序

1990 年，我启动了一个由美国国家科学基金会（简称NSF）资助的项目——SEPIA项目，研究中学科学教育中的“档案袋评价”策略。该项目的第一步是创建一个支持复杂推理和意义建构的课程。我们与教师会谈，询问他们“什么情况下学生最有学习的兴趣和热情”。教师很快就达成一致：当学生参与建造或设计类活动时。我们选择了“造船”这一情境进行了课程开发。完成基于问题的造船单元原本需要 5 天的教学时间，我们却用了 6 个教学周。这样做是为了让学生完成两项任务，以发展所需的认知和概念推理能力：（1）创建并完善船只的设计模型；（2）创建并完善一种因果关系，从力的角度——重力和浮力——来解释为何这样的设计是可行的。

对于教师来说，这样的改变并不容易。我记得有一位教师，在一次会议上画了一匹马，上面标着“抽打死马”。这透露出他对花 6 周时间来完成一个曾经只需 5 天的课题的焦虑。我当时就意识到，课程、学习目标和教学评价改革面临的最大挑战不是学生，而是教师。我多么希望自己当时就能够读到本书为教师和课程设计者所提供的建议。

2004 年，我正在主持美国国家研究委员会（National Research Council）共识研究委员会撰写《将科学带入学校：K—8 年级科学学习与教学》（ Taking Science to School: Learning and Teaching Science in Grades K-8 ）报告。当我们正努力达成共识并得出结论时，我想起一位委员会成员说：“如果我们建议为学生设置这么高的门槛，那我们还需要进一步考虑，我们要为教师设立怎样的门槛。”《将科学带入学校：K—8 年级科学学习与教学》是综合研究报告，在这里，你会首先看到关于科学实践、建立和改进模型、“学习进阶”、参与式谈话和话语实践的教学建议。我是多么希望当年我们就能有机会接触本书中提到的由科学博物馆开展的这些项目和研究。

2012 年的时候，我与他人共同主持了《新一代科学教育标准》（ Next Genera tion Science Standards ，简称NGSS）中地球与空间科学部分初高中组的编写工作。所有的编写组都围绕着科学与工程实践、跨学科概念和学科核心观念这三个维度，深入到学习目标、教学标准和表现任务的设计中。编写组的任务一度是找到那些可以突出工程、数学和科学本质的标准。关于如何整合STEM学科，争论一直在持续，反馈意见也不一。一些州和地区接纳工程；另一些则告诫说，在采用三维课程框架的同时加入工程内容，会对教师、学校管理者和教育系统带来太多负担。我多么希望当时就能够获知波士顿科学博物馆副馆长坎宁安在本书中提出的关于整合S—T—E—M学科的均衡而合理的观点。

你想知道如何将工程融入你的课程和教学吗？想知道如何在STEM教育中加入“E”吗？看这本书就对啦！坎宁安的这本书，就是要解决这些问题，以及教师和教学管理者如何在小学课堂引入工程的其他常见问题。坎宁安和她科学博物馆的同事们以工程师的从容和执着，仔细思考了问题，制订了解决问题的流程，然后实施、评估、迭代和调整了课程、教学和评价模式，直到最终找到解决方案。本书通过全面而精心的思考，展现了一条将“E”融入STEM教育的路径。同时，通过书中提供的网络链接进入课堂，你还可以与教师进行深入的沟通。

坎宁安的书为我们如何在这个领域推进提供了丰富的洞见。她在踏入工程教育这个领域时没有任何先入为主的观念，除了一个信念：孩子都是有热情、有能力的学习者。坎宁安拉开这一帷幕，向我们展示了科学博物馆是如何构思、设计、开发和研究“工程是基础”（Engineering is Elementary，简称EiE）的。通过对课程框架、博物馆宣传、视频案例和课堂记录的有效整合，教师和教学管理者，我想可能还要加上教育研究人员，都可以从某种角度一窥整合的STEM教育是什么样的，而这些都依赖于坎宁安一直以来在这个领域参与和指导的研究开发工作。

理查德·A·杜施尔（Richard A. Duschl）
宾夕法尼亚州立大学中等教育沃特伯里讲席教授