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“工程素养”，源自美国的STEM教育理念。STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）与数学（Mathematics）的首字母缩写。上海理工大学附属中学倡导的高中生“工程素养”培育，重点是帮助学生形成工程科学的严谨思维和作风，激发部分学生从事工程科学的兴趣，着重培养学生在各种情境中对遇到的问题进行有意识的探究、有方向性的预见并加以科学解决的方法和能力。融合工程科学的教育，提升学生的社会责任感和实践能力，包括用知识和能力服务社会的意识、严谨科学的态度和作风、团队合作的精神，重在发展学生的问题意识、创新精神及主动探究和动手操作的能力。
“工程素养”可以分为工程科学兴趣、工程科学思维、工程科学知识、工程科学实践、工程科学规范五部分内容。但是一般高中生并未直接从事将来也未必都从事工程建设与工程科学的研究，因此，学校在一般工程科学素养的基础上进行拓展，使“工程素养”的内涵更加基础，更加适合高中生的发展，更加适合学校教育实际，更加符合学校办学的特质。
经过多年的办学实践、教育实践与反复的思考讨论，我们确定了学校研究的高中生工程素养包括系统思维、实践创新、交流合作和责任伦理四大核心要素。“系统思维”，即能够运用知识形成对问题情境的整体判断，具有较好的发现问题、分析问题和科学解决问题的综合思维能力。“实践创新”，即具有动手实践能力，能创造性地运用工程技术和信息技术，将科学的理论创新运用于实践，具有探索精神，有实现目标的能力。“交流合作”，即具有交流合作的意识和能力，能够在团队协作中沟通交流，合作分享，取长补短，相互促进。“责任伦理”，即在行为发生之前就能预见行为完成之后可能产生的结果，并努力克服其中负面的东西，比如做工程不能破坏自然环境等。
综上所述，我们将“指向高中生工程素养培育的特色课程群”定义为：以培养高中生工程素养为目标，由注重高中生工程基础的通识课程，注重工程能力学习的“工程与科学”课程、“工程与技术”课程、“工程与艺术”课程，以及与劳动课程相结合、注重动手实践的“工程实训课程”，与综合实践活动相结合、注重自主参与的“工程实践体验”，共同组成的一个结构合理、层次清晰、彼此连接、相互配合、深度呼应的连环式课程集群。
指向高中生工程素养培育的特色课程群的特点是：三类课程分层实施工程素养培育，工程素养特色课程与理化生实验教学有机结合，课程提供丰富的学生实践平台。
学校形成工程素养培育基础型课程，面向全体学生，强调工程素养培育需要全面和广博的知识基础与扎实的知识积淀。学校面向全体高一学生开设了工程素养短课程，包括工程与创意、机器人基础、工程机械概论、虚拟技术，培养学生对工程素养的兴趣，并使其掌握基本技能。学校与上海理工大学工程实训中心合作开发了高中生工程与实训课程，从学生实践能力入手，通过简单的钳工、铸造、数控加工、材料成型等操作技能教学，培养学生的实践能力，强化工程素养培育的过程与环节，让每个学生都能体验工程实践的过程，感悟工程实践的重要性，收获工程实践的成果。
工程素养培育拓展型课程是面向对工程类课程有兴趣，有进一步了解需求的学生。学校为学生提供丰富的拓展课程，包括理化生实验拓展工程模型课程、工程结构课程、工程创新系列讲座课程等，引进大学课程并完成校本化开发与实施。
工程素养培育研究型课程是面向在“工程”方面有特长的、有竞赛需求的学生。这批学生在大学教师、学校教师的指导下，从学习生活和社会生活中选择和确定研究专题，用严谨的科学研究的方式，生动地获取知识、应用知识，开展解决问题的学习活动。
表1-3 上理工附中工程素养特色课程
续表
