隨著全球科技革命與產業變革的深入發展，STEM教育作為培養創新人才、提升國家競爭力的關鍵路徑，其戰略意義日益凸顯。教育部等十八部門聯合印發的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》，明確強調要推動學科融合，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，工程素養培育是關鍵內容，讓學生像工程師一樣系統思考、迭代設計并創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實踐，培養小學生工程素養，是教育主動回應時代發展需求的必然選擇。為此，2014年起學校從重點研制素養框架、探索實踐路徑兩個方面發力，為小學工程教育提供兼具兒童立場與發展張力的系統化解決方案。

研制小學生工程素養框架

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

表：小學生工程素養框架

（一）小學生工程素養的維度

《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確指出：學生要“知道工程需要經歷明確問題、設計方案、實施計劃、檢驗作品、改進完善、發布成果等過程”。這一要求為小學生工程素養培育提供了依據。小學生工程素養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。

為確保工程素養培育方向科學、有效，學校基于長期實踐經驗和相關理論研究，采用德爾菲專家調查法，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的培養重點。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現潛在需求，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、倫理規范、資源限制等條件下，構思設計解決方案并合理權衡，通過圖案、框架等形式呈現設計思路。實踐應用，強調讓學生在試錯中經設計轉化為作品，根據用戶反饋，在專業技術指導下持續迭代優化，最終將形成的產品應用于真實場景，以解決實際問題。

（二）小學生工程素養的發展層次

義務教育階段學生認知發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思維逐步發展，開始具備分析復雜問題、構建邏輯框架的能力。在工程素養培育中，學校遵循這一認知規律，將工程素養目標拆解為適合不同年齡認知水平的發展層次，轉化為可觀察、可階段評估的具體行為表現，實現“教—學—評”一致性。清晰的發展層次劃分，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展水平的工程項目和實踐活動，讓工程素養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為基礎，進一步開展縱向的發展層次劃分，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、差異化的素養發展要求。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培育的實踐路徑

小學生工程素養的培育需要在實踐中推動。學校以工程素養表現框架為行動指南，積極在課程開發、項目化學習、學科聯動、校企合作等方面作出嘗試，探索工程素養培育的實踐路徑，賦能學生工程素養發展。

（一）打造課程超市，賦能學生技術儲備

培育學生工程素養，需要構建良好的支撐環境，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生的個性化技能需求，學校精心打造創意智造學習中心，并開發課程超市，助力學生自主選擇合適的學習資源，實現技術儲備。

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

在實施流程上，每學期初發布選修課程清單，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學生技能表現點亮工程技能星。親子工坊通過發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交流，活動結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并發布在學習網站，充分發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《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》系列專題微課并發布在學習網站。通過線上線下相結合的方式，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

傳統工程實踐活動過于強調動手制作和最終作品的呈現，忽視了工程思維、系統設計與迭代優化等核心能力的培養；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、全員培訓、智造實踐、作品展評、反思改進”五個環節的項目學習活動。

資源開發環節，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。形成協同共識，保障教學的專業性和精準性。在智造實踐中，學生依據“智造手冊”，從學習和生活需求出發開展創意構思、工程設計、原型制作等活動，從被動操作者轉變為主動設計者。作品展評環節采用班級推薦、年級評優、校園展演等階梯式平臺推進，通過作品推介活動培養學生的合作、策劃與表達能力，實現多元成果交流。反思改進環節，師生共同依托“智造手冊”對項目流程進行復盤，并迭代和優化手冊內容，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行實踐過程、實現自我管理。“智造手冊”將支持性工具與表現性評價合二為一，圍繞工程素養的表現框架全面覆蓋工程實踐的各個環節。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。“學生操作手冊”旨在幫助學生記錄學習過程、評價學習效果，以便及時調整進度、促進合作，包含確立問題、羅列創意、分析可行性、設計圖紙、制作迭代等多樣化工具。“教師指導手冊”提供項目概述、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）探索學科聯動，促進學生思維發展

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，持續提高實踐效能。小學階段是學生突破性思維養成的重要時期，為此學校堅持以學科聯動為抓手，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，創造性解決學科學習中的各類問題。

學科聯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，為后續聯動奠定基礎；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新思路；第三步，依據研討形成的創新方案，學生以某一學科任務為核心，輔以編程、人工智能、數字化工具等技術手段，在課堂現場完成問題解決實踐。通過這一過程，學科聯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據時，出現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精準記錄數據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據，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，通過企業真實的技術標準與市場視角，反向推動工程學習走向系統化、社會化和產品化。

校企合作主要通過簽約孵化、駐點指導、企業研學、校企共創等方式推進。每年在項目學習周中脫穎而出的優秀作品團隊，會與學校簽訂《產品孵化協議》，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，學校引進合作企業的工程師與學生團隊結對，開展企業研學、駐點指導活動。學生走進企業，沉浸式觀察工程師的日常工作，直觀感受行業規范；工程師進駐校園，在與學生共同優化產品的過程中，引導學生學習專業的問題解決思維。最后，企業結合學生的作品創意，有針對性地提供軟硬件資源，校企共同迭代優化產品。

校企合作為學生創意轉化為實用產品提供了多維支撐，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，實現從“做作品”到“產產品”、從“學習者”到“創造者”的轉變。例如，學生設計的第一代“拐角防撞器”于2016年10月完成，在合作企業支持下成功投入使用，歷經三屆學生接力迭代，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項創意產品成功落地，學生的創新概念在校園場景中得到論證，真正實現了“我的學校我做主”。

總之，經過12年探索，學生的工程素養得到顯著提升，能主動發現現實問題，可獨立完成從構思、設計到制作優化的完整過程，在多項科技競賽中獲獎。與此同時，學生通過設計和制作創意作品參與校園文化建設，充分展現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變，教學能力同步增強，在此過程中開發出多門省市級精品課和跨學科課例，逐步形成學科協同、項目化教學的良好氛圍。未來，學校將依托人工智能技術開發工程素養數字化評估系統，實現對學生工程素養的精準分析。優化和改編“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，構建更具可持續性的教育生態。通過系列舉措助力小學生工程素養持續提升，為其應對未來社會挑戰奠定堅實基礎。

（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