鄒 逸, 金麗珍

(1.浙江師范大學(xué) 教育學(xué)院,浙江 金華 321004;2.浙江師范大學(xué) 心理學(xué)博士后流動(dòng)站,浙江 金華 321004)

隨著時(shí)代和社會(huì)的進(jìn)步,當(dāng)今的科技發(fā)展更加表現(xiàn)出跨學(xué)科融合的特征,綜合性的工程類(lèi)人才在社會(huì)建設(shè)、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)及國(guó)力強(qiáng)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(xué)段前移傾向,各國(guó)愈發(fā)重視中小學(xué)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(guó)的薩莉·萊德(Sally Ride)所言,“當(dāng)今社會(huì)正處于一個(gè)依賴(lài)工程技術(shù)的時(shí)代,公民的工程素養(yǎng)水平?jīng)Q定著國(guó)家的興衰盛亡.因此,我們需要從中小學(xué)就開(kāi)始培養(yǎng)工程師.”[1]中國(guó)發(fā)布的《中國(guó)STEM教育白皮書(shū)》中也明確指出要加強(qiáng)中小學(xué)工程教育,讓中國(guó)在未來(lái)能夠持續(xù)涌現(xiàn)更多具有跨學(xué)科綜合創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才[2].然而,中小學(xué)工程教育在中國(guó)是一項(xiàng)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(gè)問(wèn)題：1)學(xué)科定位不明確,將工程教育作為一門(mén)新的學(xué)科來(lái)建設(shè),還是作為已有學(xué)科教育改革的一種手段,尚未有清晰的定論;2)工程教育實(shí)踐呈現(xiàn)零散性,基于不同理解視角的小范圍教育教學(xué)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(zhuān)業(yè)師資、質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制、設(shè)施資源等方面的保障措施亟待建設(shè)與完善[3].概言之,我國(guó)中小學(xué)工程教育的基本理念、學(xué)科定位、實(shí)踐框架、保障措施等關(guān)鍵問(wèn)題亟需進(jìn)一步系統(tǒng)化推進(jìn).美國(guó)是進(jìn)行中小學(xué)工程教育改革的先行國(guó)家之一,目前已建設(shè)形成較為成熟的中小學(xué)工程教育體系.本文從美國(guó)推進(jìn)中小學(xué)工程教育改革的歷史脈絡(luò)切入,梳理其在基本理念與學(xué)科定位方面的發(fā)展嬗變,進(jìn)而聚焦探討當(dāng)前美國(guó)中小學(xué)工程教育的實(shí)踐框架與保障措施,以期為我國(guó)方興未艾的中小學(xué)工程教育改革帶來(lái)一定的經(jīng)驗(yàn)與啟示.

1 走向深度的跨學(xué)科統(tǒng)整：美國(guó)中小學(xué)工程教育改革的基本理念變遷

1.1 重振科技競(jìng)爭(zhēng)力：STEM教育運(yùn)動(dòng)的興起

自蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星以來(lái),美國(guó)就充分認(rèn)識(shí)到提升中小學(xué)科技教育的質(zhì)量對(duì)于重振國(guó)家科技競(jìng)爭(zhēng)力的重要性.1983年,美國(guó)高質(zhì)量教育委員會(huì)(The National Commission on Excellence in Education,NCEE)發(fā)布《國(guó)家處于危機(jī)之中：教育改革勢(shì)在必行》(A Nation at Risk：the Imperative of Education Reform)報(bào)告,提出將堅(jiān)定推行中小學(xué)科技教育改革[4].1986年,美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)(National Science Board,NSB)發(fā)布《尼爾報(bào)告》(Neal Panels Report),首次明確提出在K-12階段加強(qiáng)“科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)”(Science,Technology,Engineering,Mathematics,STEM)融合教育,培養(yǎng)學(xué)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(guó)科技事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展[5].以此為標(biāo)志,美國(guó)開(kāi)始了全國(guó)范圍、全教育階段的STEM教育運(yùn)動(dòng),原本主要在高等教育階段開(kāi)展的工程教育也隨之成為美國(guó)中小學(xué)教育領(lǐng)域的熱點(diǎn)議題.

