中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2025）26-0021-04
《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课程标准”）将“工程思维"列为高中通用技术学科核心素养之一。工程思维关注学生的工程实践、科技创新、技术决策与问题的解决，以及学生逻辑思维、批判性思维等思维方式的发展，它是“为我”的一从主体目的性出发，强调合规律性与合目的性的统一，追求人工造物的“属人性”“为人性”“宜人性”。强化对工程思维的培养能够推动技术创新，是国家培养创新型人才的重要途径。高中生的工程思维需要参与完整的实践项目、了解工程活动的全过程、体验工程决策的复杂性和工程实施的艰巨性才能逐步形成。当前，在教学实践中对该素养的培养面临诸多挑战，探讨如何在教学中强化工程思维培养尤为必要。
一、工程思维培养在教学中落实的难点
（一）学生学习习惯局限
应试教育背景下，学生养成了被动接受知识的习惯，他们缺乏主动学习意识、探索意识以及合作学习的习惯，难以形成工程思维。通用技术学习中，学生缺失学习主动性就不会在项目设计中进行深入的系统分析与研究；缺失探索意识就不可能创新性地从多角度出发，寻求问题解决方案；缺少合作学习就难以更好地对方案权衡与优化。
（二）教师自身能力不足
工程思维要在实践中体验形成，而工程实践涉及数学、物理学、计算机科学、工业制造工艺等多个跨学科领域。通用技术师资要求具备多学科知识储备。然而，现状是一些学校通用技术教师由相关学科改行或兼任，对工程思维概念较为陌生，对工程实践难以把握，导致工程思维培养难以落地。
（三）缺乏合适实践项目
教学载体在通用技术教学中至关重要，它直接关系学习兴趣和工程思维的形成。在当前的通用技术教学中，制约实践项自选择的因素主要有以下两点：一是教学课时紧张，周期较长的项目难以实施；二是教学经费有限，实践耗材供应难以为继。若实践不能有效开展，工程思维的培养便是纸上谈兵。
二、开展跨学科的实践活动破解难题
STEAM教育是一种基于项目式跨学科的创新实践活动，它要求在学习中同时关注科学、技术、工程、艺术和数学五个学科的融合。运用STEAM的跨学科特性，统整通用技术教学内容，采用单元教学的课程组织形式进行教学，能够让学生直观地体验工程思维素养中的系统分析和比较权衡过程，有效破解工程思维培养难以落地的问题。
（一）运用STEAM教育理念改变学生学习习惯
“实践性”是STEAM教育的重要理念，以“实践”激发学生学习兴趣，提升学生学习主动性，不仅体现在项目的实施、工具的使用、想法的实现上，更是一种共享与合作。“创客”是STEAM教育实施的工具之一，“创客”所推崇的“创客空间”是一种工作空间、社交空间、网络空间以及资源共享空间。在通用技术大单元教学过程中，教师可以通过营造“创客空间”的氛围，带领学生在活动中实现开源共享、协作共创、交流反思，改变学习习惯。
（二）参与STEAM教育活动提升教师科学素质
“教师是教育的第一资源”，任何教育改革都离不开教师的助力，因此通用技术教师应该不断学习新技术、新知识以适应学科发展的需求。《关于弘扬教育家精神加强新时代高素质专业化教师队伍建设的意见》提出“提升教师教书育人能力”“推进中小学教师科学素质提升”。教师若能积极主动参与STEAM理念下的跨科学实践活动，化身为“创客”，就能够感受更多前沿科技，不断提升科学素质与实践经验，在教学中落实工程思维的培养。
（三）以STEAM跨学科视野寻找合适实践载体
在跨学科视野下，教师充分借助科技工作坊、创客空间等资源与手段，会有更多的实践项目选择，以解决困扰通用技术实践活动中的资金限制等问题。
三、指向工程思维培养的跨学科单元教学实施
（一）基于STEAM的单元教学总体设计思路建构主义认为个体的发展就是认知结构在与环境相互作用中不断建构的过程。依据该理论，通用技术教学中工程思维的培养应依赖于真实情境的创设、系统设计的分析、工程实践的开展以及反思与优化的进行。以通用技术必修一的单元教学为例，教师可聚焦“设计的一般过程”大概念，依托STEAM的跨学科特性，采取大单元教学模式，开发实践项目，让学生经历设计制作全过程，在各阶段为学生设计系统分析与比较权衡的活动环节，引导学生进行反思与方案优化，培养工程思维能力。
