中小學工程教育改革帶來一定的啟示.

4.1 清晰闡明中小學工程教育的基本理念

中小學工程教育的學科定位是相應改革行動的先導.與美國的情況類似,我國的中小學同樣沒有工程學科的設置傳統(tǒng),因而目前同樣面臨著工程教育的學科定位問題.對此,美國的經(jīng)驗啟示我們亟須清晰闡明中小學工程教育的基本理念,以避免在專門設置工程學科還是融入科學、技術(shù)、數(shù)學等相關(guān)學科之間搖擺不定,從而造成中小學工程教育出現(xiàn)碎片化、淺層化與低效化等問題.具體而言,可以當前時代與社會語境下的工程人才培養(yǎng)為宗旨,以提升中小學生的基礎(chǔ)工程素養(yǎng)為目標,以實現(xiàn)跨學科深度統(tǒng)整為關(guān)鍵,厘清工程教育與科學、技術(shù)、數(shù)學等學科領(lǐng)域的內(nèi)涵、區(qū)別與關(guān)系邏輯,描繪我國中小學工程教育改革的愿景藍圖.進而通過全面深入的現(xiàn)狀研判找準與愿景藍圖之間的落差與進路,以此作為各相關(guān)主體開展各具體工作的基本遵循.換言之,無論是專門設置工程學科,抑或是融入相關(guān)學科,中小學工程教育改革都應首先明確相應的理念方向,并循此系統(tǒng)化、精準化推進.

表1 “項目引路”機構(gòu)開發(fā)的工程系列課程

4.2 系統(tǒng)構(gòu)建中小學工程教育的實踐框架

中小學工程教育的實踐框架是轉(zhuǎn)化與落實其價值理念的基本路徑.我國傳統(tǒng)應試取向的中小學學科教育實踐機制根深蒂固,并不符合當下工程教育實踐的內(nèi)在訴求,因而有必要進行實踐框架上的系統(tǒng)性變革,以真正創(chuàng)建有利于學生工程素養(yǎng)發(fā)展所需的實踐方式與路徑.在明確跨學科深度統(tǒng)整的基本理念后,美國以工程及科學、技術(shù)、數(shù)學等其他學科實踐的主體特征、情境特征、過程特征、結(jié)果特征等為依據(jù),從科學、技術(shù)、數(shù)學等學科的官方教育標準切入,從教育目標、教育內(nèi)容、教育過程、教育評價等維度,系統(tǒng)構(gòu)建了中小學工程教育的一體化實踐框架.與美國K-12階段的各學科教育標準相似,我國的義務教育課程方案與各學科課程標準規(guī)定了我國中小學各學科教育的目標、內(nèi)容和實施要求,是決定我國中小學各學科教育實踐范式的綱領(lǐng)性文件.因此,我國也有必要將工程教育納入義務教育課程方案與標準體系之中,對工程教育的各實踐要素進行系統(tǒng)的界定與描述,使之成為我國中小學工程教育各相關(guān)主體的實踐指南,進而逐步發(fā)展形成適合于我國的中小學工程教育新型實踐范式.

4.3 全面完善中小學工程教育的保障措施

中小學工程教育改革是關(guān)涉多層面、多主體、多要素的問題域研究工程,因而其品質(zhì)與成效也需要全方位的保障措施予以支持.我國當前的中小學工程教育在理念滲透、師資建設、質(zhì)量監(jiān)測、課程開發(fā)等方面均存在明顯的缺失或不足,難以支撐中小學工程教育的高質(zhì)量發(fā)展.在這些方面,美國通過政策法案的驅(qū)動與學科教育結(jié)構(gòu)的重塑以強化跨學科深度統(tǒng)整的中小學工程教育基本理念,通過官方教師專業(yè)發(fā)展標準的引領(lǐng)與職前職后教師專業(yè)培育項目的落實以提升中小學教師的工程教育專業(yè)能力,通過學生工程素養(yǎng)評估方案的設計與執(zhí)行以監(jiān)測與調(diào)控中小學工程教育的實施質(zhì)量,通過中小學校、高等院校、社會機構(gòu)等多元主體協(xié)同建設以豐富中小學工程教育的課程資源.這啟示我國在推進中小學工程教育改革時,不僅應注重基本理念的確立與實踐框架的構(gòu)建,而且要注重建設基本理念轉(zhuǎn)化與實踐框架落實過程中所需的現(xiàn)實條件,從政策制度、師資建設、監(jiān)控機制、設施資源等方面整體性、針對性完善中小學工程教育的保障支持體系,以此推動我國中小學工程教育事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展.