在美國(guó)隨后頒布的一系列推動(dòng)中小學(xué)STEM教育改革的政策法案中,都對(duì)工程教育賦予重要地位.如美國(guó)聯(lián)邦教育部(United States Department of Education,ED)在1991年頒布《美國(guó)2000年教育戰(zhàn)略》(America 2000：an Education Strategy)法案,其中明確強(qiáng)調(diào)了“中小學(xué)工程教育是保障美國(guó)工程領(lǐng)域的卓越與領(lǐng)先,進(jìn)而帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的基礎(chǔ).”[6]美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation,NSF)在1996年發(fā)布的《塑造未來(lái)：STEM教育的新期望》(Shaping the Future：New Expectations for Undergraduate Education in Science,Mathematics,Engineering,and Technology)報(bào)告中也明確提出“應(yīng)使美國(guó)的學(xué)校具備最好的工程學(xué)習(xí)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(guó)推進(jìn)中小學(xué)STEM教育改革的具體過(guò)程中,工程教育卻因在中小學(xué)缺乏學(xué)科設(shè)置傳統(tǒng)而一度遭遇了“與S,T,M均有聯(lián)系,卻無(wú)專(zhuān)門(mén)建設(shè)”的尷尬.換言之,工程教育僅僅作為部分內(nèi)容載體或活動(dòng)形式而零散地出現(xiàn)在科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)教育的相關(guān)課程與教學(xué)之中,卻并沒(méi)有像此三者那樣既有專(zhuān)門(mén)的學(xué)科設(shè)置,又有專(zhuān)門(mén)研制的教育標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范相應(yīng)的課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)施.

美國(guó)國(guó)家科學(xué)研究委員會(huì)(National Research Council,NRC)對(duì)當(dāng)時(shí)美國(guó)中小學(xué)STEM教育開(kāi)展情況的調(diào)研報(bào)告中指出,“工程教育通過(guò)科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)課程緩慢進(jìn)入美國(guó)K-12年級(jí)的課堂,但由于缺失了專(zhuān)業(yè)的教育標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng),決策者和教師對(duì)它的關(guān)注和實(shí)踐實(shí)在還是太少了,STEM中的‘E’基本上是消失不見(jiàn)的.”[8]不少學(xué)者對(duì)此也指出,“盡管工程教育和科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)教育存在著緊密聯(lián)系,但如何理解與運(yùn)用這種緊密聯(lián)系從而高質(zhì)量開(kāi)展工程教育需要進(jìn)行深入的研究和專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì).顯然,當(dāng)前這樣淺顯地附著于其他課程的實(shí)踐方式會(huì)淡化工程領(lǐng)域的特質(zhì),阻礙學(xué)生發(fā)展新時(shí)代所需的工程素養(yǎng).”[9]

1.3 破局之路：深度的跨學(xué)科統(tǒng)整

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

此外,美國(guó)還在2008年成立了K-12工程教育標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(Committee on Standards for K-12 Engineering Education,CSEE),其主要任務(wù)本是評(píng)估在中小學(xué)專(zhuān)門(mén)設(shè)置工程學(xué)科的可行性,以及開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的中小學(xué)工程教育標(biāo)準(zhǔn).然而,經(jīng)過(guò)2年的研究,該委員會(huì)于2010年發(fā)布《K-12工程教育標(biāo)準(zhǔn)?》(Standards for K-12 Engineering Education?)報(bào)告,否定了設(shè)置專(zhuān)門(mén)的工程學(xué)科及編制專(zhuān)門(mén)的工程教育標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)念,其原因主要有以下3條：1)致力于工程學(xué)科專(zhuān)門(mén)設(shè)置的中小學(xué)教師數(shù)量偏少,改革所需的群聚效應(yīng)缺失;2)美國(guó)各州尚未建立學(xué)生工程學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)要求,改革所需的動(dòng)力機(jī)制缺失;3)專(zhuān)門(mén)的工程學(xué)科設(shè)置與工程教育標(biāo)準(zhǔn)編制對(duì)改變課程內(nèi)容和教學(xué)方式的效果尚未得到研究與證實(shí),改革所需的科學(xué)依據(jù)缺失[11].更為關(guān)鍵的是,該報(bào)告指出,“工程教育明顯與科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)教育有著天然聯(lián)系,或許是因?yàn)槟壳皩?duì)工程教育與其他學(xué)科聯(lián)系的認(rèn)識(shí)與實(shí)踐還不夠充分,而這正應(yīng)該是美國(guó)中小學(xué)工程教育改革更值得嘗試的方向.事實(shí)上,實(shí)現(xiàn)深度的跨學(xué)科統(tǒng)整也是推行中小學(xué)STEM教育的初衷.”[11]