（二）确定项目主题，制订学习目标
活动项目的选择是培养学生工程思维的基础。例如，“PuzzleBox（迷宫箱）"是一种通过解谜来打开盒子的益智玩具，它设计巧妙，结构复杂，有助于玩者在解谜过程中不断思考、尝试打开盒子。“PuzzleBox"融合了物理、数学、逻辑学、工程学、美学、历史、文化等知识。在“PuzzleBox”项目活动中主要的制作材料可选择厚度 5mm 桐木板与 5mm×5mm 桐木条，根据学生不同设计需要，还可以自行增加其他材料，如金属材料、亚克力材料、开源硬件、传感器等。“PuzzleBox设计制作”项目实践具有制作成本低、小型化、设计自由度大等优点，有利于学校工程实践项目活动的开展。
为实现对学生工程思维的培养，在制订“PuzzleBox设计制作”学习目标时，首先应关注课程标准中工程思维素养水平的划分，在单元设计中明确该素养维度与应达到的水平。其次应关注学生学习过程中跨学科学习能力的培养，实现深度学习。最后应培养价值观与责任感。依据以上要点，“PuzzleBox设计制作”单元教学设计可制订如下学习目标：
1.通过“PuzzleBox”的项目设计与制作，进行设计方案的多维度分析，掌握权衡、比较、优化等系统分析方法。
2.在“PuzzleBox”项自设计活动中开展小组交流合作，进行方案创新设计与方案的权衡筛选，提升相互沟通技巧，学会团结协作与共享。
3.通过先进技术与传统工具在设计制作中的应用，提高动手能力，树立技术规范意识和责任意识，培养工匠精神。
教师在组织单元教学的过程中，可以依据整体学习目标与教学安排，进一步细化和归类，确定具体课时学习目标，从而明确在单元教学每一节课的学习中如何落实工程思维的培养。例如，在方案构思阶段，引导学生讨论制约条件和影响因素，提高工程分析能力；在模型制作阶段，可鼓励学生通过使用不同的创客工具，感受现代化工具与传统工具的利弊，从而提升决策力。
（三）走进现实生活，创设真实情境
真实的情境是工程思维培养中重要的一环，只有面对真实情境，才会促使学生运用工程思维从多维度、多角度考虑问题，并积极使用跨学科的知识和技能去解决问题。崔允教授认为学生学科核心素养的表现程度需要通过在真实情境中运用所学的知识并能完成某种任务来衡量，指向素养的评价必须有恰当的情境。情境的创设直接影响工程思维素养的养成，STEAM跨学科理念下通用技术单元教学的情境可以从下面三个维度创设：
首先，充分利用STEAM教育的跨学科特性，从学生真实的生活问题人手，注重情境的进阶性创设，激发学习兴趣。例如，教师可以从中华优秀传统文化人手，首先介绍中国传统工艺木盒的用途，如包装、收纳、摆设、娱乐等。而后启发学生思考解决生活中印章残留印泥污染的问题，在学生产生设计印章收纳盒的想法之后继续创设情境，引发学生思考能否同时解决印章私密性与趣味性的问题，最终将学生的设计思路导向“PuzzleBox”，制作出功能性、趣味性与私密性并重的印章收纳盒。
其次，用STEAM教育手段创设契合大单元教学的活动情境。通用技术大单元教学实践活动需要团队合作。STEAM教育往往将想法付诸“创客”实现，“创客”所推崇的“创客空间”是一种工作空间、社交空间、网络空间以及资源共享空间。在教学活动中教师应该积极构建互动平台，营造“创客空间"氛围，带领学生在活动中实现开源共享、协作共创、交流反思，
最后，STEAM教育理念下的通用技术的实践活动依赖各种工具的使用，因此应该创设好软、硬件工具，如CNC数控机床、激光雕刻机、开源硬件以及AutoCAD、CorelDRAW、123DDesign等电脑软件的应用场景，以此开阔学生视野，为后续设计制作做好准备。
（四）跨学科内容整合，设计学习路径
跨学科学习是工程思维培养的关键，它能够将科学、工程、人文艺术等领域内容进行融合，帮助学生进行知识建构，解决实际问题。STEAM理念下的通用技术单元课程内容整合，是基于问题解决的综合形态的课程开发，它在对本学科教材内容选择重组的同时也融入了跨学科内容。学生在“PuzzleBox”设计制作活动中，可能同时涉及结构的强度、材料特性、机械结构、控制原理、电子基础等科学问题；电动工具的使用、计算机辅助设计、设计图样绘制、编程技巧等技术问题；工期规划、小组人员工作安排、方案权衡、资金使用规划等工程问题；艺术造型、色彩搭配、背景文化元素等艺术问题，以及尺寸计算、误差分析、数学建模等数学问题。教师进行项目活动设计时，可以从科学、技术、工程、艺术、数学五个方面出发，提炼跨学科元素，为学生设计学习路径。
