隨著全球科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的深入發(fā)展，STEM教育作為培養(yǎng)創(chuàng)新人才、提升國家競爭力的關鍵路徑，其戰(zhàn)略意義日益凸顯。教育部等十八部門聯(lián)合印發(fā)的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》，明確強調(diào)要推動學科融合，重視探究實踐，強化工程思維，為中小學STEM教育提供了清晰的行動指引。在STEM教育中，工程素養(yǎng)培育是關鍵內(nèi)容，讓學生像工程師一樣系統(tǒng)思考、迭代設計并創(chuàng)造性地將知識應用于真實情境。浙江省杭州市勝利實驗學校作為省STEM教育種子學校，深刻認識到推進工程與技術(shù)實踐，培養(yǎng)小學生工程素養(yǎng)，是教育主動回應時代發(fā)展需求的必然選擇。為此，2014年起學校從重點研制素養(yǎng)框架、探索實踐路徑兩個方面發(fā)力，為小學工程教育提供兼具兒童立場與發(fā)展張力的系統(tǒng)化解決方案。

研制小學生工程素養(yǎng)框架

學校鼓勵學生“用知識創(chuàng)造價值”，引導學生在實踐中理解“創(chuàng)造源于對生活的深切關懷”，進而學會以系統(tǒng)思維和責任感回應未來世界的各種挑戰(zhàn)。為確保這一行動目標真正落地，學校根據(jù)小學生認知特點和發(fā)展需求，專門研制并細化小學生工程素養(yǎng)框架（見下頁表），并將其作為開展工程教育的行動指南。

表：小學生工程素養(yǎng)框架

（一）小學生工程素養(yǎng)的維度

《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確指出：學生要“知道工程需要經(jīng)歷明確問題、設計方案、實施計劃、檢驗作品、改進完善、發(fā)布成果等過程”。這一要求為小學生工程素養(yǎng)培育提供了依據(jù)。小學生工程素養(yǎng)是在工程問題解決中形成的思維特征、必備品格與關鍵能力。

為確保工程素養(yǎng)培育方向科學、有效，學?；陂L期實踐經(jīng)驗和相關理論研究，采用德爾菲專家調(diào)查法，將問題意識、設計能力、實踐應用三個維度確定為小學生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)重點。其中，問題意識是工程實踐的起點，指學生能主動在真實情境中發(fā)現(xiàn)潛在需求，并能清晰界定具體的工程問題。設計能力，要求學生在充分考慮科學原理、倫理規(guī)范、資源限制等條件下，構(gòu)思設計解決方案并合理權(quán)衡，通過圖案、框架等形式呈現(xiàn)設計思路。實踐應用，強調(diào)讓學生在試錯中經(jīng)設計轉(zhuǎn)化為作品，根據(jù)用戶反饋，在專業(yè)技術(shù)指導下持續(xù)迭代優(yōu)化，最終將形成的產(chǎn)品應用于真實場景，以解決實際問題。

（二）小學生工程素養(yǎng)的發(fā)展層次

義務教育階段學生認知發(fā)展具有明顯的階段性、差異性、層級性等特征。低年段學生以具象思維為主要認知方式，進入高年段后，學生的抽象思維和系統(tǒng)思維逐步發(fā)展，開始具備分析復雜問題、構(gòu)建邏輯框架的能力。在工程素養(yǎng)培育中，學校遵循這一認知規(guī)律，將工程素養(yǎng)目標拆解為適合不同年齡認知水平的發(fā)展層次，轉(zhuǎn)化為可觀察、可階段評估的具體行為表現(xiàn)，實現(xiàn)“教—學—評”一致性。清晰的發(fā)展層次劃分，既能幫助教師精準把握各學段的教學重點，避免目標設定過高或過低，又能指導教師設計符合學生認知發(fā)展水平的工程項目和實踐活動，讓工程素養(yǎng)的培育更具針對性和可操作性。