自此,探索工程教育與其他學(xué)科的深度統(tǒng)整范式,成為美國(guó)中小學(xué)工程教育改革的新動(dòng)向.美國(guó)于2011年頒布的《K-12科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念、學(xué)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(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》(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(xué)與工程的深層次跨學(xué)科統(tǒng)整的趨向特征.2014年,美國(guó)國(guó)家工程院(National Academy of Engineering,NAE)和國(guó)家研究委員會(huì)(National Research Council,NRC)聯(lián)合出版《K-12 STEM教育統(tǒng)整：現(xiàn)狀、未來(lái)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(shí)現(xiàn)STEM教育深度統(tǒng)整的目標(biāo),也再次強(qiáng)調(diào)了工程教育跨學(xué)科的重要性[12].

2 美國(guó)中小學(xué)工程教育的實(shí)踐框架

隨著工程教育逐步納入美國(guó)國(guó)家及各州科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)的教育標(biāo)準(zhǔn),指向跨學(xué)科深度統(tǒng)整的工程教育實(shí)踐框架也隨之逐步確立.本文以工程教育與科學(xué)教育的跨學(xué)科深度統(tǒng)整為例,從教育目標(biāo)、教育內(nèi)容、教育過(guò)程、教育評(píng)價(jià)4個(gè)維度對(duì)當(dāng)前美國(guó)中小學(xué)所普遍采用的工程教育實(shí)踐框架展開(kāi)具體探討.

2.1 圍繞基礎(chǔ)工程素養(yǎng)確定教育目標(biāo)

長(zhǎng)期以來(lái),美國(guó)的工程教育在高等教育階段實(shí)施,以提升學(xué)生在真實(shí)的或仿現(xiàn)實(shí)的工程任務(wù)中的勝任力為目標(biāo),培養(yǎng)滿(mǎn)足企業(yè)或社會(huì)需要的工程職業(yè)人才.而美國(guó)對(duì)中小學(xué)工程教育的定位則是為高等工程教育奠基,以夯實(shí)全學(xué)段工程教育體系的底部架構(gòu).因此,美國(guó)中小學(xué)工程教育更加重視對(duì)學(xué)生工程基本認(rèn)識(shí)、工程思維習(xí)慣、工程職業(yè)興趣等基礎(chǔ)工程素養(yǎng)的培育.正如美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中所指出的,“中小學(xué)科學(xué)與工程教育應(yīng)讓學(xué)生通過(guò)了解科學(xué)家和工程師的工作,認(rèn)識(shí)科學(xué)和工程之間的聯(lián)系與區(qū)別,并能從單一學(xué)科和跨學(xué)科的角度,更深層次地理解科學(xué)和工程領(lǐng)域的知識(shí)方法與思維觀念,激發(fā)學(xué)生的好奇心與探索欲,從而吸引、鼓勵(lì)學(xué)生在該領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí).”[13]

可見(jiàn),美國(guó)中小學(xué)工程教育的基本目標(biāo)即是要引導(dǎo)學(xué)生接觸與涉入科學(xué)研究和工程實(shí)踐,貫通學(xué)生學(xué)習(xí)工程領(lǐng)域知識(shí)與其他學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的整合性通道,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工程領(lǐng)域的跨學(xué)科視野與思維方式,增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)對(duì)工程領(lǐng)域多學(xué)科間復(fù)雜問(wèn)題的信心與興趣,從而促成學(xué)生對(duì)工程領(lǐng)域的持續(xù)探索及對(duì)工程職業(yè)的向往.從中也可以看出,工程教育與科學(xué)教育(或其他學(xué)科)的跨學(xué)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(shí)現(xiàn)工程教育和科學(xué)教育各自的目標(biāo),而且其實(shí)現(xiàn)過(guò)程也是彼此協(xié)同、相互支持的.