例如，学生用厚度为 5mm 的木板来设计一个长、宽、高分别为 80mm⋅60mm⋅40mm 的盒子时，会呈现多种设计方案，学生要权衡作品的美观性、加工难度与结构强度以及工期规划等因素。这时就涉及技术、工程与艺术的跨学科内容学习，在技术设计的同时应兼顾艺术设计，而技术手段的使用可以降低艺术设计的难度。教师可以通过带领学生从技术、工程、艺术等学科入手，对结构强度、现代电动工具使用、艺术造型进行更深入的研究，引导学生对各方面进行权衡、取舍，做出科学决策。再如，“PuzzleBox”的设计中，打开盒子的方式多种多样，它可以是机械式打开，也可以使用电子方式打开。物理课在讲“传感器”一章时提到干簧管，干簧管属于磁敏传感器，它可以通过感受外部磁场的变化来控制电路的通断，物理教师会引发学生思考干簧管的使用场合；信息技术课在学习开源硬件的使用时，信息技术教师会讲授程序的分支结构。通用技术教师可以结合物理知识、信息技术知识，运用通用技术的物化手段，引导学生在“PuzzleBox"的设计过程中，使用干簧管感受磁信号，结合Arduino开源硬件与计算机编程知识，实现对“PuzzleBox”的开关控制。同时，在活动中也可引入思政元素，通过设计活动彰显STEAM教育基于现实生活的理念，注重解决实际问题，渗透服务人民、服务社会的价值引领，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观。活动过程中，教师引导学生对各学科有侧重地学习，共同完成跨学科实践活动，通过跨学科内容整合培养学生系统分析思想与权衡比较的工程思维能力。
（五）关注工程思维，嵌入质性评价
质性评价是指通过收集非数量化资料并运用描述分析的方法得到评价结果的评价形式，通常采用行为观察、表现性评价、成长记录袋等方法。工程思维作为一种高阶的思维方式，涉及“实践”“创新”“系统”多个方面内容，这些方面的评价通常难以用具体的量化指标来衡量，且工程思维需要在整个项目实践的过程中逐步形成。因此，工程思维素养的评价应偏向于学习过程中多角度与多维度的质性评价，通过嵌入式的评价帮助学生及时调整设计策略和方向。在“PuzzleBox设计制作”单元教学过程中，教师可以通过两个途径实现对工程思维的质性评价：第一，可以采用“创客空间”“线上交流”“作品网上展示，点赞留言”等跨学科方法开展嵌人学习过程的质性评价；第二，分享与协作是STEAM教育的重要理念，应鼓励学生在不同的设计制作阶段对设计作品进行互评，并开展分享意识与自我反思能力的评价。
例如，在“PuzzleBox”项目设计中涵盖了从设计分析到加工制作再到后期产品维护的完整工程周期，“PuzzleBox”不仅作品本身体现了科学、技术与工程之间的紧密关联，而且它在作品的寓意、使用材料的环保性、产品经济效益的实现等方面也值得探讨。教学中，教师可以从批判性思维的角度出发，通过设计一些有针对性的问题，让学生审视自己的作品，鉴赏他人的作品，锻炼学生的工程思维，提高工程思维培养落实的效果。
四、结论
通过STEAM教育理念下的跨学科实践活动的设计与实施，学生的工程思维素养能够得到有效的提高。首先，跨学科实践活动充分激发了学生的好奇心和求知欲，鼓励他们不断尝试新的思路与方法。通过跨学科实践活动，学生锻炼了创新思维和问题解决能力，从而能够更好地应对未来的工程挑战。其次，跨学科实践活动为学生提供了打破学科壁垒、促进知识迁移的机会，使他们在实践中不断锻炼和提升自己的工程思维能力。最后，团队协作和沟通的能力是工程思维培养过程中的重要一环。通过跨学科的实践活动，学生学会了与他人合作、交流与分享。通用技术教师也可以通过跨学科的活动提升自身科学素养，积极寻找合适载体，探索培养工程思维的课堂教学形式，设计不同层次和维度的项目活动，并完善教学评价体系，做到“教一学一评”一体化，促进学生工程思维的发展。
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