加强我国中小学工程启蒙教育的意义与建议

管光海 张丰

创新驱动发展战略，呼唤人才发展模式变革。大力培养使用战略科学家、打造大批一流科技领军人才和创新团队、造就规模宏大的青年科技人才队伍、培养大批卓越工程师，成为新时代人才强国战略。如何推动教育创新、改革人才培养模式是当前教育改革的重要议题。2018年和2019年，浙江省教育厅连续两年组织中小学STEM教育研修团赴美国印第安纳州（下文简称“印州”）、新泽西州（下文简称“新州”）学习考察。考察中，美国对中小学技术与工程教育的高度重视、区域和学校层面的多样化实施给我们留下深刻印象。为此，在考察的基础上，我们结合对美国中小学技术与工程教育政策和文献的分析，提出加强我国中小学工程启蒙教育的建议。

美国中小学技术与工程教育的主要特点

国家层面高度重视技术与工程教育，在科学教育标准和技术与工程教育标准中得以体现。美国中小学工程教育与技术教育、科学教育关系密切。1996年，美国国际技术教育协会（ITEA）出版《面向所有美国人的技术：技术学习的原理与结构》，2000年颁布《美国国家技术教育标准》，五部分标准有两部分涉及设计，工程设计成为二十条标准中的一条。21世纪以来，美国不断加大投入，出台一系列重要法案、议案以进一步加强K-12 STEM教育。

2013年，美国发布《新一代美国国家科学教育标准》（NGSS），该文件将工程设计提升到与科学探究同等的高度，通过强调工程设计与技术应用的核心概念，从而将“科学与工程”纳入科学教育。2020年，美国国际技术与工程教育协会（ITEEA）发布修订后的技术素养标准，将其发展为《技术与工程素养标准》。该标准涵盖技术与工程核心领域标准（包括技术与工程特性、核心概念、对社会影响、设计等）、技术与工程情境（包括制造技术、能源与动力技术、信息与通信技术等）和技术与工程实践（包括系统思维、创造、最优化、合作、交流、伦理道德、制作等）。

技术与工程教育已纳入美国各州基础教育课程框架，并多样态实施。在美国各州的中小学课程标准中，已有关于工程与设计的学习内容标准。新州将工程相关标准分散在科学标准和技术标准中，贯穿K-12年级。印州在《中学工程与技术教育标准》中建议6—8年级学生每年接受工程与技术教育，具体包括四个领域：一般工程和技术概念、工程设计和开发、生产和使用技术以及技术职业。印州高中课程标准目录中包含20个工程课程标准，涵盖工程基础类、工程与设计类、计算机类、制造类、建筑类、通信类以及航空航天工程、交通运输、可持续的环境。

在新州西温莎平原学区，自2015年开始，学区就主导建设K-12技术与工程教育体系。小学三年级起开设关于“设计思维”的课程，结合进行每周1课时的编程与工程的启蒙教育；七年级起分别开设编程与工程课程，一学年的面向全体学生的“工程入门”课程每两周5课时，并有“设计+工程”和“木工”等选修课程1-2学年；高中阶段开设工程与技术、科学+工程技术的课程，还有计算机高级课程、生物医学、数码媒体、工程原理、图形工程、建筑设计与制造、计算机程序设计导论、手机应用程序设计等工程类课程，供学生选修。在该学区总共14名学科主管（类似于我国的教研员）中，有1名以工程课程为主。

教育研究机构、企业在技术与工程教育中发挥了重要的支持作用。美国国家工程院（NAE）积极参与加强K-12技术与工程教育的研究。2006年，美国国家工程院和美国国家研究理事会教育中心（NRCCE）成立K-12工程教育委员会，其职责是确定K-12工程教育的范围和性质，并于2009年发布了《K-12教育中的工程教育：了解现状和改进前景》。美国国家工程院还赞助来自多个领域的专家组成K-12工程教育标准委员会，评估开发和实施K-12工程教育的潜在价值和可行性，委员会在长达两年的研究后于2010年发布了《K-12工程教育的标准》。

美国K-12工程教育受到各种社会力量的支持。许多教育部门、大学研究机构、企业、学会为学校提供课程计划、教科书等一系列课程资源，还为使用该项目的老师提供培训。例如国际技术与工程教育协会开发的“工程设计”，“项目引路”（PLTW）公司开发的“技术之门”，美国工程教育学会与多所大学共同开发的“教工程”，新泽西学院开发的“设计和工程探索”等。众多的项目大大推动了技术与工程课程的实施，且这些项目实施的难度各不相同，可以满足不同层次学校的需求。