2.2 基于真實(shí)情境問(wèn)題組織教育內(nèi)容

科學(xué)家和工程師對(duì)現(xiàn)實(shí)的科學(xué)研究和工程實(shí)踐,通常源自解決真實(shí)情境問(wèn)題的需要.例如,為解決鑒別皇冠的真?zhèn)螁?wèn)題,阿基米德(Archimedes)發(fā)現(xiàn)并提出了阿基米德原理,推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì)對(duì)浮力現(xiàn)象的認(rèn)識(shí);為解決跨河通行問(wèn)題,柯西(Cauchy)等創(chuàng)立形成了彈性力學(xué)理論,改進(jìn)了人類(lèi)社會(huì)的造船、造橋等工程技術(shù);為解決模擬、延伸和拓展人類(lèi)智能問(wèn)題,OpenAI實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了ChatGPT機(jī)器人程序,展示了人類(lèi)社會(huì)的跨學(xué)科實(shí)踐新進(jìn)展.因此,現(xiàn)實(shí)社會(huì)生活中的真實(shí)情境問(wèn)題,是幫助學(xué)生了解科學(xué)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(yīng),美國(guó)在《K-12科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念、學(xué)科核心概念》中指出,“面向真實(shí)情境問(wèn)題,可以讓學(xué)生更有機(jī)會(huì)像科學(xué)家和工程師那樣展開(kāi)實(shí)踐、探索和運(yùn)用學(xué)科核心概念,并通過(guò)跨學(xué)科共通概念在各個(gè)領(lǐng)域的學(xué)科內(nèi)容之間建立聯(lián)系.”[8]據(jù)此,美國(guó)的中小學(xué)工程教育在內(nèi)容組織上形成了基于真實(shí)情境問(wèn)題的“學(xué)科核心概念”“跨學(xué)科概念”“科學(xué)與工程實(shí)踐”的三維整合架構(gòu).換言之,就是從現(xiàn)實(shí)社會(huì)生活出發(fā),析出其中所蘊(yùn)含的真實(shí)情境問(wèn)題,進(jìn)而通過(guò)科學(xué)與工程實(shí)踐嘗試解決問(wèn)題,而解決問(wèn)題過(guò)程中所涉及的相關(guān)學(xué)科核心概念、跨學(xué)科概念即成為需要學(xué)生理解、掌握和運(yùn)用的內(nèi)容指向.學(xué)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(guó)中小學(xué)工程教育內(nèi)容組織的“捆綁連接”模型

2.3 以調(diào)查和設(shè)計(jì)為中心開(kāi)展教育過(guò)程

基于真實(shí)情境問(wèn)題解決的科學(xué)與工程實(shí)踐不僅是組織相關(guān)教育內(nèi)容的載體,也是開(kāi)展具體教育過(guò)程的路徑.美國(guó)在《K-12科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念、學(xué)科核心概念》中明確強(qiáng)調(diào)“學(xué)生必須親身參與科學(xué)與工程實(shí)踐,而非僅僅是間接了解.沒(méi)有親身經(jīng)歷這些實(shí)踐,學(xué)生就不可能徹底理解科學(xué)與工程的本質(zhì)”,并確定了以下8項(xiàng)適合在教育過(guò)程中開(kāi)展的具體科學(xué)與工程實(shí)踐：提出問(wèn)題和定義問(wèn)題;開(kāi)發(fā)和使用模型;計(jì)劃和開(kāi)展調(diào)查;分析和解讀數(shù)據(jù);使用數(shù)學(xué)和計(jì)算思維;建構(gòu)解釋和設(shè)計(jì)解決方案;參與基于證據(jù)的論證;獲取、評(píng)價(jià)和交流信息[8].

