2022年4月，教育部颁布《义务教育科学课程标准（2022年版）》，科学课程设置13个学科核心概念，其中一个就是“技术、工程与社会”，要求学生利用技术与工程的方法和流程，完成作品的设计和制作，在制作的过程中体现“技术”，并把科学思维等核心素养的培养有机融合进学科核心概念的学习过程中。喻伯军在《重视培养学生的工程思维》一文中指出，工程思维主要有4个方面的特点：系统性思维、设计思维、实践性思维和迭代思维。笔者结合新教材及学校拓展课中开展的技术与工程课例，根据工程实践教学的特点，让学生在明确问题、设计方案、制作测试、改进迭代的过程中，开展以分析、评价和创造为主要形式的高阶思维活动，同时培养学生的工程思维。
1 统领全局，规划系统思维
一项工程的实施，包含整体设计、成本核算、实施人员、进程和验收等环节，需要整体规划、统筹思考，这就要以系统性思维作为支撑。系统思维是一种逻辑抽象能力，也可称之为整体观、全局观。对技术与工程课而言，要全面思考，不能只就事论事。
1.1 确立目标，从局域到全局，提升系统思维
在技术与工程课中，一般的目标是把动手实践的内容当成是本课的教学目标，培养学生的动手实践能力，但是在高阶思维引领下的技术与工程课的教学目标就不一样，要有提升，要把培养学生的分析能力、评价能力，以及能够迁移和运用的创造能力作为重点
［1］。
在进行“船的研究”时，教学目标不能只是制订“通过设计、制作一艘小船，培养学生的动手能力”这样的浅层次目标，否则在课堂教学中教师就只会把重点放在动手能力的培养上，让学生根据教师提供的材料、船只类型以及步骤，照本宣科地完成船的制作就算完成了目标，没有从培养高阶思维的角度考虑，缺乏系统思维，高阶思维中的分析、评价和创造能力自然就无法达成。
在高阶思维导向下的教学目标中，第一个目标是：在轮船的制作过程中考虑船的大小、形状、船体材料、载重量、稳固性、动力系统等，能激发学生的系统思维，考虑更系统、更全面，展现的是思维的多样性。第二个目标是：要求学生对于船能作出自己的判断，进行分析，培养学生的分析思维能力，动手实践只是其中的一个小目标。第三个目标是：让学生对小船进行评价，培养学生的评价思维能力。在培养高阶思维目标引领下的工程与技术课要从源头上树立系统思维意识，拒绝浅层次目标，注重深度学习。
1.2 制订方案，从静态到动态，激发系统思维
系统思维方式的核心是整体性原则，对于一堂课或是一个项目活动的设计，要从整体角度出发，把着眼点放在全局上，注重工程的整体效益和整体结果。
例如，在“设计我们的小船”活动中，很多教师会直接提出设计小船的目标，请学生参照见过的小船各自设计自己的小船。全班安静，虽然表面看上去课堂气氛不错，学生沉浸在思考中，但这样的课堂却是低效的，学生思维碰撞缺失，观点交流不畅。
针对这样的状态，我们可以以动制静，设计一张任务分工说明，包括队长、图纸设计师、会议记录员、材料采购员以及各自的任务。学生可以明确相应的职责、在设计和制作小船的过程中需要完成的事项，考虑相关的影响因素。学生小组合作讨论，从设计出发，统筹规划，明确小船的制作流程及规则，为接下来制作活动的有序开展提供必要的保障。
1.3 学科融合，从单项到整合，丰富系统思维
在技术与工程课实施的过程中，改变单一的产品制作为一个项目，进行多学科融合，将科学、数学、技术、工程等不同领域的知识具象化、可视化，促使学生像工程师一样解决真实的问题。
在“制作一顶帽子”的活动中，融合各学科转变为一个STEAM活动
