中小學工程教育的屬性、困境與應對

中圖分類號：G633.93 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2025）06-0102-05

在全球化和工業4.0的背景下，社會對工程技術創新人才的需求日益增長。中小學階段是培養未來工程技術人才的關鍵時期。《義務教育課程方案（2022年版）》提出“優化綜合實踐活動實施方式與路徑，推進工程與技術實踐\"。2023年5月，教育部等十八個部門聯合印發《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》（下文簡稱《意見》），明確提出統籌科學教育與工程教育[。中小學工程教育在培養未來工程技術人才和推動社會經濟發展中發揮著重要作用。相關的文件、通知和新課改要求，都明確指向培養學生基于真實需求、解決真實問題的行動能力，這是開展中小學工程教育的目的和意義所在。

一、中小學工程教育的基本屬性

工程教育突出實踐性，動手實踐是工程教育的核心本質。全社會在支持、協助、組織實施工程教育時，必須達成一個基本共識：目前中小學基于學科體系構建的知識教育模式并非工程教育的教學模式。工程教育應當是基于行動體系的實踐活動，其實踐的核心本質決定了它的基本屬性，即工程原理的理解與運用、工程思維的培養與發展、工程實踐的設計與實現

（一）工程原理的理解與運用

工程原理是運用自然科學和工程科學，解決工程問題的基本規律和方法。工程教育是基于工程原理的真實實踐活動，所有的項目任務的開展都應在遵循工程原理的前提下，進行有組織、有目的、有計劃的實踐活動。工程教育活動最本質特征是實踐性，其目標指向是幫助學生正確地認識和理解工程實踐活動的項目內容符合哪些科學、工程原理，這些科學、工程原理同時又可以應用于哪些創新實踐。

（二）工程思維的培養與發展

工程教育所要解決的是“做什么”“怎么做”的問題。工程實踐活動中所呈現和運用的籌劃型實體思維模式就是工程思維[3]，它是一種價值定向、腳踏實地的造物思維[4。中小學生需要了解并學習工程師思考問題的方式，形成初步的工程思維習慣[5]。工程思維包括批判性思維、系統性思維和創新性思維等要素，其中系統性思維是工程思維的核心。工程實踐活動要求學生將工程對象看成一個系統，并對工程項目進行整體性設計、控制性謀劃、協同性推進。在工程教育實施過程中，教師、同伴、工程師等對學生采取啟發、引導、鼓勵、幫助等方式提升其工程思維和能力。

（三）工程實踐的設計與實現

工程產品是工程實踐的產物。工程實踐包含對系統、資源、設計、優化、建模、工藝等信息的識別、評價與決策。中小學工程教育活動區別于我們傳統意義上的學科知識、工程原理內容的傳遞，也不是簡單地參觀工程項目、體驗工程產品的活動，它是基于工作過程行動導向的教育實踐活動。狹義的工作過程是指在完成一個工作任務并獲得工作成果而進行的完整工作程序[5]。由此可見，工程教育必須是在理解工程原理的基礎上，通過學生親身動手實踐實現工作設計的過程。

二、中小學工程教育面臨的現實困境

當前，中小學工程教育的推進面臨三大現實挑戰：教學模式不適應、師資隊伍不匹配以及教學資源不豐富。

（一）教學模式不適應

首先，教學模式與培養目標不適應。中小學目前的教學模式主要聚焦于傳授實際存在的“陳述性知識”，這屬于學科體系教學模式。而工程教育應是獲取自我建構的“過程性知識”的行動體系教學，它是培養工程型人才的主要途徑其次，教學內容與教學實施不適應。大多數學校和教師在開展工程教育時仍舊沿用傳統的學科體系教學模式，許多學校與教師在遴選教學內容時仍舊沒有跳出學科體系教學的藩籬。最后，教學評價不適應。目前關于學生工程素養的培養標準尚處于探索階段，在診斷和評價各學校和教師開展工程教育的質效上沒有標準可依。