2019年,美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院(National Academy of Sciences,National Academy of Engineering,National Academy of Medicine,NASEM)聯(lián)合發(fā)布《6—12年級(jí)的科學(xué)與工程：以調(diào)查和設(shè)計(jì)為中心》(Science and Engineering for Grades 6—12：Investigation and Design at the Center)報(bào)告,指出美國(guó)中小學(xué)在開(kāi)展科學(xué)與工程實(shí)踐時(shí)再次出現(xiàn)了在推崇“科學(xué)探究”時(shí)期就曾出現(xiàn)過(guò)的固化流程跡象,即將上述8項(xiàng)實(shí)踐窄化為教育過(guò)程所應(yīng)遵循的8個(gè)固定環(huán)節(jié)并按部就班地進(jìn)行推進(jìn).對(duì)此,該報(bào)告特別申明了教育過(guò)程中的科學(xué)與工程實(shí)踐是一個(gè)靈活融合的整體,它應(yīng)表現(xiàn)出“以調(diào)查和設(shè)計(jì)為中心”的典型特征,但并不意味著將教育過(guò)程機(jī)械地線性化為某些特定流程或形式[15].換言之,師生應(yīng)該對(duì)具體的科學(xué)與工程實(shí)踐活動(dòng)有所規(guī)劃與安排,但更需要充分調(diào)動(dòng)自身的實(shí)踐智慧,根據(jù)教育過(guò)程的實(shí)際生成順勢(shì)而謀與順勢(shì)而行.由此,相應(yīng)的教育過(guò)程才能真正符合科學(xué)與工程實(shí)踐的實(shí)際過(guò)程——既有方略性框架(以調(diào)查和設(shè)計(jì)為中心),又有對(duì)生成性境況的包容與應(yīng)對(duì)[15].

2.4 增值發(fā)展導(dǎo)向下實(shí)施表現(xiàn)性評(píng)價(jià)

增值發(fā)展導(dǎo)向一直是近年來(lái)美國(guó)教育評(píng)價(jià)改革的基本遵循,即以學(xué)生學(xué)業(yè)成就的進(jìn)步程度(增值)為評(píng)價(jià)依據(jù),并以促進(jìn)學(xué)生學(xué)業(yè)成就的進(jìn)一步提升(發(fā)展)為評(píng)價(jià)目的.在美國(guó)中小學(xué)科學(xué)與工程教育的評(píng)價(jià)方面,這種增值發(fā)展導(dǎo)向也得到了充分的滲透.例如,《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)學(xué)生在科學(xué)與工程實(shí)踐中的預(yù)期表現(xiàn)進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)、貫通的年級(jí)進(jìn)階式描述,并結(jié)合具體案例介紹了口語(yǔ)報(bào)告、產(chǎn)品創(chuàng)作、電子檔案袋等評(píng)價(jià)方法,從而為“評(píng)什么”與“如何評(píng)”作出了規(guī)范性與操作性指引[13].

《6—12年級(jí)的科學(xué)與工程：以調(diào)查和設(shè)計(jì)為中心》報(bào)告則進(jìn)一步指出,對(duì)學(xué)生的科學(xué)與工程實(shí)踐表現(xiàn)的評(píng)價(jià)應(yīng)嵌入到整個(gè)教育序列中,既可以是對(duì)學(xué)生在正式任務(wù)中表現(xiàn)的評(píng)價(jià),也可以是對(duì)學(xué)生在日?；?dòng)中表現(xiàn)的評(píng)價(jià),而評(píng)價(jià)的關(guān)鍵在于透過(guò)學(xué)生的具體表現(xiàn)從知識(shí)技能、思維觀念、態(tài)度責(zé)任等層面捕捉學(xué)生科學(xué)與工程素養(yǎng)的實(shí)質(zhì)變化,并通過(guò)鏈接預(yù)期表現(xiàn)、澄清差距問(wèn)題、提供改進(jìn)支架的三維支持策略幫助學(xué)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(jìn)自己的表現(xiàn)[15].換句話說(shuō),增值發(fā)展導(dǎo)向下的表現(xiàn)性評(píng)價(jià)就是要持續(xù)地促成學(xué)生判斷與明確自己在工程學(xué)習(xí)中“應(yīng)該去哪里”“現(xiàn)在在哪里”及“該如何去”,并持續(xù)地促成學(xué)生作出相應(yīng)的進(jìn)步性行動(dòng).