学校工程素养培育与理化生实验教学相结合。学校自行开发了理化生实验导论微课程，通过强化实验教学培养学生的规范意识和实际能力，同时自行开发了基于创新实验室的“做中学”校本体系课程，并运用该课程进行有效的教学探索和实践。近几年来，我们已经形成了“做中学物理（力学热学部分）”“做中学物理（电磁部分）”“舌尖上的化学”“生活中的化学”“植物克隆”等实验体验课程。课程注重学生创新能力及“可持续发展”理念的培养，从准备阶段到体验阶段再到自主创新阶段，引导学生从了解课程知识开始，经历发现问题、确定课题、完善计划、开展研究的过程，由浅入深，层层深入，丰富学生的学习经历。
此外，学校提出上理工附中学生必做的100个实验，既包括课程标准中的学生实验，也包括部分拓展实验和演示实验，并定制实验教学网站，组织编写“学生必做的100个实验”的实验手册，发挥实验教学培养学生实践运用能力的功能。
学校依托上海理工大学工程实训中心，开展高中生工程实践活动，让学生初步了解机械加工的工艺概况，对现今一些比较先进的加工技术与测量手段形成直接的感知，锻炼动手能力，体会工业生产的氛围，培养严谨、一丝不苟的态度，对养成有序科学的操作态度有具体的形象认识。
学校的研究型课程以社团活动为载体。学生可以通过自主选择、深入社会、考察实践进行探究，并完成课题报告。在自主研究类课程中，每学年由学生从课题库中自行选择课题开展研究性学习，经历课题研究的真实过程。学校还积极开发以工程素养为培养目标的、以项目研究为基础的、与研究型学习相结合的STEAM课程，注重学生在真实情境中学习的经历。结合创新实验室建设，学校开设了基于创新实验室的活动类课程和走出校门联合社区高校的工程素养实践活动类课程，借以增加学生实践探索的机会，促进科学探究和工程设计的融会贯通。
学校逐步搭建学生创意实践的活动平台，构建校内外“创溢”课堂，将创意活动辐射到社区。历年来，学校策划组织了“延吉杯”青少年创意大赛、“上理工附中杯”头脑奥林匹克即兴题挑战赛、暑期创意漂流体验活动、“上理之星”评选等活动，孕育了一大批具有创新精神的上理学子。每年，我们都在校内开展尚理科技节、尚理艺术节、尚理读书节、尚理社团文化节等活动，同时积极开展国际交流，与德国、芬兰等学校建立姐妹学校，支持学生参加国际创新大赛，对接综合素质评价，为学生的创意实践活动搭建平台。
学校创建工程素养培育社会实践基地。每年，学校都会联合上海理工大学附属小学、上海理工大学附属初级中学、延吉街道等一起创建工程素养培育社会实践基地，精心制定暑期创意漂流体验活动方案。同学们利用自己平日所学，发挥所长，从工程兴趣拓展营、工程思维训练营、工程实践体验营、人文关怀感受四个方面设计了11个子项目活动，自己准备课程教具，自己联系场地并实施课程，将工程素养培育与志愿服务活动相结合，提升了综合素质。
以“尚理”办学理念引领工程素养培育。上海理工大学附属中学以“尚理”办学理念为引领，制定了学生发展目标——“人文厚实、理工见长”。“人文厚实”，以社会责任感为核心，重在发展学生的创新意识、人文情怀，以及团队合作、协同共事、服务社会的品质；“理工见长”，以实践能力为核心，重在发展学生的问题意识、创新精神，以及主动探究、动手操作的能力，以及严谨科学的态度和作风。
“尚理”是学校办学的核心理念，是核心素养的校本化表达。在“尚理”办学理念的引领下，学校全方位打造特色德育、实施特色教学、创建特色文化、开展特色活动、推进特色教研，以学生的发展目标为导引，优化学生的发展，培养出人文厚实、理工见长、拥有较高工程素养的优秀高中生。在“尚理”办学理念的引领下，上海理工大学附属中学从认知、情感、意志和行为四个方面积极建构以工程素养为主题的特色课程群。该课程群践行“知行合一”的育人思想，旨在全面提升学生的工程素养。
学校“工程素养”是在一般工程科学素养的基础上发展而成的，使工程素养的内涵更加具有基础性，更加适合高中生的发展和教育，更好地成为学校办学的特色。
