郭建欣，曹 昢，蘭 斌

（1.寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，銀川 750021；2.上海華東師范大學(xué)第一附屬初級中學(xué)）

一、研究背景

黨的十九大報告指出， 人與自然是生命共同體，人類必須尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然。 2016年中國環(huán)境保護(hù)部、 教育部等六部門聯(lián)合發(fā)布的《全國環(huán)境宣傳教育工作綱要 （2016-2020 年）》提出，加強(qiáng)中小學(xué)環(huán)境教育，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明知識進(jìn)課堂，積極組織開展環(huán)境教育課外實踐活動等要求。

1978 年，在廣、遼、甘等地開展中小學(xué)環(huán)境教育試點建議的提出，是中小學(xué)環(huán)境教育開展的起點[1]。目前， 我國中小學(xué)環(huán)境教育雖然已取得一定的成績，但也存在較多困難[2]。 張善超、李寶慶等認(rèn)為，我國中小學(xué)校環(huán)境教育的開展通常散落在思想品德教育或生物、地理化學(xué)等學(xué)科教學(xué)之中，導(dǎo)致內(nèi)容的系統(tǒng)性、連貫性不足[3]。 杜文靜對環(huán)境教育文獻(xiàn)進(jìn)行了可視化分析，發(fā)現(xiàn)環(huán)境教育研究涉及學(xué)科領(lǐng)域過于狹窄， 環(huán)境法制教育的研究尚處于缺失的狀態(tài)，且自2011 年以來，有關(guān)環(huán)境教育的政策和對環(huán)境教育的注度均呈下降趨勢[4]。 王文略、王倩等研究發(fā)現(xiàn)， 與國外相比我國有關(guān)提升環(huán)境教育水平的途徑研究和實踐研究較為缺乏[5]。此外，蘇小兵、潘艷通過對國外環(huán)境教育研究的熱點和趨勢的知識圖譜分析發(fā)現(xiàn)， 環(huán)境教育應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生解決真實環(huán)境問題的行動能力，而不是以傳授知識為終極目標(biāo)[6]。 因此， 本文圍繞工程設(shè)計過程中需要思考和解決的環(huán)境問題， 從實踐活動課程設(shè)計角度對的中小學(xué)環(huán)境教育的理論與實踐進(jìn)行研究。

二、課程模型建構(gòu)

（一）設(shè)計思路

近年來環(huán)境教育涵蓋的范圍從以自然研究為主擴(kuò)展到兼顧生活、生產(chǎn)與生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展教育，并倡導(dǎo)環(huán)境問題與社會問題相結(jié)合的研究[7]。工程可理解為以滿足人類需求為目的的改造自然的全部實踐活動與過程的總稱[8]。 其具有自然屬性，直接關(guān)乎人與自然能否和諧相處[9]，同時聯(lián)接著社會問題與環(huán)境問題。工程設(shè)計是工程實踐活動的核心，設(shè)計過程需要考慮的因素很多， 環(huán)境作為工程設(shè)計的重要因素之一，直接影響產(chǎn)品或系統(tǒng)的環(huán)境性能，即使一個簡單的設(shè)計也需要考慮環(huán)境問題[10]。 近代以來，有很多工程活動因為沒有全面深刻地思考環(huán)境影響問題，而導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞的案例比比皆是，如汽車、內(nèi)燃機(jī)、DDT 殺蟲劑、 氟里昂制冷劑等已成為生態(tài)環(huán)境的主要污染源，對生態(tài)圈造成了長久的危害[11]。

