“像工程师一样”何以可能？高中工程类STEM项目的质量分析研究

“像工程师一样”何以可能?高中工程一、分析框架导致工程教育被简化为技能训练，而其内在的认知维度、社会交互与文简称NRC)将工程实践看作一组需要学生协调知识与能力参与的系统性活动，由8个成分组成。[3]西马现等工程核心要素，并对原来的8个成分进行工程化重构，例如将“方案设计”明确为“识别和/或开ationalAcademyofEngineering,简称NAE)在具有广泛影响的报告中指出，有必要构建K-12的工程模型，发展统一的标准和框架[5],并提出高质量的工程教育应具备三个核心条件：(心；(2)整合重要且适切的数学、科学和技术的知识与技经过问题情境分析、概念基础构建、产品设计和使用系统规划，研制了用于描述高质量K-12工程教育构成要素的框架。该框架由12个指标构成，其中有3个指标是核心：工程设计过程；科学与工程数学程类项目会沦为普通手工项目，无法有效培养学生的综上所述，经过十多年的发展，工程教育领域已经形成关于质量标准的共在K-12STEM教育领域，关于其教育质量的探讨主要围绕三个层面展开：第一类为宏观框架，比如美国各州提出的STEM教育质量框架，通常ion)与“项目引路”(ProjectLeadtheWay)等组织开发的质量标准。此类标准与本研究关注的质量维项目化学习具有特定的要素和质量标准。托马斯(J.W.Thoma将PBL作为课程中心、驱动性问题、持续性的探究、自主性、真实性等维度。[11]巴克教育研究所(BuckInstitutefo持质量、学生学习质量等3个维度12个指标的质量模型。[13]在项目化学习领域中，与STEM更相关的与数学思维支架、人工制品等核心要素。[14]整合三个领域的共性特征，形成了如图1的质量分析框架。有鉴于“工程项目的过程”与“工程过程”程过程的结构性特征，并将其作为组织主线，融入西马罗和库索优化后的9个工程实践[15]。指向人类真实需求或困境的工程类驱动性问题设计“像工程师一样”工程实践E1界定和限定问题E2发展和使用原型E3计划和进行测评E4分析和解释数据E5运用多学科知识、技术与模型E6发展多样的解决方案并择优E8用证据进行论争E9获取、评估和交流信息工程目标包含工程概念、工程实践、工程思维的目标多学科知识的跨学本研究的案例采集自公开的数字化教育资源平台与学术文献数据库。检索时限设定为2020-2024体现的项目特征(如产品导向、设计制作、真实问题解决)进行二次甄别，最终构建起一个由42个案例全部42个项目文本，归纳各关键要素在实践中的具体表现形态；随后，由两位研究者独立对10个项目等类型，“真实需求”进一步细分为“日常情境”与“社会情境”等)对编码编码实践与编码框架的完善形成了持续的迭代循环。第二版与第三版编码5个样本项目的多轮试编码与反复修订而实现的。为检验最终编码表的信度，我们邀请两位未参与框架开发的编码者，使用第三版编码表对其余27个项目进行独立编码。结果显示，两位编码者间的一致性系数(Kappa值)达到0.849,表明该编码体系具有较高的评分者信度。此外，本研究还尝试引入人工智性系数为0.6,反映出AI在当前阶段虽能提供一定辅助，但在理解复杂教育情境与专业判断方面仍与定和限定问题”“发展和使用原型”等9个工程实践指标进行等级编码(0-无，1-少量，2-中等，3-充分),该编码由两位编码者分别完成。结果显示，两位编码者间的一致性系数(Kappa值)达到0.731。编根据上述分析框架，研究对42个高中工程类STEM项目(以下简称“工程类项目”)进行分析，并如表1中呈现的实证数据所示，当前项目在9个工程实践指标上的表现普遍薄弱，各项得分均远低于理论中值1.5(得分区间为0—3分)。