基于此，學校以問題意識、設計能力與實踐應用三個維度及九項具體表現(xiàn)為基礎，進一步開展縱向的發(fā)展層次劃分，針對低年段、中年段和高年段學生的認知差異，分別制定了梯度化、差異化的素養(yǎng)發(fā)展要求。將階段化標準前置，為教師提供清晰的育人指引，讓教學實施有章可循，同時為學生搭建明確的成長階梯，幫助他們了解自身素養(yǎng)的提升路徑，使學生更加主動地參與工程實踐。

探索小學生工程素養(yǎng)培育的實踐路徑

小學生工程素養(yǎng)的培育需要在實踐中推動。學校以工程素養(yǎng)表現(xiàn)框架為行動指南，積極在課程開發(fā)、項目化學習、學科聯(lián)動、校企合作等方面作出嘗試，探索工程素養(yǎng)培育的實踐路徑，賦能學生工程素養(yǎng)發(fā)展。

（一）打造課程超市，賦能學生技術(shù)儲備

培育學生工程素養(yǎng)，需要構(gòu)建良好的支撐環(huán)境，包括空間、設備、課程、師資等要素。同時，要滿足學生在工程實踐中不同的技能需求。為了解決空間不足、資源零散等問題，同時滿足學生在問題解決過程中產(chǎn)生的個性化技能需求，學校精心打造創(chuàng)意智造學習中心，并開發(fā)課程超市，助力學生自主選擇合適的學習資源，實現(xiàn)技術(shù)儲備。

創(chuàng)意智造學習中心功能分區(qū)明確，包含三維建模區(qū)、人工智能學習區(qū)、激光切割區(qū)、教學區(qū)、社團活動區(qū)、演講交流區(qū)、作品展示區(qū)、物料陳列倉儲區(qū)等，其中人工智能學習區(qū)配備前沿的硬件系統(tǒng)和軟件，為學生提供更加多元的學習選擇，激光切割區(qū)、三維建模區(qū)則滿足不同工程實踐場景需求。課程超市依托創(chuàng)意智造學習中心開發(fā)的課程資源集群，通過選修課程、親子工坊課程、線上微課等方式實施，內(nèi)容涉及開源硬件、三維建模、物聯(lián)網(wǎng)等領域工程技術(shù)。

在實施流程上，每學期初發(fā)布選修課程清單，學生自主報名，每周五開展工程專題學習，學期末由授課教師根據(jù)學生技能表現(xiàn)點亮工程技能星。親子工坊通過發(fā)布主題清單招募參與者，學生與家長在導師指導下完成工程項目，增進親子互動與技術(shù)交流，活動結(jié)束后由家長點亮工程技能星。線上微課由學生在導師指導下開發(fā)并發(fā)布在學習網(wǎng)站，充分發(fā)揮學生互助互學的作用。學生可按照興趣自主搜索并學習微課，通過自評點亮工程技能星。例如，學校開發(fā)《激光切割啟蒙》選修課程，設計以“制作個性手機支架”為主題的親子工坊活動。同時以學生為主體錄制10課時《激光切割入門》系列專題微課并發(fā)布在學習網(wǎng)站。通過線上線下相結(jié)合的方式，學生可靈活選擇不同的學習路徑，并將所學知識轉(zhuǎn)化為實際成果，切實提升學生的工程實踐能力。

（二）依托“智造手冊”推進工程項目化學習

傳統(tǒng)工程實踐活動過于強調(diào)動手制作和最終作品的呈現(xiàn)，忽視了工程思維、系統(tǒng)設計與迭代優(yōu)化等核心能力的培養(yǎng)；活動形式雖豐富熱鬧，但缺乏循序漸進的教學邏輯與明確的能力發(fā)展主線，導致學生難以形成深層次理解和遷移能力。為解決上述問題，學校依托具有方法指導作用的“智造手冊”，實施包含“資源開發(fā)、全員培訓、智造實踐、作品展評、反思改進”五個環(huán)節(jié)的項目學習活動。