“人與自然是生命共同體”是關(guān)于人與自然關(guān)系的理論邏輯與人類文明展的歷史邏輯的統(tǒng)一， 它反對工業(yè)文明把人類凌駕于所有物種之上[12]，但也不是主張“回到叢林去”，實行零增長，而是遵從生態(tài)基本規(guī)律，走可持續(xù)發(fā)展之路[13]。 “面向環(huán)境的設(shè)計”（Design For Environment，簡稱“DFE”）是工程設(shè)計的方法之一，體現(xiàn)綠色設(shè)計理念，代表著對產(chǎn)品從設(shè)計到生產(chǎn)到使用再到回收的全生命周期內(nèi)的環(huán)境、健康和安全目標(biāo)的設(shè)計性能的系統(tǒng)考慮[14]。 “DFE”要求開發(fā)新產(chǎn)品時應(yīng)考慮環(huán)境問題， 必須符合倫理道德，致力于設(shè)計對環(huán)境負(fù)責(zé)任的產(chǎn)品，做好地球資源的管理者，關(guān)注“人與環(huán)境”的和諧關(guān)系以及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[15]。 “DFE”要求設(shè)計人員在設(shè)計過程中分析和理解相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)、系統(tǒng)地進(jìn)行環(huán)境審核， 以減少或消除產(chǎn)品或系統(tǒng)從設(shè)計到回收的整個生命周期的環(huán)境影響[16]。 可見，“DFE”方法是踐行“人與自然是生命共同體”理念的良好路徑，與環(huán)境教育殊途同歸。

（二）模型建構(gòu)

近年來以美國為首的多個國家陸續(xù)實施了K-12 工程教育[17]，認(rèn)為該階段開展工程教育可促進(jìn)學(xué)生工程思維的發(fā)展，有助于提高學(xué)習(xí)動機(jī)、問題解決能力、創(chuàng)造力和團(tuán)隊協(xié)作能力等[18]。 我國《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 版）》、《高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 版）》均明確提出了有關(guān)工程的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容要求，如學(xué)生應(yīng)知道工程的核心是設(shè)計，了解設(shè)計包括一系列步驟； 需要經(jīng)歷工程設(shè)計的一般過程，初步掌握面向環(huán)境的設(shè)計（DFE）等?；谏鲜鼋逃尘?，建構(gòu)以“DFE”為導(dǎo)向的初中環(huán)境教育課程模型（簡稱“DFE”環(huán)境教育課程模型），如圖1 所示。

以“DFE”為導(dǎo)向的初中環(huán)境教育課程在校內(nèi)外結(jié)合的學(xué)習(xí)空間中，在跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊指導(dǎo)下，在基于真實環(huán)境問題的跨學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容基礎(chǔ)上， 通過開展“DFE”活動，培養(yǎng)學(xué)生解決環(huán)境問題的能力。

環(huán)境教育與工程實踐均強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合[19][20]，對于環(huán)境教育和工程設(shè)計活動而言， 多學(xué)科教師的共同參與更符合DFE 環(huán)境教育課程的需求與特點。工程設(shè)計具有較強(qiáng)的專業(yè)性， 而我國中小學(xué)尚無與之相應(yīng)的專業(yè)師資， 在一定程度上會影響工程設(shè)計活動的開展效果， 因此邀請具有工程背景的校外專家加入教師團(tuán)隊，無疑是課程順利進(jìn)行的良好助力。

圖1 “DFE”環(huán)境教育課程模型

“DFE”的主要過程包括：需求分析、提出明確的設(shè)計要求、概念設(shè)計、初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和設(shè)計實施[21]。 從過程來看，“DFE”與一般工程設(shè)計過程沒有太大區(qū)別， 但其主要特點是強(qiáng)調(diào)各設(shè)計階段都應(yīng)體現(xiàn)出對環(huán)境的思考[22]。 需求分析階段過正確地分析社會需求，明確需要解決的問題，找準(zhǔn)設(shè)計目標(biāo)。 根據(jù)需求分析， 形成完整的設(shè)計要求， 特別是環(huán)境要求。設(shè)計要求決定了預(yù)期成果，是將環(huán)境目標(biāo)和用戶需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計方案的依據(jù)。 確定設(shè)計要求后正式開始方案設(shè)計， 此階段是對方案進(jìn)行不斷地評價優(yōu)選的過程，通常需要平衡產(chǎn)品的環(huán)境、性能和成本三方面的設(shè)計要求，并通過評價分析找到問題所在，進(jìn)行方案的優(yōu)化改進(jìn)，形成最終的詳細(xì)設(shè)計方案。詳細(xì)設(shè)計方案確定之后即進(jìn)入設(shè)計實施階段。

