工程科创课程教学与课程框架设计

1.项目式学习设置特点

为了达成培养目标，在具体课程内容设计时，工程科创课程组的所有课程都采用三种项目式学习方式来展开：限定式项目学习、半开放式项目学习、全开放式项目学习。通过三种项目式学习方式的反复迭代，学生除了得到相关知识与技能的培养外，更重要的是创新能力和工程问题解决能力的培养。工程科创课程组在教学设计中，均遵循学生的学习规律，由易到难开展教学。并且根据学生“最近发展区”理论，在学生由限定式项目学习获得一定的必备知识与技能之后，合理安排半开放式或全开放式的项目学习，让学生在基础知识上有所设计创新，让学生更有获得感。由此，学生形成了由知识与技能学习到创新，再由创新巩固知识与技能学习成果的良性循环，达成培养学生创新能力的目的。同时，工程科创课程中的半开放式和全开放式的项目均是基于一定的社会情境进行设计的，这使学生在完成课程项目的同时，社会责任感也在不知不觉中得到加强。让学生感受到学有所用的同时，增强对工程学习意义的认同。三种学习的框架如下：

（1）基于知识与技能专题的限定式项目学习。　在工程科创课程中，我们针对每一部分内容都设计了相应的专题学习项目。教师在这个阶段是主要的指导者，负责教授课程的学习内容和需要具备的知识技能。通过各种专题项目的学习，学生可以掌握基本的工程知识与技能，熟悉完成一个工程项目的制作流程，为半开放式与开放式的项目学习奠定良好的学习基础。

（2）基于限定式学习项目的拓展性半开放式项目学习。　学生在完成限定式项目学习后，对限定专题的知识有了充分的掌握，具备了独立完成限定专题的能力，接下来便可以基于限定专题内容进行拓展性的半开放式探究延伸。这个阶段是以学生为中心展开的，教师的主要工作是针对学生的半开放式主题进行合理的解释和引导，对学生提出的工程问题和实施方案进行创新性与科学性检验。例如学生在mBot机器人课程中学习“超声波的使用”专题时，已经掌握了超声波传感器的基本原理、电路结构、应用范围等。之后，学生再针对超声波传感器的特点进行半开放式的项目选取与制作，比如有些学生选择探索超声波传感器的测距极限，有些学生选择探究超声波传感器的感应速度，有些学生选择利用超声波传感器实现更多不同的实用装置等。通过这种半开放式的项目学习，可以加深学生对知识与技能的掌握程度，锻炼他们的创新能力等。

（3）基于全课程内容的全开放式项目学习。　学生在完成了课程的所有学习内容后，掌握了较多的工程知识与技能，也初步具备了独立完成工程项目的能力。此时，无论是限定式项目学习或者半开放式项目学习都无法满足学生的创新探索需求，这就迫使他们努力展开全开放式项目学习。所谓全开放式项目学习，就是学生基于已经掌握的知识与技能，将工程问题解决能力和创新能力充分结合在一起的一种学习方式。他们需要从真实生活情境中对其中隐含的工程问题进行界定，然后进行自主探究，提出解决方案并完成制作。在这过程中，学生的创新能力、工程问题解决能力、社会责任意识都得到了充分的锻炼与提升。例如有的学生在学习利用Arduino控制使用温度、湿度、超声波、红外等传感器后，将这些工程知识与生活中智慧农业、疫情防控、老人呵护等联想到了一起，提出了新的研究方向，并且自主界定出工程问题，最终通过自己的探索完成项目。

2.具体工程科创课程设置

根据表2-2-2中工程科创课程组的培养目标，上海中学国际部初中段已经开设的课程有：Micro：bit入门、Micro：bit进阶、3D创意空间、K’Nex机械搭建、mBot机器人、LEGO机器人、移动设备编程、电子技术、Mixly编程魔盒、VEX机器人、Arduino机器人、数字化减材制造、智能驾驶与机器视觉。目前开设的课程组具有种类多、覆盖面广、选择性强的特点，尽量满足所有学生对工程科创课程选择的需求。并且，每一门课程都具有针对性，并有一定的学习难度，学生可以根据个人能力进行合理选择。其中，3D创意空间、K’Nex机械搭建和LEGO机器人比较适合零基础的学生；移动设备编程、电子技术、Mixly编程魔盒、VEX机器人和Micro：bit入门课程适合有一定基础和兴趣的学生；Micro：bit进阶、数字化减材制造和智能驾驶与机器视觉适合基础较强以及具有强烈兴趣的学生。(www.xing528.com)

除了根据不同工程培养目标开设科创课程，还需考虑到要满足不同年级学生对课程的需求。因此，在整个初中阶段的科创课程中，学生都可以随时选择感兴趣的课程来学习相关的工程知识，并不会因为错过某些科创课程而无法培养相关工程素养。例如，某位学生在六年级时想选择培养硬件能力的科创课程学习，但是选课时没选上；当该位同学升入七年级时，依然可以选择相似硬件能力的科创课程学习。工程科创课程组的建设，既满足了不同年级学生对不同工程能力培养的需求，也给学生工程能力培养提供了全年级覆盖的保障。为了方便学生选择课程，我们将上述课程按照工程知识与技术能力的具体要求进行分类，做成如下课程分类表。

表2-3-3　工程科创课程分类

（续表）

学生在选课时，可以参考表2-3-3、个人能力以及兴趣点合理选课，从而进行有效的知识与技能培养。虽然课程种类较多，不同课程培养学生的侧重点不同，但是学生依然可以自由地选择课程。教师会根据学生的具体水平给出建议，但并不会因为学生的水平不同而拒绝学生选课。比如某一位学生的工程科创素养较弱，他第一学期选择了一门偏硬件能力培养且难度较低的课程，但是他突然在第二学期喜欢上了编程，那么他依然可以选择一门偏编程能力培养的难度系数较高的课程。学生既可以根据课程分类表去合理选课，也可以根据个人兴趣爱好去选课，使得课程分配方式更加合理和人性化。