一些企业积极与学校协同实施工程教育。华沙学区的STEM项目开展在印州内数一数二，主要原因是该学区有很多企业，需要大量技术与工程方面的人才。于是企业与学校联合展开卓有成效的校企合作，以推动该地区技术与工程人才的培养。华沙埃奇伍德初中的一个特色理念是培养和鼓励女生从事和技术与工程相关的职业，学校联合当地企业开展技术与工程项目，每周都有企业员工进入课堂与孩子们互动。

高校重视技术与工程教育专业建设与师资培养。与K-12技术与工程教育实践相適应，美国斯坦福大学、普渡大学等设立技术与工程教师教育专业，系统培养K-12技术与工程课程教师。例如，普渡大学开设的工程/技术教师教育专业，其核心课程为：工程/技术教育中的原型、整合教育基础、工程/技术教师教育入门、STEM教育中的技术与工程、工程和技术教育教学计划和评价、定量推理、普通物理、基础心理学、语言交流基础等课程。

从州层面看，技术与工程教师教育与培养体系完备。例如，印州已建立较为完备的STEM教师培养及培训体系，包括职前培养、入职培养和职后培养三个阶段。入职阶段的技术与工程教师在进入学校任教时，由中小学与大学的专任教师负责他们的入职培训。一年试用期满，合格者可获得技术与工程教师的正式入职资格。技术与工程教师职后培养形式灵活丰富多样，在职教育的机构包括高等院校、专门性的教师教育机构、教师专业发展学校、网络远程培训机构等。美国还有很多正式与非正式的项目以及政策法规，为K-12阶段技术与工程教师的专业发展提供了有利条件。

对照美国实践，我们要意识到加强中小学技术与工程教育是国家创新驱动发展战略的一部分，是转变育人模式，培养创新型人才的重要路径。中小学技术与工程教育可能是国际基础教育未来竞争的前沿。我们要居安思危，加强研究，完善基础教育课程体系，重视加强技术与工程教育的时机。

加强中小学工程启蒙教育的意义

加强工程教育是提高国民科技实践与创新能力，促进社会经济发展的重要途径。科学、技术、工程三者有密切联系，也有明显差别。科学是对自然界客观规律的探索，科学知识的基本形式包括科学概念、科学假说和科学定律，科学活动的典型形式是科学实验和理论研究等基础科学研究。技术是改造世界的手段、方法和过程，技术知识的基本形式是技术原理和操作方法，技术活动的典型方式是发明、创新和转移等技术开发。工程是实际的改造世界的物质实践活动和改造实施过程。工程知识的主要形式是工程原理、设计和施工方案等，工程活动的基本方式是计划、预算、执行、管理、评估等。

与此相对应，技术与工程教育和科学教育有着不同的使命。然而在我国，中小学工程教育并没有受到应有的重视，我们应当意识到当前加强中小学工程启蒙教育的紧迫性。美国在强调技术与工程教育时经常以中国为参照，对比中国的工程师和美国的工程师培养。在基础教育阶段加强以培养学生创新精神和实践能力为目标的工程启蒙教育，是中国走向工程教育强国的重要一步。中小学工程启蒙教育更重要的意义在于强调应用性课程与跨学科课程，有助于弥补以往基础性课程中学术性课程比例过高、分科过于严重的缺陷。

加强工程启蒙教育是丰富基础教育课程的内涵，转变育人模式的重要抓手。加强工程启蒙教育不只是学习领域的拓展，更是人才培养模式的突破与发展。工程教育所培养的工程思维是一种设计、筹划、建造以满足人的需要为目的的实践理性思维，包括系统思考能力、创造力、合作、沟通能力以及道德思考等技能。

工程思维的培养是个人能力最重要的因素之一，是培养创新人才的有效途径之一。工程教育中的创意、设计、实践、产品等重要属性和要素可以极大地丰富基础教育课程的内涵和育人价值，使包括科学（综合或分科）在内的相关课程在培养学生创新、实践和问题解决能力上有最直接的支撑点，为培养创新人才提供更为真切的途径。