環(huán)境科學(xué)知識、 環(huán)境法律法規(guī)等外顯性環(huán)境教育目標(biāo)可以進(jìn)行考核測試，而環(huán)境意識、情感、態(tài)度和價值觀等是內(nèi)在的心理傾向具有內(nèi)隱性， 評價相對困難。 目前對于內(nèi)隱性目標(biāo)，采用訪談、調(diào)查問卷或收集學(xué)生解決問題過程中的各種表現(xiàn)與記錄文件等進(jìn)行評價被視為較好的評價方式[23]。 因此，“DFE”環(huán)境教育課程模型采取面向工程設(shè)計各階段活動成果和表現(xiàn)的綜合性評價方式進(jìn)行教學(xué)評價。

環(huán)境教育要求學(xué)生親近、欣賞和愛護(hù)自然，了解地域環(huán)境，關(guān)注自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)。工程活動是人類有目的、 有意識地認(rèn)識和改造客觀世界的各種具體活動的總和[24]。 可見，以工程設(shè)計為導(dǎo)向的環(huán)境教育課程應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生了解與體驗工程對人類社會和自然環(huán)境影響，需要為學(xué)生提供走出校園，參觀調(diào)查工程建設(shè)項目的機(jī)會。 工程設(shè)計活動對校內(nèi)教學(xué)環(huán)境也一定的要求， 除教室、 實驗室和機(jī)房等教學(xué)空間外，技術(shù)、工具和材料支持也是工程設(shè)計活動順利進(jìn)行的保障[25]。

三、課程案例設(shè)計與實踐

上海華東師范大學(xué)附屬中學(xué)初級中學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生解決真實環(huán)境問題的能力為主要任務(wù)， 以綜合實踐活動課程為平臺，充分利用當(dāng)?shù)丨h(huán)境資源，圍繞真實生態(tài)環(huán)境問題，在“DFE” 環(huán)境教育課程模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行《生態(tài)公園模型設(shè)計》課程設(shè)計并實踐。

（一）案例設(shè)計

1.學(xué)情分析

課程教學(xué)對象為上海華東師范大學(xué)附屬中學(xué)初中部（以下簡稱華初）低年級學(xué)生。 該階段的學(xué)生已完成小學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)，初步了解和掌握了數(shù)學(xué)、語文、科學(xué)和信息技術(shù)等學(xué)科的知識與技能， 在設(shè)計過程中具備理解和運(yùn)用學(xué)科知識的基本能力。 具有一定的閱讀、 思考和分析問題能力， 使學(xué)生理解環(huán)境問題，解讀和分析相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)成為可能。較好的接受能力、創(chuàng)意和廣泛的興趣愛好，可促進(jìn)設(shè)計方法的學(xué)習(xí)，開展頭腦風(fēng)暴，提出多種方案，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情?；镜膭邮植僮髂芰?，可使學(xué)生較為順利的將方案轉(zhuǎn)化為圖示與作品。 良好的溝通與交流能力，使學(xué)生的團(tuán)隊合作更為順利，但在中學(xué)階段團(tuán)隊人數(shù)不宜過多，3-5 人合作效果較好[26]。

2.學(xué)習(xí)目標(biāo)