“1+3+2”特色课程群指向高中生工程素养培育，由通识课程、“工程+”课程和实践课程组成。“1+3+2”课程互相联系、互相补充，形成了既注重学生共同发展又关注学生个性发展的课程体系。培育“人文厚实、理工见长”的学生是工程素养课程体系的宗旨，是促进工程素养特色课程群发挥教育效力的指南。工程素养特色课程群围绕上海理工大学附属中学界定的工程素养“四个核心要素”（实践创新、系统思维、交流合作、责任伦理）设计。“1+3+2”特色课程群，充分彰显了上海理工大学附属中学特色课程的品位和特点。
指向高中生工程素养培育的特色课程群的总体目标包括：课程建设目标、学生发展目标、教师发展目标。
特色课程是学校教育走向特色的重要体现，特色课程建设在学校办学中占有重要地位，研究、开发和实施特色课程是学校特色发展的必经之路。上海理工大学附属中学“指向高中生工程素养培育的特色课程群”建设的目标是：在实施好国家课程和地方课程的前提下，自行开发适合学校实际的、具有学校自身特点的特色课程，继而在特色课程建设的探索和深化中，不断凸显学校特色办学理念与办学行为，逐渐形成学校的特色课程群。
为了做好特色课程与国家课程、地方课程的衔接，实现国家课程、地方课程、特色课程在学校层面形成一个有机的整体，学校力求在特色课程群建设的过程中，从实际出发，对学校现有课程加以整合梳理，制定适合自身的课程整体规划设计与实施方案。同时协调构建不同课程之间的良性互动，从单个活动的课程到具体科目，再到“课程群”，建构协调有序的课程体系。在特色课程群建设的过程中，学校可以进一步适应社会的多样化及学生全面而有个性的发展需求，构建重基础、多样化、有层次、综合性的特色课程群结构。
与其他同类型学校的课程相比，特色课程能够表现出学校自身品质的卓越性，即能够体现学校不同风格、不同气质的精神面貌，其最重要的是体现出色的育人成效。正是有了课程品质的优越性，特色课程才会得到公众的认可，才会显示出强大的生命力。因此，我们希望特色课程群的建设能进一步提高学校的育人质量和育人成效。
工程素养特色课程群建设的目标是：打破传统课程的僵化性，实现“以学生为主体、教师为主导、探究过程即学习过程”的模式，让学生不再游离于课程外，成为课程的真正主体。工程素养特色课程群的建设从“知识为本”转到“以生为本”，从学生的真实生活和发展需求出发，让学生自主选择课程的内容，体验自主学习的过程，培养学生主动学习、主动探索、主动创新的精神和终身可持续发展的能力，增强和扩展包括科学素养和人文素养在内的工程素养和国际化视野。通过课程群的学习，学生能够激发自身学习探索的积极性，生成个体学习经验。学生解决实际工程问题的过程，将增进其对多种工程知识的理解，提高工程实践能力，培育工程素养。
指向高中生工程素养培育的特色课程群的学生发展目标是：在高中生全面和谐发展的基础上，促进高中生系统思维意识与能力的更好发展，促进高中生实践创新精神与能力的更好发展，促进高中生交流合作意识与品质的更好发展，促进高中生责任伦理态度与精神的更好发展。
工程素养特色课程群中的每一门课程，都对学生学习行为有明确的指向要求，便于操作和评价，从而促使学生通过实践提升工程素养。工程素养特色课程群中的课程门类多样，分为通识课程、选修课程和实践课程三类，以更好地满足不同年级、不同兴趣学生的需求，主要关注学生的学习活动过程，重视学生的兴趣和能力差异，强调适应性、生成性。特色课程群能激发学生的学习兴趣，催生新的学习目标，兼顾能力差异及综合素质的培育。在实施过程中，特色课程群为学生提供自主学习的问题情境，营造创新文化氛围，重视每位学生的个性化素质及创造性表现，以促进学生的工程素养的发展以及创新精神和批判思维能力的培育。
