指向工程思维的初中科学项目化学习探究
摘要：工程思维是一种集系统思维、实践思维和创新思维于一体的综合性思维方式，指向工程思维的初中科学项目化学习可改变学与教的方式。设计指向工程思维的初中科学项目化学习，需要以核心概念为出发点、以核心素养为着力点、以限制因素为突破点、以产品输出为落脚点，体现情境化的真实问题、素养化的项目目标、工程化的项目实施。在具体教学中，教师需要创设问题情境、引导系统分析、搭建实践平台、强化反思总结，从而激发学生的问题意识和创新思维，培养其实践能力，提升其工程思维水平。
关键词：工程思维；项目化学习；初中科学
《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“《义教科学课标》”）中新增了“技术、工程与社会”“工程设计与物化”两个核心概念，但如何开展工程设计等核心概念的教学是目前初中科学课堂教学的重大挑战。浙江省教育厅发布的《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的实施意见（征求意见稿）》指出，“倡导基于真实情境的学习，开展研究型、项目化、合作式学习，培育学生创新思维品质”。工程思维是指向问题解决，能体现工程活动思维特点的间接和概括性的认知［1］，是一种集系统思维、实践思维和创新思维于一体的综合性思维方式。项目化学习则是一种新的学科学习方式，指学生对真实而有挑战性的问题进行持续探究，创造性地重构知识解决问题，形成富有创意的成果［2］。指向工程思维的初中科学项目化学习可改变学与教的方式，即从单纯地学习知识转变到在解决真实问题中学习知识，注重运用知识解决真实问题。以项目撬动科学学科技术工程的课堂教学变革，可培养学生运用解决工程问题的方法来解决真实情境问题的思维方式与习惯，激发学生的学习内驱力和工程思维力，使学生形成对科学家和工程师职业的高度认同，从而推动对科学工程技术未来人才的培养。
一、指向工程思维的初中科学项目化学习设计原则和核心要素
基于项目化学习实践特点和工程思维本质，设计指向工程思维的初中科学项目化学习时需要遵循四个设计原则、体现三个核心要素。
（一）设计原则
一是以核心概念为出发点。基于《义教科学课标》、学生实际与教材实际，并合理拓展，对项目进行设计，确保项目与学科的相关性和内聚力，引导学生将所学知识应用于真实世界问题的解决，激发学习动力和对知识的价值认知。
二是以核心素养为着力点。注重培育学生的科学核心素养，引导学生在“做”中落实对核心概念的深度学习和深刻理解，形成科学观念；通过学科探究实践提升学生审视问题和解决问题的工程创新思维；在知识应用中培养学生可持续发展等社会责任和价值观。
三是以限制因素为突破点。创设当前社会面临挑战的真实情境，鼓励学生研究和关注如环境变化、水污染、能源等真实问题，而在解决问题的过程中，特别要引导学生关注标准与限制因素，如安全、成本、资源、环境等方面的限制。
四是以产品输出为落脚点。引导学生探索如何应对挑战并找到切实可行的解决方案，然后以设计图和模型制作等形式进行展示，可基于市场需求等现实世界产品的市场化模式来制订有效的推广计划。
（二）核心要素
工程思维是一种注重实践性和创新性的思维方式，强调对真实问题的深入剖析、系统设计和创新解决。因此，指向工程思维的项目化学习的核心要素主要包括以下几个方面。
1.情境化的真实问题
基于真实情境提出项目主题，再将主题目标问题化，构建学科核心概念与真实应用的桥梁。如基于《义教科学课标》中“能源与可持续发展、工程与社会、工程设计与物化”等核心概念，结合前沿科技研究“未来加氢站”素材创设真实情境，根据学生对可持续发展还停留在理论认识的学情，提出“假设你是氢能源专家，请你设计一个安全、经济的未来加氢站”驱动性问题，激发学生持续地去探究。
2.素养化的项目目标
素养导向的项目目标是课堂教学的方向标。以《义教科学课标》、教材、学情结合真实情境提炼整合确定科学观念等四个维度的项目目标，如“未来加氢站”项目学习明确期望达成的素养目标如下。
科学观念：通过氢气的制取和应用实践，树立结构决定性质的化学观念，通过对氢能源的学习，树立正确的能源观念。
科学思维：通过比较分析当前多种制氢、储氢方式的利弊，总结最有前景的未来制氢和储氢方式，并通过探究实践评估方案，形成分析优劣的思维方式。
探究实践：通过设计搭建模型展现未来加氢站的设想，提升学生的创新实践能力。
社会责任：通过氢能源的应用推广和公共安全的思考重视，形成可持续发展的社会责任感。
3.工程化的项目实施
基于工程思维的项目化实践过程主要包含“定义科学问题、限制条件下设计解决方案、构建方案模型、学习成果的表达与交流、项目反思与反馈”五个环节。每个环节都需要设计一些支持性活动，如通过展示交流和评价迭代来完成学习成果的表达与交流，同时在交流评价过程中从整体和局部进行系统分析，根据交流反馈进行方案与模型的调