資源開發(fā)環(huán)節(jié)，由骨干教師團隊先行設計必要的教學資源，包括“智造手冊”、軟硬件工具、材料等。全員培訓圍繞“智造手冊”展開，組織各學科教師通過概念學習、項目模擬等方式參與。形成協(xié)同共識，保障教學的專業(yè)性和精準性。在智造實踐中，學生依據(jù)“智造手冊”，從學習和生活需求出發(fā)開展創(chuàng)意構(gòu)思、工程設計、原型制作等活動，從被動操作者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃釉O計者。作品展評環(huán)節(jié)采用班級推薦、年級評優(yōu)、校園展演等階梯式平臺推進，通過作品推介活動培養(yǎng)學生的合作、策劃與表達能力，實現(xiàn)多元成果交流。反思改進環(huán)節(jié)，師生共同依托“智造手冊”對項目流程進行復盤，并迭代和優(yōu)化手冊內(nèi)容，使實施方式不斷完善。

“智造手冊”是針對具體項目設計的學習任務管理工具與支架，旨在幫助師生更好地理解和執(zhí)行實踐過程、實現(xiàn)自我管理。“智造手冊”將支持性工具與表現(xiàn)性評價合二為一，圍繞工程素養(yǎng)的表現(xiàn)框架全面覆蓋工程實踐的各個環(huán)節(jié)。近年來，學校已積累“校園禮物”“失物招領”等智造手冊10余套，每套包含學生操作手冊和教師指導手冊?！皩W生操作手冊”旨在幫助學生記錄學習過程、評價學習效果，以便及時調(diào)整進度、促進合作，包含確立問題、羅列創(chuàng)意、分析可行性、設計圖紙、制作迭代等多樣化工具?！敖處熤笇謨浴碧峁╉椖扛攀?、課時安排、教學建議、項目評價等關鍵要素，是教師進行教學設計和實施的重要參考。

（三）探索學科聯(lián)動，促進學生思維發(fā)展

學校鼓勵學生在解決問題時不斷提出新方案，通過應用中的反思迭代，持續(xù)提高實踐效能。小學階段是學生突破性思維養(yǎng)成的重要時期，為此學校堅持以學科聯(lián)動為抓手，引導學生自覺將不同學科領域的思維方法橫向遷移到其他學科的問題解決中，打破固有的思維局限，創(chuàng)造性解決學科學習中的各類問題。

學科聯(lián)動實施的主體包括師生雙方，具體有以下幾個步驟：第一步，由某一學科教師與學生共同梳理日常學習中的痛點和困惑，確保問題源于真實學習場景，為后續(xù)聯(lián)動奠定基礎；第二步，該教師牽頭召集其他學科教師，通過“學科聯(lián)合教研”開展專題研討，跳出單一學科的思維框架，從多學科視角提出問題解決的創(chuàng)新思路；第三步，依據(jù)研討形成的創(chuàng)新方案，學生以某一學科任務為核心，輔以編程、人工智能、數(shù)字化工具等技術(shù)手段，在課堂現(xiàn)場完成問題解決實踐。通過這一過程，學科聯(lián)動不僅幫助學生更深入地理解某一學科知識，同時提升學生換角度思考、換方法創(chuàng)新的能力。

例如，在科學實驗課《降落傘》的教學中，師生在使用秒表計時與目測觀察的方式記錄實驗數(shù)據(jù)時，出現(xiàn)時間誤差較大的問題。針對這一問題，科學教師主動召集信息科技教師開展聯(lián)合教研專題研討，信息科技教師提出利用三軸傳感器和編程技術(shù)精準記錄數(shù)據(jù)解決誤差問題的思路。隨后，學生在教師指導下重新設計實驗流程，通過分析傳感器采集的數(shù)據(jù)，直觀精準地記錄降落傘落地時間，成功減少了人工計時帶來的誤差。這種思維方式的突破，拓寬了學生解決學科問題的思路。