崔允漷教授將基于核心素養(yǎng)的“知識”、“技能”、“能力”和“素養(yǎng)”比喻成學(xué)習(xí)駕駛時需要學(xué)習(xí)的“交規(guī)知識”、掌握的“基本駕駛技能”（如移庫、半坡起步等）和培養(yǎng)的“駕駛能力”（真實情境中開車）與“駕駛素養(yǎng)”（如安全駕駛、禮貌行車、尊重生命等）[27]。 基于此，從知識、技能、能力和素養(yǎng)4 個層級進(jìn)行課程目標(biāo)設(shè)計，如表1 所示。

表1 《生態(tài)公園模型設(shè)計》課程目標(biāo)設(shè)計

3.具體實施過程

《生態(tài)公園模型設(shè)計》課程以“DFE”過程為主線，將課堂教學(xué)、實地調(diào)查和工程設(shè)計3 類活動相串聯(lián)，包含了課堂講授、團(tuán)隊合作、組間交流和班級討論等多種組織形式。 園林設(shè)計隸屬于工程設(shè)計的類別， 其基本程序具有共性。 因此，《生態(tài)公園模型設(shè)計》的設(shè)計過程以“DFE”基本程序為基礎(chǔ)，將課程實施過程劃分為課程導(dǎo)入、需求分析、設(shè)計要求、概念設(shè)計、初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、原型創(chuàng)建、評估測試、優(yōu)化改進(jìn)、展示分享和課程總結(jié)等多個階段。課程導(dǎo)入階段，以課堂講授方式為主，介紹課程性質(zhì)、任務(wù)和目標(biāo)，介紹工程的基本知識，完成學(xué)生分組。 采用視頻、資料展示方法讓學(xué)生了解人類面臨的環(huán)境問題，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。需求分析階段，教師引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)資料查閱， 調(diào)查上海市的社會環(huán)境和自然環(huán)境，并進(jìn)行資料梳理，該過程主要讓學(xué)生體驗查閱資料的自主學(xué)習(xí)方法和過程。通過小組討論分析《生態(tài)公園模型設(shè)計》 時需要考慮的問題和可能受到的約束。 其中社會環(huán)境調(diào)查， 主要分析城市環(huán)境規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，了解上海環(huán)境質(zhì)量情況和環(huán)境需求。在資料分析基礎(chǔ)上，以小組為單位提出自己的設(shè)計目標(biāo)，與教師商討確定設(shè)計目標(biāo)后方可進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。 設(shè)計要求階段， 學(xué)生以小組形式， 根據(jù)設(shè)計目標(biāo)制定設(shè)計要求。 園林設(shè)計需要考慮的因素很多，如環(huán)境性、功能性、藝術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和耐用性等。 為降低難度，“生態(tài)公園模型”的設(shè)計要求主要從環(huán)境、功能和藝術(shù)三個方面進(jìn)行考慮。 功能性和藝術(shù)性依據(jù)公園設(shè)計規(guī)范的解讀提綱加以表述。 環(huán)境設(shè)計要求在環(huán)境設(shè)計目標(biāo)基礎(chǔ)上， 依據(jù)城市環(huán)境規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)解讀提綱并結(jié)合“DFE”總體設(shè)計要求加以表述。 “DFE”總體設(shè)計要求為，減少自然資源的使用、減少能量消耗、減少有毒物質(zhì)的排放、加強(qiáng)物質(zhì)的循環(huán)使用能力、最大限度可持續(xù)的利用再生資源和提高產(chǎn)品的耐用性等[28]。概念設(shè)計階段，學(xué)生通過小組討論，依據(jù)設(shè)計目標(biāo)自行設(shè)計。 該階段主要明確“生態(tài)公園模型”的設(shè)計理念和方案立意。 初步設(shè)計階段，學(xué)生以小組形式，圍繞設(shè)計理念通過頭腦風(fēng)暴等方法形成多種方案。 依據(jù)設(shè)計要求對產(chǎn)生的多種方案進(jìn)行分析比較， 列出各個方案存在的優(yōu)勢與不足， 并對各個方案進(jìn)行綜合評價，權(quán)衡利弊得失，選出相對滿意的方案。 此階段，教師以顧問的形式參與設(shè)計，回答學(xué)生咨詢的問題，給予相應(yīng)建議。 詳細(xì)設(shè)計階段，學(xué)生以小組為單位，對已選定方案進(jìn)行細(xì)節(jié)完善。然后依據(jù)環(huán)境設(shè)計要求對詳細(xì)方案進(jìn)行評估，列出方案存在的問題，進(jìn)行分析討論，然后優(yōu)化改進(jìn)，形成最終方案。 原型創(chuàng)建階段，是將最終方案轉(zhuǎn)變?yōu)閳D示和實物的過程。學(xué)生通過團(tuán)隊合作，將方案轉(zhuǎn)化為相應(yīng)實物。 此階段，教師主要負(fù)責(zé)技術(shù)和材料支持， 提供必要的技術(shù)指導(dǎo)和所需材料。 評估分析階段，學(xué)生以小組為單位，依據(jù)設(shè)計要求，從功能、藝術(shù)和環(huán)境方面對作品進(jìn)行細(xì)節(jié)評估，并形成評估分析報告。 優(yōu)化改進(jìn)階段，依據(jù)評估分析報告找到作品存在的問題， 提出改進(jìn)方案，進(jìn)行局部優(yōu)化。 展示分享階段，以組間交流形式進(jìn)行作品演示，并從環(huán)境、功能和藝術(shù)三方面講解設(shè)計方案。 課程結(jié)束時，教師對課程進(jìn)行總結(jié)，主要從習(xí)得內(nèi)容、活動過程、學(xué)生表現(xiàn)和學(xué)習(xí)效果等方面對課程進(jìn)行綜合分析。通過課堂討論，讓學(xué)生們交流學(xué)習(xí)心得與收獲，并在教師引導(dǎo)下加深學(xué)生對“人與自然是生命共同體”理念的理解，使學(xué)生的環(huán)境情感、態(tài)度和價值觀得到升華。