（二）師資隊伍不匹配

推進工程教育需要一支能夠正確理解工程教育內涵本質、熱衷于工程教育且具有一定專業知識的教師隊伍。調研開展工程教育的學校的師資情況，發現存在三種真實現象。第一，“不會教”。實踐活動是工程教育的本質屬性，而采用項目式、任務式、探究式等活動化的教學模式對于習慣于單一、分學科教學的中小學教師來說較難實現。第二，“不愿教”。工程教育的成果需要通過一系列子任務的計劃和步驟來完成，每個項目的設計、規劃對教師能力水平要求高、工作量大、實施周期長且成效不明顯。第三，“沒人教”。由于工程教師師資緊缺，大多數工程教育教師都是文化課教師兼任。在應試教育思想的影響下，學校和教師只重視考試學科，因此工程教育課時往往被文化課擠占掉，工程教育課陷入“沒人教”的困境。

（三）教學資源不豐富

在對開展工程教育的中小學校進行教學資源調研時發現存在三個主要問題：第一，工程設備的缺口巨大，實踐內容受限。由于工程教育長期被忽視，工程、科技、勞技等領域的設備和設施嚴重不足，使得學生工程實踐內容匱乏。第二，工崗場地缺位，實踐密度受限。一些中小學在實施工程教育時，利用自身現有的實驗室、教室作為實踐活動場所，這些有限的工崗場地限制了實踐活動。第三，場景體驗缺失，實踐質效受限。一些學校布置展廳讓學生參觀、觀看，這種缺乏在真實場景中動手實踐的“體驗式”的工程教育缺少了親身真實的實踐體悟，工程教育實踐的質量和效果大打折扣。

三、中小學工程教育實施的應對策略

由于中小學工程教育的相關政策、課程標準、教材等相對缺位，學校、教育主管部門等實施主體應采取適應性策略，根據自身實際情況、外部環境資源因勢利導靈活應對。可以從以下三個方面同步推進：工程教育教學模式的重構與實施、師資隊伍的提質與培優、教學資源的建設與拓展。

（一）工程教育教學模式的重構與實施

1.內化指向工程素養的教學目標設定

中小學工程教育的教學目標指向培養學生的工程素養。工程素養是學生在工程實踐中逐步形成的個人終身發展和社會需要的工程知識、能力、態度的綜合，是學生通過工程學習內化了的具有工程學科特性的品質[8。教師在設定教學目標時，首先要跳出傳統教學模式中把教學目標設定為學科知識教學的藩籬。工程教育是培養學生在動手實踐過程中習得的能力、經驗、策略，助力學生解決真實需求的、真實情景中的真實問題的新型教學模式。傳統的教學模式是對事實、概念、原理等的“陳述性知識”進行的知識內容傳遞，解答的“是什么”“為什么”的問題。工程教育是基于工作過程，解答工作過程中“怎樣做”“怎樣做更好”的經驗和策略的“過程性知識”的問題。因此，必須將教學目標設定為內化指向培養學生的工程素養。

2.序化基于工作過程的教學內容組合

序化（結構化排序）基于工作過程的教學內容組合的目的，是將陳述性知識與過程性知識、理論知識與實踐知識相整合，并將工作過程作為一種邏輯順序，成為教學內容序化的主要參照系，從而使教學內容不再是靜態的學科體系的顯性理論知識的復制與再現，而是更多地注重動態的行動體系的隱性知識的生成與構建。序化基于工作過程的教學內容組合運行結構為“選擇項目一解構內容—序化重構一執行任務”。首先，根據產出成果確定工程教學項目的內容，并將項目內容分解成若干工作任務。其次，將若干工作任務按照工作過程的邏輯順序進行結構化的組合，形成新的工作任務內容清單和工作流程。最后，根據重構序化后的工作流程逐一完成工作任務。如果是團隊合作完成任務，可以將任務清單分解成幾個任務模塊，分組執行模塊任務，再將分組模塊集成為工程產品。

3.優化基于教學處置的教學組織構建

傳統的教學組織是將確定的課程內容，通過教學方法轉換內容后讓學生習得，對學習內容進行具體化的加工，其著眼于對實現內容目標所采取的學習步驟的優化，內容就成為方法選擇的參考基準，方法是學習步驟的次序，關注的是教學形式的設計。中小學工程教育的教學組織必須要關注兩個方面：一是教學內容，二是教學過程。要同時實現靜態的內容目標和動態的過程目標，就需要對學生的學習過程進行“工藝處理”，這就是“教學處置\"]。教學處置使內容經轉換后讓學生習得，對學生學習過程進行整體化加工。著眼于對過程目標的實現所采取的學習階段的優化，過程就成為內容展開的參照系統，處置是學習階段的次序，關注的是教學策略的設計。由于教學處置是一種動態的教學策略，需要教帥在備課時做好充分的預設，重視將過程作為內容傳遞的載體，優化基于教學處置的教學組織構建。