我们还要体会超越工程学科价值的教育学意义。加强工程启蒙教育的意义，并不完全在于培养工程师，而是探索教育教学的变革与寻衡，从偏重“学术取向”的学习向兼顾“应用取向”的学习发展，从“知识积累”的学习向同时注重“素养发展”“思维发展”的学习发展，逐步将理论性的科学思维、试错性的工程思维和现实性的设计思维相结合，使学生真正实现“认知学习”和“人的社会性成长”的平衡成长。

加强工程启蒙教育也是推进21世纪劳动教育实施的需要。当前，中小学劳动教育受到重视。劳动教育要帮助学生在实践体验中理解劳动。劳动是一种付出的过程、实践的过程，是面对真实问题的探索与解决的过程，是促进学生社会化的过程。这恰巧与技术与工程教育的取向高度吻合。另一方面，在人工智能时代，劳动教育不仅仅局限于简单的体力劳动，而应追求智慧劳动与创造性劳动。技术与工程领域的劳动涉及大量的智慧劳动、创造性劳动。因此，加强中小学工程启蒙教育也是推进劳动教育的重要路径。

加强工程启蒙教育是引导学生职业发展规划的重要手段。中小学技术与工程教育涉及广泛的技术与工程领域，是引导学生生涯发展规划的重要手段。在美国一些报告中，强调中小学技术与工程教育的价值之一在于提高对工程和工程师职业的认识和兴趣。印州将“提升早期STEM职业体验”，作为推进STEM教育的三大战略之一，强调建立STEM生态系统，扩大和丰富每个学习者的教育和职业经历。

浙江省的一项调查发现，从学生从事科技相关工作的意愿来看，随着年级的增加，学生的意愿在不断降低，学生的意愿系数从四年级的0.838，到八年级下降至0.427，高中为0.479。特别是“意愿很强烈”的比例，下降明显。要改变这种局面，工程启蒙教育是重要手段。加强技术与工程教育是引导学生职业发展规划的重要手段，可以在技术与工程教育中融入职业教育，帮助学生了解技术与工程领域的职业，培养学生对该领域的兴趣和选择倾向。

加强我国中小学工程启蒙教育的建议

我们应从战略高度看待中小学技术与工程教育的发展，从转变育人模式的系统视角理解工程启蒙教育的意义。由此，我们提出以下建议。

将工程启蒙教育纳入国家义务教育课程体系中。新课标中已提出在科学教育中融合技术与工程，并加强信息科技教育，可见已经关注到技术与工程，但技术与工程具有独立的知识形态和活动方式，也包括除了信息之外的能源、材料等更广泛的领域，因此现有的方案并不能替代独立形态的工程教育。要制订至少十年不落后的国家课程标准，在基础教育阶段加强工程启蒙教育，加强应用性课程的建设。

建议设立独立的工程启蒙课程，研制独立的课程标准。在小学阶段开展以“设计思维”培养为主的项目学习实践，开展工程启蒙教育，初中阶段设立一学年的工程启蒙教育的必修课程，以及一定体量的选修课程模块。义务教育阶段工程启蒙教育课程应与高中通用技术课程形成配合。

在各地发展不平衡的情况下推进中小学工程启蒙教育。从中小学工程启蒙教育实施的基础来看，浙江、北京、上海、江苏等地区有较好的劳动与技术课程基础，并且近年来积极推进STEM教育，而一些地区尚未很好实施技术类课程，还没有关注工程教育，各地发展不平衡。建议在有一定基础的地区先行试验工程启蒙教育，鼓励其他地区积极参加试验，分阶段推进中小学工程启蒙教育。

成立中小学工程启蒙教育研究与实施的支持机构。我国缺乏中小学工程启蒙教育的研究与各种支持。建议在我国成立类似的研究机构，积极引导并鼓励高校、企业和社会机构共同参与工程教育项目，提供工程教育课程支持，作为工程启蒙教育的学术支持，并建设类似于美国的PLTW 企业联合支持的工程课程资源中心，开展课程资源服务与师资培养辅导。

加强高校的中小学工程启蒙教育专业建设和师资培养。要发展我国中小学工程启蒙教育，必须有一支优秀的技术与工程教育教师队伍。因此，一方面建议在国家层面设置技术与工程教育专业，另一方面可借鉴美国技术与工程教育教师培养模式，师范院校可在物理、化学等科学专业增设技术与工程教育方向，有教育学院的综合性大学、有工程学院的师范院校可采取工程学院与教育学院的联合培养。此外，重视工程启蒙教育教师队伍的在职培训，在我国可通过国家级培训引领，省、市、县教研跟进的方式促進工程启蒙教育教师专业发展。