其中，“用证据进行论争”“分析和解释数据”“界定和限定问题”“获取、评估和交流信息”等维度得分最低；相对而言，“将解决方案物化呈现”表现略好。这一结果反映出当前项目普遍侧重成果产出，而忽视设计依据、方案比较与决策论证等过程性要素。工程实践的整体低水平状态，表明学生的学习过程仍停留在较浅层次，项目未能充分体现工程教育的本质特征。现有活动多以资料检索、文本阅读与教师讲授为主，缺乏对工程思维与实践能力的深度培养。1.界定和限定问题2.发展和3.计划和5.运用多学科知识、6.发展多样的解决9.获取、交流信息M基于表1中的9个题项，本研究进一步构建了工程实践水平的测量模型。模型拟合指标如下：x²/df=2.076,CFI=0.963,TLI=0.951,RMSEA=0.160,SRMR=0.214;量表内部一致性系数α=0.886。这说明该模型具有良好的信效度，9个题项的总分可作为工程实践水平的量化指标，得分越高，代表项目中蕴含的工程实践水平越高。此总分(满分27分)将作为核心变量，用于后续对工程问题、工程目标、工对42个高中工程类项目在工程问题设置及工程实践水平上的分析结果显示，当前项目在问题情境17%的项目缺乏实质性的工程问题，仅停留在接指定产出形式(如设计制作教室盆栽智能养护系统),限制了学生自主定义问题的空间。仅有少数项目内的需求(如设计节日电子贺卡);17%为社会情境型问题，涉及与人类社会生产生活相关进一步的方差分析表明，不同类型工程问题所对应的项目在工程实践水平上存对工程类项目目标定位的分析表明，当前项目在目标设置上呈现多元结构，但01与02类目标为单一维度导向：10%的项目聚焦知识习得(如电能原理、化工流程);17%的项目侧重通用能力培养(如创造力、团队协作),但与质量框架相比，对工程身份认同、型(M=0.83)项目。这一结果反映出,尽管多数项目声称关注工程目标,但对“工程教什么”的理解仍停留在表层,尚未把握其思维与实践整合的核心内涵。基于前述质量框架,高质量的工程类项目应引导学生经历完整的工程探索过程,促进多学科知识程思维。例如,在“评估测试”环节,多数项目仅提及概念而缺乏具体的测试方法、材料说明及迭代路式，另有部分项目表现为主题拼贴式的“综合实践”(21%),这些模式均未能有效组织学生经历完整的根据质量框架的核心理念,工程类项目的最终成果应体现为能够应对现实挑战的人工制品,具体表现为解决方案、功能模型或实际可用的产品。对样本项目成果类型的分析显示,欠均衡的样态。14%的项目未呈现明确成果，仅以获奖情况、技能提升或论文展），近工程成果的物化要求,其设计深度与技术整合水平仍存在较大提升空间。方差分析结果表明,不同成果类型对应的工程实践水平存在极显著差异(p<0.001)。工程模型/人一发现印证了物化成果在驱动工程实践开展深度方面的关键作用,同时也例中有31%都纳入了工程目标，但其基本定位都是结果目标，只有极少数的案例会纳入工程思维/工程国际发展的主流方向不同。比如，英国机械工程师学会(InstitutionofMechanicalEngineers)的研素养都是K-12统整设计的，反映在课程架构、教学、资源等各个层面，具有相当的连贯性，所以到了从上文分析可见，相当一部分的案例在编码中呈现“知识化”“手工存在的“知识化”与“手工化”倾向，本质上是与AI时代的育人目标脱节的。知识类项目以传授和验为什么当下的高中偏好这两类项目?背后有深刻的现实原因。首先，这两类项目与现行的纸笔测这种对“知识化”与“手工化”项目的偏好，虽然有其现实合理性，但难以匹配AI时代的发展需0年可持续发展议程》(TransformingOurWorld:The2030AgendaforSustainableD涵盖的社会、经济与环境三大维度[21],诸如极端气候、海洋生态、新型工业创从上述编码结果可见，86