3 美國(guó)推動(dòng)中小學(xué)工程教育改革落地的措施

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

3.1 上下聯(lián)動(dòng)強(qiáng)化跨學(xué)科深度統(tǒng)整的基本理念

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

首先,從政策法案層面大力推行跨學(xué)科深度統(tǒng)整的中小學(xué)工程教育改革.如在前述已提及的一系列國(guó)家官方層面的政策報(bào)告中,持續(xù)性地強(qiáng)調(diào)與描繪了達(dá)成跨學(xué)科深度統(tǒng)整的工程教育愿景藍(lán)圖,使得跨學(xué)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(wèn)題.誠(chéng)如曼迪納赫(Mandinach)所言,“政策法案的引領(lǐng)與驅(qū)動(dòng),就像是一個(gè)外部敲打的‘錘子’,持續(xù)激發(fā)著相關(guān)主體開(kāi)展教育改革探索的內(nèi)在需求.”[16]

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

概言之,美國(guó)通過(guò)自上的政策法案驅(qū)動(dòng)與向下的教育認(rèn)知結(jié)構(gòu)與行為傾向重塑入手,力求使跨學(xué)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(shí)踐范式.

3.2 多通道教育貫通提升教師的工程教育專(zhuān)業(yè)能力

教師的工程教育專(zhuān)業(yè)能力,是保障中小學(xué)工程教育品質(zhì)與成效的關(guān)鍵.對(duì)此, 美國(guó)于2014年制定頒布了《工程教師準(zhǔn)備和專(zhuān)業(yè)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)》(Standards for Preparation and Professional Development for Teachers of Engineering),對(duì)中小學(xué)教師所具備的工程教育專(zhuān)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(xué)科特性;需要精通以問(wèn)題解決與工程設(shè)計(jì)為主線的教學(xué)實(shí)踐性知識(shí).”[17]

與此同時(shí),美國(guó)開(kāi)展了一系列教師工程教育專(zhuān)業(yè)能力提升項(xiàng)目.例如,科羅拉多博爾德大學(xué)(University of Colorado Boulder)工程學(xué)院和教育學(xué)院聯(lián)合實(shí)施的“工程+”(Engineering Plus)項(xiàng)目按照“診斷主體需求→匹配專(zhuān)業(yè)導(dǎo)師→設(shè)計(jì)提升方案→開(kāi)展嵌入式指導(dǎo)”的路徑對(duì)在職中小學(xué)教師的工程教育專(zhuān)業(yè)能力進(jìn)行培育[18].再如,新澤西大學(xué)(College of New Jersey)的工程學(xué)院和教育學(xué)院聯(lián)合開(kāi)發(fā)創(chuàng)建了10余門(mén)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(xué)基礎(chǔ)》《工程設(shè)計(jì)》《教學(xué)中的工程實(shí)踐》等,以保證師范生正式走上教師崗位時(shí)具備出色的工程教育專(zhuān)業(yè)能力[14].概括來(lái)說(shuō),美國(guó)在提升教師的工程教育專(zhuān)業(yè)能力方面出臺(tái)了專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為規(guī)范性指引,同時(shí)力求涵蓋職前培養(yǎng)與職后發(fā)展2個(gè)階段.

3.3 匹配性質(zhì)量評(píng)估方案監(jiān)控工程教育實(shí)施

為保證中小學(xué)工程教育的成效,美國(guó)還開(kāi)發(fā)實(shí)施了對(duì)應(yīng)性的質(zhì)量評(píng)估方案.2013年,美國(guó)國(guó)家評(píng)估管理委員會(huì)(National Assessment Governing Board,NAGB)和美國(guó)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(xué)生工程素養(yǎng)的評(píng)估維度劃分為“理解工程的原理”“進(jìn)行工程設(shè)計(jì)以解決問(wèn)題”“溝通與合作”3個(gè)相互融通的領(lǐng)域.其中,“理解工程的原理”指的是學(xué)生對(duì)工程相關(guān)知識(shí)、技能、工具、方法的本體性理解;“進(jìn)行工程設(shè)計(jì)以解決問(wèn)題”關(guān)注于學(xué)生確認(rèn)真實(shí)情境中的各種問(wèn)題,通過(guò)系統(tǒng)性應(yīng)用工程相關(guān)知識(shí)、技能、工具、方法而進(jìn)行工程設(shè)計(jì),以達(dá)成問(wèn)題的解決;“溝通與合作”則聚焦于學(xué)生在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)解決問(wèn)題過(guò)程中與同伴之間的相互呈現(xiàn)、分享、爭(zhēng)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(duì)上述3個(gè)領(lǐng)域建立了層級(jí)分明、描述清晰的評(píng)估指標(biāo),并建議采用真實(shí)情境任務(wù)的方式對(duì)學(xué)生的工程素養(yǎng)進(jìn)行測(cè)評(píng).