《生態(tài)公園模型設(shè)計》 課程歷時22 周共44 課時，在此過程中學(xué)生收獲了豐富的學(xué)習(xí)成果，如資料匯總報告、環(huán)境設(shè)計指導(dǎo)性文件、社會調(diào)研手冊、設(shè)計方案、設(shè)計圖紙、“生態(tài)公園”模型、實物作品、評估報告和學(xué)習(xí)心得等。

4.學(xué)習(xí)內(nèi)容

工程設(shè)計可理解為技術(shù)和工程的集成與綜合化過程[29]，是從人類需求出發(fā)，明確目標(biāo)任務(wù)，應(yīng)用科學(xué)知識、實踐經(jīng)驗和技術(shù)工具解決問題、達(dá)成需求的過程。環(huán)境教育要求學(xué)生關(guān)注環(huán)境問題，正確認(rèn)識個人、社會與自然之間的相互聯(lián)系[30]。 因此，《生態(tài)公園模型設(shè)計》的學(xué)習(xí)內(nèi)容包含工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)、環(huán)境、生物、物理、化學(xué)和信息技術(shù)等多學(xué)科知識，在設(shè)計過程中應(yīng)用各類知識解決環(huán)境問題， 真正實現(xiàn)跨學(xué)科融合。

5.教學(xué)評價

《生態(tài)公園模型設(shè)計》課程的學(xué)生表現(xiàn)主要體現(xiàn)在活動過程和各階段的活動成果中，因此，教學(xué)評價以各階段活動成果為主，如方案初稿、方案終稿、方案繪圖、作品模型、評估報告、最終作品和課程心得等，并以形成性評價為主，采用師評、自評、組內(nèi)互評和組間互評相結(jié)合的方式對個人與團(tuán)隊進(jìn)行評價。