传统意义上的教师更多扮演的是传道、授业、解惑的角色，是国家课程忠实的传递者和执行者。而特色课程作为国家课程和地方课程的重要补充与发展，强调学校在实施好国家课程和地方课程的前提下，自行开发适合学校实际的、具有学校自身特点的课程。这就要求教师不仅是课程的实施者，更是课程的研究者、设计者和评价者。教师需要在充分了解学校学生发展特点和现实需要的基础上参与和推进课程改革。特色课程建设对促进教师专业发展具有重要意义。教师在参与学校特色课程建设的过程中，能增强课程意识，更好地掌握课程开发的技术，提升课程开发的能力。在特色课程的实施中，教师因地制宜、因材制宜地开发课程资源，探索丰富多样的教学方式，开展基于学生行为表现的课程评价，从而发展出整体教学和深度教学的思路和视野，最终反哺国家课程的教学实施。无论是课程的开发创新，还是学校特色的创建发展，都需要教师在教育实践中贡献智慧。特色课程建设将课程开发和实施过程与教师的专业成长和内在发展有效地整合起来，提升了教师课程开发的意识和能力，促进了特色课程的特色化发展。
指向高中生工程素养培育的特色课程群具有以下要素：工程素养的要素、创新创造的要素、拓展型课程的要素、研究型课程的要素、实践操作的要素。
指向高中生工程素养培育的特色课程群具有工程素养的要素。特色课程群的学生发展目标就是要促进高中生工程素养的发展。一要促进高中生系统思维意识与能力的发展；二要促进高中生实践创新精神与能力的发展；三要促进高中生交流合作意识与品质的发展；四要促进高中生责任伦理态度与精神的发展，比如做工程不能破坏自然环境等，实现人与人、人与社会、人与自然的和谐发展。
指向高中生工程素养培育的特色课程群具有创新创造的要素。特色课程群中的“舌尖上的化学”“图形计算器应用”“未来科学家”“生物与工程（植物克隆）”“废水污染与环境保护”“揭秘大气污染背后的故事”“数字故事制作”“历史剧鉴赏与创作”等课程，都需要高中生在拓展科学知识与视野的同时，认真地进行创新创造活动，要求高中生学会发现问题、分析问题，然后确立小的课题与项目，设计研究计划，开展科学探究活动，或进行科学技术的实践制作活动。这些课程的学习、研究与实践，能培育高中生的创新意识与创造精神、创造性思维能力、创造性实践能力与创造性人格。
指向高中生工程素养培育的特色课程群具有拓展型课程的要素。特色课程群中的“通识课程”“‘工程与科学’课程”“‘工程与技术’课程”“‘工程与艺术’课程”等中有大量的学科外的拓展性知识。“机器人基础”“人工智能基础”“物理拓展实验力学篇”“物理拓展实验光学篇”“创意设计与制作（3D打印）”“PS图像处理与数字媒体”“数码摄影”“数字油画”等课程的学习，能加深高中生的现代科学知识基础，开阔高中生的视野。
指向高中生工程素养培育的特色课程群具有研究型课程的要素。特色课程群中的“综合实践体验课程和跨学科项目化课程”，需要高中生积极开展项目化实践研究活动，如工程与科学课题研究活动、工程与技术课题研究活动、工程与艺术课题研究活动、创新实验室探究体验活动等。这些课程的学习与研究，能引导高中生学习科学思想、科学方法与科学技术，培育高中生的科学项目课题研究能力，以及选题、设计、实施、获取数据、分析数据、得出科学结论的能力。
指向高中生工程素养培育的特色课程群具有实践操作的要素。特色课程群中的“工程素养培育综合实践体验课程和跨学科项目化课程”，需要高中生积极开展综合实践体验研究活动，如工程实训课程（数控铣削、特种加工、铸造、热处理、锻工、3D成型等）、尚理未来工程师夏令营、暑期创意漂流体验活动等。这些课程的学习与实践，能培育高中生的创新实践思想、创新实践方法与创新实践技术，增强高中生的科学技术实践操作技能与能力、合作实践探究的意识与能力、交流共享科学技术实践操作成果与经验的意识与习惯。
指向高中生工程素养培育的特色课程群由通识课程、拓展课程（“工程+”课程）、实践课程组成。
通识课程以工程素养基础知识为核心，旨在夯实学生的工程基础，拓宽学生的工程视野，提高其工程实践能力。相关课程如下：“工程与创意”“尚理智造2035”“机器人基础”“人工智能基础”。