2014年,美國(guó)國(guó)家教育進(jìn)展評(píng)估機(jī)構(gòu)(National Assessment of Educational Process,NAEP)組織了面向全美8年級(jí)學(xué)生的首次工程素養(yǎng)樣本評(píng)估,并根據(jù)評(píng)估結(jié)果深入分析了中小學(xué)工程教育改革的實(shí)施現(xiàn)狀、尚存問(wèn)題及優(yōu)化對(duì)策.此后,工程素養(yǎng)樣本評(píng)估的對(duì)象逐步擴(kuò)大至4—12年級(jí)學(xué)生,該評(píng)估現(xiàn)已成為美國(guó)中小學(xué)工程教育改革常態(tài)化的質(zhì)量監(jiān)測(cè)機(jī)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(shè)是美國(guó)中小學(xué)工程教育改革中非常重視的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作.“項(xiàng)目引路”機(jī)構(gòu)(Project Lead to the Way,PLTW)是目前美國(guó)最大的中小學(xué)STEM課程提供者,其開(kāi)發(fā)的課程以國(guó)家科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)為參照,鼓勵(lì)學(xué)生參與基于活動(dòng)的、基于項(xiàng)目的和基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí).“項(xiàng)目引路”機(jī)構(gòu)已建設(shè)形成了面向3—12年級(jí)學(xué)生的工程系列課程,包括工程設(shè)計(jì)介紹、工程的原理、航天工程學(xué)、民用工程和建筑、整合計(jì)算機(jī)技術(shù)的制造、計(jì)算機(jī)科學(xué)的原理、數(shù)字電子、環(huán)境的可持續(xù)性、工程設(shè)計(jì)與發(fā)展9個(gè)課程單元(工程系列課程的單元設(shè)置及具體內(nèi)容指向如表1所示)[21].

各個(gè)課程單元根據(jù)學(xué)生的進(jìn)階發(fā)展規(guī)律組織相應(yīng)的課程內(nèi)容而設(shè)置于各個(gè)學(xué)段,旨在使學(xué)生逐步走進(jìn)工程師的世界,逐步在問(wèn)題解決中擁有與工程師相仿的思維習(xí)慣與實(shí)踐模式.目前,上述工程系列課程已廣泛被美國(guó)各州的9 000多所中小學(xué)校引進(jìn)與實(shí)施,參與這些課程的中小學(xué)生數(shù)量超過(guò)2 400 000名,教師數(shù)量超過(guò)35 000名.與此同時(shí),項(xiàng)目引路機(jī)構(gòu)已與100多所高等院校及多家技術(shù)、航空、能源、自動(dòng)化、健康等方面的世界領(lǐng)先企業(yè)達(dá)成合作關(guān)系,形成了課程建設(shè)的多元協(xié)同機(jī)制,不斷更新與豐富著美國(guó)中小學(xué)工程教育的課程資源[22].

4 對(duì)我國(guó)中小學(xué)工程教育改革的啟示

對(duì)我國(guó)而言,中小學(xué)工程教育同樣是“夯實(shí)后備人才基座、保障國(guó)家科技競(jìng)爭(zhēng)力”的重要奠基性事業(yè).2018年,中國(guó)教育科學(xué)研究院發(fā)布并啟動(dòng)《中國(guó)STEM教育2029創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》,中小學(xué)工程教育改革作為其中的重要議題之一,正式進(jìn)入實(shí)施推進(jìn)階段.對(duì)此,在結(jié)合我國(guó)本土實(shí)情的基礎(chǔ)上,揚(yáng)棄性地學(xué)習(xí)與借鑒美國(guó)的已有經(jīng)驗(yàn),能為我國(guó)的中小學(xué)工程教育改革帶來(lái)一定的啟示.