4.強化基于行動導向的教學過程實施

中小學工程教育實踐屬性決定了采用行動導向學習是最有效的方法。行動導向教學是將學生學習看作學生對自我行動調節的過程，在指向素養目標和過程組織的動態行動中獲取能力，從而通過“為了行動而學習”和“通過行動來學習”兩條路徑實現工程素養的培養目標。基于行動導向的工程教育，學生是學習過程的中心、行動的主體。在整個學習過程中，教師不是行動的“指揮官”，而是學習過程的組織者、協調人，是提供咨詢、指導的“合伙人”。行動導向教學遵循“資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估”這一完整的“行動”序列。在教學中讓學生“獨立地獲取信息、制定計劃、實施計劃、評估計劃”，培養學生獨立的自我構建和調節行動過程的能力，從而構建起屬于自己的工程經驗和知識體系。

（二）工程教育師資隊伍的提質與培優

1.分類指導，提高工作知識培訓的實效性

工作知識是關于工作原理、工作過程、工作方法、工具材料、工作訣竅的知識，用來表達工作過程中具有實踐功能的知識[]。工程教育最核心的內容就是工作知識。它是得到了實際應用并具有實踐功能且產生了工程成果的知識，是在應用知識中最貼近工程過程的知識。因此，在工程教育師資的培養中，要根據教師的專業、能力、水平和經驗等進行分類、分級培訓，以此提高培訓的質效。首先，工科、理科類教師的專業特性與工程教育項目內容的契合度更高，這類教師群體可以作為工程教育教學的“先鋒隊”先訓先試。然后，按工程能力水平分級為種子型教師和成長型教師。學校搭建“種子型教師”與工程教育專家結對平臺，重點培養該類教師工程項目研發及工程教育整體評估的能力。為“成長型教師”搭建“內培外引”的通道，創設多種學習、培訓機會，助力他們早日成為工程教育的“成熟型教師”。

2.“三集一創”，提升教學策略設計的精準性

教師對工程教學目標、學習內容、教學條件以及學生在學習過程中可能出現的學習疑惑、障礙、問題等預設在前，將教學策略設計在教學過程中，教師指導精準到位，課堂駕馭能力強。如果教師預設不充分，往往會出現教學“休克”狀態，影響正常的教育教學秩序。采取“三集一創”工程教育教研方式。集體備課：采取集體備課的方式，在工程教學內容、任務、手段、策略等方面形成基本一致意見后共同實施；集中聽課：教師共同觀測工程教學目標的達成度，相互借鑒教學組織的構建方式和教學過程的實施策略等，促進共同成長。集智教研：教師通過參與課例展示活動，進行集中深入的教學研討，助力教師取長補短。創新課堂教學：大膽創新，敢于突破，提升工程教育課堂教學的創新力。“三集一創”是提升教學策略設計精準性的有效途徑。

3.多元合作，創設工程項目內容的多樣性

目前中小學沒有工程教育統一的課程，因此，中小學開展工程教育的實體工程項目資源有限，可供選擇的項目內容數量少、品質低，難以滿足學生對工程項目內容綜合性、先進性的求知需求。學校要與企業、院校、科研院所、場館等建立緊密合作關系和常態互動機制，共同研發符合中小學生年齡特征、認知水平、思維能力的豐富多彩的工程項目內容。

第一，校企合作，共同開發工程項目內容。一是“請進來”，企業技術人員來校了解學生能力水平和需求，幫助學校開發工程項目內容、培訓教師、提供設備設施和技術支持。二是“走出去”，建立“掛職鍛煉”的共建平臺和機制。挖掘企業生產勞動中適合中小學生開展工程教育的項目，與單位技術人員共同開發工程項目內容。

第二，校校（所）合作，共建工程項目。中小學校主動與院校、科研院所等合作，依據雙方單位的教學資源和中小學生思維、能力特點，通過降低技術等級、實操難度、減少工藝流程等手段，共同開發更多的中小學工程實踐項目。