（四）校企合作助力工程實踐應用

若學生的學習成果僅停留在課堂展示或校內(nèi)評比層面，容易削弱實踐意義和學習深度。為打破這一局限，學校將學習環(huán)境從封閉課堂延伸至真實校園與社會，廣泛開展校企合作，通過企業(yè)真實的技術(shù)標準與市場視角，反向推動工程學習走向系統(tǒng)化、社會化和產(chǎn)品化。

校企合作主要通過簽約孵化、駐點指導、企業(yè)研學、校企共創(chuàng)等方式推進。每年在項目學習周中脫穎而出的優(yōu)秀作品團隊，會與學校簽訂《產(chǎn)品孵化協(xié)議》，學校設立專項資金，確定對口支持科室，并以“項目進度會”的形式定期跟進孵化進度，為項目落地提供保障。同時，學校引進合作企業(yè)的工程師與學生團隊結(jié)對，開展企業(yè)研學、駐點指導活動。學生走進企業(yè)，沉浸式觀察工程師的日常工作，直觀感受行業(yè)規(guī)范；工程師進駐校園，在與學生共同優(yōu)化產(chǎn)品的過程中，引導學生學習專業(yè)的問題解決思維。最后，企業(yè)結(jié)合學生的作品創(chuàng)意，有針對性地提供軟硬件資源，校企共同迭代優(yōu)化產(chǎn)品。

校企合作為學生創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為實用產(chǎn)品提供了多維支撐，不僅拓展了學生的實踐平臺，更讓學生在解決真實問題的過程中形成工程思維、迭代意識和責任意識，實現(xiàn)從“做作品”到“產(chǎn)產(chǎn)品”、從“學習者”到“創(chuàng)造者”的轉(zhuǎn)變。例如，學生設計的第一代“拐角防撞器”于2016年10月完成，在合作企業(yè)支持下成功投入使用，歷經(jīng)三屆學生接力迭代，2019年5月孫同學團隊設計的第三代版本已在學校一樓拐角運行至今，成為激勵學生創(chuàng)新實踐的“種子項目”。近年來，智能借還球柜、拖堂提醒器等7項創(chuàng)意產(chǎn)品成功落地，學生的創(chuàng)新概念在校園場景中得到論證，真正實現(xiàn)了“我的學校我做主”。

總之，經(jīng)過12年探索，學生的工程素養(yǎng)得到顯著提升，能主動發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實問題，可獨立完成從構(gòu)思、設計到制作優(yōu)化的完整過程，在多項科技競賽中獲獎。與此同時，學生通過設計和制作創(chuàng)意作品參與校園文化建設，充分展現(xiàn)出良好的工程思維和強烈的社會責任感。在教師層面，團隊主動探索學習機制變革，推動教學理念和教學行為轉(zhuǎn)變，教學能力同步增強，在此過程中開發(fā)出多門省市級精品課和跨學科課例，逐步形成學科協(xié)同、項目化教學的良好氛圍。未來，學校將依托人工智能技術(shù)開發(fā)工程素養(yǎng)數(shù)字化評估系統(tǒng)，實現(xiàn)對學生工程素養(yǎng)的精準分析。優(yōu)化和改編“智造手冊”，進一步強化手冊在項目化學習中的支撐與評價功能。創(chuàng)新校企合作模式，推動合作從“作品孵化共育”向“課程、師資共建共育”升級，構(gòu)建更具可持續(xù)性的教育生態(tài)。通過系列舉措助力小學生工程素養(yǎng)持續(xù)提升，為其應對未來社會挑戰(zhàn)奠定堅實基礎。

（張浩強 作者系浙江省杭州市勝利實驗學校校長）

《人民教育》2025年第19期