4.1 清晰闡明中小學(xué)工程教育的基本理念

中小學(xué)工程教育的學(xué)科定位是相應(yīng)改革行動(dòng)的先導(dǎo).與美國(guó)的情況類(lèi)似,我國(guó)的中小學(xué)同樣沒(méi)有工程學(xué)科的設(shè)置傳統(tǒng),因而目前同樣面臨著工程教育的學(xué)科定位問(wèn)題.對(duì)此,美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)啟示我們亟須清晰闡明中小學(xué)工程教育的基本理念,以避免在專(zhuān)門(mén)設(shè)置工程學(xué)科還是融入科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科之間搖擺不定,從而造成中小學(xué)工程教育出現(xiàn)碎片化、淺層化與低效化等問(wèn)題.具體而言,可以當(dāng)前時(shí)代與社會(huì)語(yǔ)境下的工程人才培養(yǎng)為宗旨,以提升中小學(xué)生的基礎(chǔ)工程素養(yǎng)為目標(biāo),以實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科深度統(tǒng)整為關(guān)鍵,厘清工程教育與科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的內(nèi)涵、區(qū)別與關(guān)系邏輯,描繪我國(guó)中小學(xué)工程教育改革的愿景藍(lán)圖.進(jìn)而通過(guò)全面深入的現(xiàn)狀研判找準(zhǔn)與愿景藍(lán)圖之間的落差與進(jìn)路,以此作為各相關(guān)主體開(kāi)展各具體工作的基本遵循.換言之,無(wú)論是專(zhuān)門(mén)設(shè)置工程學(xué)科,抑或是融入相關(guān)學(xué)科,中小學(xué)工程教育改革都應(yīng)首先明確相應(yīng)的理念方向,并循此系統(tǒng)化、精準(zhǔn)化推進(jìn).

表1 “項(xiàng)目引路”機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的工程系列課程

4.2 系統(tǒng)構(gòu)建中小學(xué)工程教育的實(shí)踐框架

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

4.3 全面完善中小學(xué)工程教育的保障措施

中小學(xué)工程教育改革是關(guān)涉多層面、多主體、多要素的問(wèn)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(guó)當(dāng)前的中小學(xué)工程教育在理念滲透、師資建設(shè)、質(zhì)量監(jiān)測(cè)、課程開(kāi)發(fā)等方面均存在明顯的缺失或不足,難以支撐中小學(xué)工程教育的高質(zhì)量發(fā)展.在這些方面,美國(guó)通過(guò)政策法案的驅(qū)動(dòng)與學(xué)科教育結(jié)構(gòu)的重塑以強(qiáng)化跨學(xué)科深度統(tǒng)整的中小學(xué)工程教育基本理念,通過(guò)官方教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)與職前職后教師專(zhuān)業(yè)培育項(xiàng)目的落實(shí)以提升中小學(xué)教師的工程教育專(zhuān)業(yè)能力,通過(guò)學(xué)生工程素養(yǎng)評(píng)估方案的設(shè)計(jì)與執(zhí)行以監(jiān)測(cè)與調(diào)控中小學(xué)工程教育的實(shí)施質(zhì)量,通過(guò)中小學(xué)校、高等院校、社會(huì)機(jī)構(gòu)等多元主體協(xié)同建設(shè)以豐富中小學(xué)工程教育的課程資源.這啟示我國(guó)在推進(jìn)中小學(xué)工程教育改革時(shí),不僅應(yīng)注重基本理念的確立與實(shí)踐框架的構(gòu)建,而且要注重建設(shè)基本理念轉(zhuǎn)化與實(shí)踐框架落實(shí)過(guò)程中所需的現(xiàn)實(shí)條件,從政策制度、師資建設(shè)、監(jiān)控機(jī)制、設(shè)施資源等方面整體性、針對(duì)性完善中小學(xué)工程教育的保障支持體系,以此推動(dòng)我國(guó)中小學(xué)工程教育事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展.