（三）工程教育教學資源的建設與拓展

1.工作任務編寫與優化

鑒于中小學階段尚未配備統一的工程教材，因此，中小學工程教育中每一項工程任務的目標、內容、流程、檢測、修正、成品等工作過程需要由教師進行編寫，通常以導學案或者工作方案來呈現。學校組織工程教育專家與教師一起進行深入研討，對不同教師、不同課型、不同學生在工程教學課堂、現場、情景中反復驗證，形成如項目手冊式、活頁式的工程教學與學習材料。

以上幾種形式的教學、學習材料最大的優點是教師可以在每一次工程教學后，及時記錄教學反思，在遵循科學性、實操性、主體性、跨學科性、普適性等原則的前提下，方便教師對材料進行修改與完善，進而實現學習材料的持續升級，最終成為中小學工程優質教育范例。

2.實踐基地建設與共享

由于工程教育活動是開放式的動手實踐活動，為避免相互干擾影響，學校應將工程實踐的活動室集中到遠離教學區的場所，并對各個工程項目按照工程內容進行分區管理，為工程教育基地建設留足空間。

企業、院校等單位擁有大量適合中小學生開展工程教育的設備設施、虛擬場景、實習實訓工坊等。中小學校要主動與這些單位建立實踐基地共享服務機制，構建網絡課程共享云服務平臺，共用虛擬仿真實驗室等。可以爭取將企業單位淘汰、注銷的設備經維修后捐贈或者出借給中小學校，支持學校工程實踐基地建設。

3.師資隊伍拓展與選聘

在當前中小學工程教育的推廣實施過程中，遇到的最大的瓶頸問題是能夠勝任工程教育教學的師資力量嚴重不足。師資隊伍拓展方面，第一，加強培訓，通過定期開展工程教育培訓課程，提升現有教師的工程素養和教學能力。第二，重視教師的職業生涯規劃與管理，讓更多的現任教師熱衷于工程教育。第三，建立崗位勝任力模型，鼓勵教師向工程教育方向轉型，通過設定具體的勝任力標準，引導教師不斷提升自己的專業素養和綜合能力。

在師資隊伍選聘方面，應積極拓寬招聘、選用渠道，充分利用家長和屬地資源，邀請具有豐富實踐經驗的工程師、技術專家、科研項目負責人等擔任兼職教師或開展講座，為學生提供更貼近實際的教學內容和案例。通過優化人力資源配置，為工程教育的深入實施提供有力的人才保障。

目前中小學開展工程教育在政策扶持、教育目標、實施要求、合作方式以及資源保障等方面僅處在探索階段，尚未形成一套有效的制度體系。建議各級政府、教育部門和學校要高度重視，積極構建并推行“多元參與、機制創新、合作共建、協同育人”的中小學工程教育新體系、新生態。

參考文獻：

[1]張志勇，張廣斌.義務教育課程改革的政策邏輯與生態構建—《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》解讀[J].中國教育學刊，2022（5）：1-8.

[2]鄭永和，蘇洵，謝涌，等.全面落實做好科學教育加法構建大科學教育新格局[J].人民教育，2023（19）：12-16.

[3]徐長福.理論思維與工程思維[M].上海：上海人民出版社，2002：63-96.

[4]殷瑞任，李伯聰，汪應洛，等.工程哲學（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2022：100-106.

[5]譚姣連，徐曉東.中小學工程核心素養框架體系構建研究[J].現代教育技術，2023，33（4）：48-56.

[6]姜大源.職業教育學研究新論[M].北京：教育科學出版社，2007：18.

[7]徐顯龍，國洪琦，江鑫廣，等.我國K-12工程教育的角色定位、價值取向和實現路徑[J].中國電化教育，2023（12）：34-40.

[8]葉兆寧，周建中，楊元魁.中小學工程教育的理念和關鍵路徑[J].人民教育，2022（17）：55-58.

[9]姜大源.職業教育學研究新論[M].北京：教育科學出版社，2007：17.

[10]姜大源.職業教育要義[M].北京：北京師范大學出版社，2017：138.

[11]徐國慶.職業教育課程論（第二版）[M].上海：華東師范大學出版社，2015：130.

責任編輯：石萍