［2］。在不同的学科课堂中进行不同的指导：科学课引领学生观看非遗传承片《盔帽制作技艺》，探讨不同材料制作的帽子具有不同的功能；在信息技术课上，组织观看帽子制作过程的视频，尝试运用曾经学习的计算机绘图软件设计绘制帽子；在美术课上，学生画帽子、手工制作帽子，并且融入艺术，从美学角度进行修饰；在体育课上，带领学生进行队列展示训练；在语文课上，组织帽子诗歌朗诵会。让学生在学科融合中带着项目任务亲历探究的过程，学生对帽子有了更深刻的认识和更多的创作灵感，从而获得属于自己的体验与收获，形成积极的高阶思维。
2 产品建模，激活设计思维
工程的关键是设计。在技术与工程课中，让学生像工程师一样经历完整的工程设计过程，让学生的工程思维、解决问题的能力以及团队协作的素养得到培养，明白设计对产品制作的重要性。
2.1 拆解思维，学会设计
设计图必不可少，而拆解是设计中很重要的一个步骤。拆解可以帮助人们了解不同事物的内部构造。拆解让大家了解到，事物不但要看外观，更加重要的是内部的构造。只有了解事物内部构造，才能加强学生对设计的认识，因此在画设计图的时候就要运用拆解思维。学生要能针对产品绘制一组设计草图，标出产品的明显特征、尺寸，设计图应足够大，以便标出相关零件，最终设计图应该非常清晰和详细，确保能够让大家清楚地了解产品。以“设计我们的小船”为例，从外部看，学生会把船拆解成动力系统和船体，船体又拆解成船头、船身、船尾，内部主要拆解成密封系统和动力系统。此外，引导学生用三视图的方法，从不同方向对小船进行绘制，使小船更为生动直观。
2.2 去伪存真，学会深思
督促学生主动地将新旧知识与经验有机整合，突破表层思维，使得思维得到“卷入”和发展，这就是培养设计思维的价值。在教学设计中，只有坚守本真，才能有效提高学生思维品质，实现从表层思维走向深度思考的转变。“设计我们的小船”就是为了让学生主动发起、全身心专注投入学习，从以下教学片段就可以反映学生的深度思考。
师：小船行驶的距离和什么有关系？
生1：和小船的重量有关系。
生2：和小船的动力系统有关系。
生3：和船头、船身、船尾的比例协调有关系。
生4：和船舵摆放的方向有关系。
学生最开始只是根据已有的生活经验作出判断，还没有拆解部分和整体结构之间的密切关系，因为船头、船身、船尾都是小组分工制作，没有考虑整体性也会影响小船行驶的距离。此外，还应思考小船的协调性以及船舵摆放的方向与小船行驶方向的关系。在这一过程中，学生经历了从局部走向整体的深度思考。
2.3 创真问题，学会真思考
设计学生能真实思考的真问题，如在制作小鸟餐厅的活动中，关于冬天小鸟的困难，学生会聚焦到冬天天气所带来的恶劣气候，聚焦的问题比较宽泛，难以展开研究。因此，教师设计的问题要聚焦到小鸟不去“餐厅”进食的原因，聚焦到这个“餐厅”不利于小鸟进食的缺陷，学生便会根据对小鸟身体结构、生活习性的了解，分析原因，从而便于学生展开进一步研究。
在真实问题中让学生体验科学与生活之间的紧密联系，将知识迁移到生活中，解决实际的生活问题，学会真思考，激发学生对科学知识的探究兴趣。
2.4 挖掘美育，学会设计美
科学教师由于自身的学科局限性，往往将产品的实用性放在首位，对于美观的追求常常忽略。艺术是激发学生高度参与活动以及丰富社交情感的有效途径。在实践中，科学教师还可以和美术教师进行合作，共同开展创意设计。如在设计帽子时，其名称可根据功能来取，也可以根据材料的特点来取。每位学生戴着帽子来学校，既是产品的展示，又是艺术的表现，科学与艺术完美结合，就能让产品更具有美育价值，学生也就能够对本工程留下深刻的印象。
在设计思维导向下，教师以设计指导师的身份引领学生学习，学生成为反思性设计者，整个教学过程解决了有真实需求的工程问题，能让学生运用科学知识开展更深层次的实践探究，并在这一过程中培养高阶思维，充分体现了“技术与工程”领域教学的价值与意义。