6.開展環(huán)境

《生態(tài)公園模型設(shè)計》 的校內(nèi)設(shè)計環(huán)境主要包括，教室、實驗室和機(jī)房，并配以3D 打印機(jī)、KODU軟件和基本工具等技術(shù)與條件支持。其中，教室的主要功能為：課堂講授、組內(nèi)討論和組間交流等。 實驗室的主要功能為：手工繪圖、模型建構(gòu)、成品制作、測試評估和優(yōu)化改進(jìn)等。 機(jī)房的主要功能為： 資料查詢、軟件繪圖和3D 打印。 校外工程環(huán)境為“吳淞炮臺灣濕地森林公園”和“長江河口科技館”。通過參觀“吳淞炮臺濕地森林公園”和“長江河口科技館”讓學(xué)生感受自然之美， 了解自然環(huán)境中生態(tài)系統(tǒng)的主要構(gòu)成元素，了解人造景觀及其建構(gòu)的要求與特點，啟發(fā)學(xué)生思考工程活動對人類生活和自然環(huán)境的意義與影響。

（二）實踐成效

將DFE 方法與環(huán)境教育相結(jié)合，摒棄傳統(tǒng)課堂講授，通過DFE 工程設(shè)計活動開展環(huán)境教育，提高了學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)習(xí)效果。 首先，在課程開展過程中，學(xué)生以工程師角色參與工程設(shè)計活動，設(shè)身處地的思考環(huán)境問題， 使學(xué)生在實踐過程中體會工程師的環(huán)境責(zé)任和倫理訴求，進(jìn)而關(guān)注生態(tài)環(huán)境，樹立環(huán)境意識。 其次，學(xué)生通過實地調(diào)查，切實體會了工程活動對人類和自然的影響， 了解了人類生存與發(fā)展面臨的問題。 第三，應(yīng)用“DFE”進(jìn)行工程設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生思考和解決環(huán)境問題， 培養(yǎng)了學(xué)生解決環(huán)境問題的能力。第四，“DFE”是以關(guān)注“人與環(huán)境”的和諧關(guān)系， 走可持續(xù)發(fā)展之路為核心理念與最終目標(biāo)的工程設(shè)計方法[31]，學(xué)生利用DFE 進(jìn)行工程設(shè)計，是對“人與自然是生命共同體”理念的實踐，可促進(jìn)學(xué)生對“人與自然是生命共同體”理念的深入理解。

四、總結(jié)與展望

《生態(tài)公園模型設(shè)計》項目是華初系列校本課程之一，前期開展并未采用“DFE”環(huán)境教育課程模型，曾出現(xiàn)學(xué)科知識散亂、學(xué)生盲目參與、教師合作存在斷點等現(xiàn)象。 在利用“DFE 環(huán)境教育”課程模型對課程進(jìn)行修訂后，理清了課程開展思路，完善了環(huán)境教育的學(xué)習(xí)內(nèi)容，提升了環(huán)境教育的深度和廣度，豐富了學(xué)生的實踐經(jīng)驗和學(xué)習(xí)成果。

環(huán)境教育至今雖已開展了40 年，但仍存在較多問題。 “DFE”是面向環(huán)境的設(shè)計，提倡人與自然和諧發(fā)展，體現(xiàn)出“人與自然是生命共同體”理念。 利用DFE 工程設(shè)計方法進(jìn)行環(huán)境教育，是在“人與自然是生命共同體”理念和《全國環(huán)境宣傳教育工作綱要（2016-2020 年）》要求指導(dǎo)下對環(huán)境教育的積極探索與創(chuàng)新，同時兼顧了國外以培養(yǎng)學(xué)生解決真實環(huán)境問題能力為目標(biāo)的環(huán)境教育趨勢。但本文對于學(xué)生的環(huán)境意識、情感、態(tài)度和價值觀等內(nèi)隱性目標(biāo)的評價分析仍不夠深入， 未來還需進(jìn)一步研究與完善。