3 研讨辩论，促进思维升级
在工程实践过程中，必须对产品进行迭代升级。在技术与工程课的迭代升级中，学生要经历不断发现问题、改进设计、解决问题的过程，这样能有效提升学生解决问题的能力。融入工程设计的理念，让学生在设计、展示与交流、方案修正的过程中进行反思（
图1），在肯定与自我否定中提升探究能力。从提出项目任务到分析项目原型，需要学生具备一定的调研能力；在分析模型后进行项目作品设计，培养的是学生的设计能力；项目的实施培养的是学生的实践能力；项目的展示、交流，评估，则培养了学生的交流表达能力；在项目的修正过程中，培养了学生的反思能力和概念应用能力。
3.1 在研讨交流中优化产品设计
学生在研讨交流时要阐明设计过程中的发现，也要进行批判性的讨论，学会用自己收集的证据来捍卫自己的观点，同时也要用自己收集的证据来质疑别人的结论。比如“我们的小小乐器”一课的任务是：用塑料吸管做一个能吹出高低不同的声音和音阶的小乐器，并进行简单的音乐演奏。在设计小乐器后，每个小组不仅要面向全体“工程师”展示自己的设计，更要说明设计的依据是什么。一个小组展示自己的设计图之后，请其他小组提出改进意见和建议。交流内容可以是设计中值得肯定的地方，也可以是设计方案中不合理的地方，交流的最终指向是根据影响物体发声高低的概念和已有的材料设计乐器。整个交流过程就是一个活动方案论证的过程，符合真实的工程设计流程。完成交流后，各个小组集思广益，再次改进自己的乐器设计方案。通过讨论、画图、文字等方式，达到思维可视化的目的。
3.2 在评价标准中提升产品功能
评价量表是在讨论设计方案前投放的，学生先认真阅读所给的评价量表，用量表中的评价标准去指导自己的设计，明确活动任务和评价依据，设计好之后，再次用评价量表进行评价，以促使学生将作品继续迭代升级。
在“设计我们的小船”活动后，教师引导学生从船的结构特点、是否达到既定的标准（载重至少200 g、行驶1 m以上）、船的方向是否保持直线3方面进行小组评价。第一个要求是船的结构特点，引导学生从科学原理上认识各种船的特点，如船头、船形等；第二和第三个要求是从载重量、行驶的距离以及方向这些功能上进行反思评价。学生在评价中学会反思，在反思中碰撞产生新的思维，找出问题所在，从而继续完善和改进小船。
3.3 在评估改进中凸显产品真实
技术与工程活动要体现简约化、生活化、趣味化，同时也考虑到课程标准对发展学生工程实践和创新能力的需要，可针对某一具体产品在真实情境使用中存在的缺陷进行改进。同时，对已有设计要进行优化，对方案进行系统的测试和修改，并通过对主要功能与附加功能进行权衡而完善最终设计。缺陷改进类的技术与工程活动能够提升学生的分析、比较思维能力。
“真实产品”应体现结构功能。学生在进行功能设计时，通常会考虑产品的主要功能及附加功能，“真实产品”应在制作后，首先从实现产品的主要功能来进行评价改进，主要功能是产品设计制作的核心功能，比如设计一张椅子，如果椅子的设计功能不能用来坐，那么它的造型再优美，附加功能再多，都不能成为好的产品。因此，在二次迭代过程中，教师针对“教室里的椅子”这一具体产品在真实情境使用中存在功能上的缺陷，引导学生进行改进设计。
在“技术与工程”教学中，关注设计与制作过程中的学习与思考，以学生为中心，追求学生思维的深度参与，用思考融入程度来衡量教学优劣，通过分析、评价、创造等高阶思维活动，促进学生的工程思维得到提升，实现活动的整合升级，培养学生的核心素养。
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