拓展课程以工程素养拓展知识为核心，旨在提升学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，培育学生的科学精神和创新能力。相关课程如下：
1.工程与科学：“舌尖上的化学”“生活中的化学”“物理拓展实验力学篇”“物理拓展实验光学篇”“图形计算器应用”“未来科学家”“奇思智能科创”等。
2.工程与技术：“废水污染与环境保护”“揭秘大气污染背后的故事”“生物与工程（植物克隆）”“机器人概论”“生命的奥秘”“创意设计与制作（3D打印）”“初始Python与人工智能”“数据结构与人工智能拓展”“OM/DI创意实践”等。
3.工程与艺术：“数码摄影”“数字油画”“数码影像制作”“数字故事制作”“历史剧鉴赏与创作”“英语戏剧”“PS图像处理与数字媒体”等。
实践课程以实践体验和角色体验为核心，旨在提升学生的工程素养和动手操作能力，以及适应社会、服务社会的能力，包括融入社会、相互合作、磨炼意志、提升品德等方面能力。相关课程如下：
1.劳动课程：工程实训课程（数控铣削、特种加工、铸造、热处理、锻工、3D成型等）。
2.综合实践活动：“工程与人文课题研究活动系列课程”“工程与艺术课题研究活动系列课程”“工程与科学课题研究活动系列课程”“创新实验室探究体验系列课程”“尚理未来工程师夏令营”“暑期创意漂流体验课程”“尚理社团文化节体验课程”“尚理读书节体验课程”“尚理科技节体验课程”“走进社会实践基地”“暑期海外游学系列课程”等。
高中生工程素养评价的主要目的是全面了解学生的工程学习活动历程，激发需求与潜能，促使学生在工程素养、专业精神、审美情趣等方面获得提升，从而提高综合素养，激励他们成为知识丰富者、问题解决者、理性批判者、敢于负责者、专注笃行者、善于合作者、深度探究者、积极创造者、胸怀天下者。通过评价改进教师的教学，促使教育变革的发生。在过程性评价中建立评价目标多元、评价方法多样的评价体系；对工程素养的评价既要关注最后的结果，更要关注学生的参与过程；既要关注学生的工程素养水平，更要关注他们在工程活动中表现出来的情感与态度，帮助学生认识自我，建立信心。充分利用评价的激励性、导向性激发学生在工程方面的兴趣，培养好的习惯。通过评价培养学生的工程素养，通过评价让学生从原来的被动学习转变为主动学习，为未来的终身发展埋下兴趣的种子。
指向高中生工程素养培育的特色课程群的评价从五方面展开：学习任务引领评价；质性评价，以评促学；评价系统记录过程；校本评价呈现特色；“工程素养”评估帮助学生规划人生。
基于工程素养培育的课程评价以学生为中心，倡导学生自主学习、自主实践、自主探究。我们在评价中以学习任务作为评价的驱动引领，通过评价任务的设计使学生能身临其境地学习，让学生自己动脑、动手，充分体验探究、发现的过程，并在学习任务的完成过程中形成对学生工程素养的评估。
图1-6 上理工附中学生学习任务实施步骤图
在课程教学中，我们运用质性评价方式以评促学、以评导学，评价的重点是学生在学习中的思维能力、创新创想能力以及实践探索和自主学习等可持续发展能力。评价内容包括以下三方面。作品评价：关注成果中项目小组成员在分析、建构、设计、创新、解析、组织和整合、开发、制作等方面的能力，同时包括学习中沟通协调、合作学习、应用和迁移知识的能力；学习表现评价：在项目实施过程中，观察记录项目小组的学习态度与行为，以及学习任务完成的过程，并对其进行评定；客观性知识评价：主要结合量化评价方式考查学生记忆、领会、再现重要事实性知识的能力。
“作品”指学生在项目实施与任务完成过程中设计、制作、创作、撰写的各种项目成果。作品评价是基于“作品”的仔细“审查”，对项目小组最终完成的项目成果进行分数或等级评定的过程。作品评价关注的是项目成果中“隐藏”的项目小组在分析、建构、设计、创新、解析、组织和整合、开发、制作等方面的能力，以及沟通协调、合作学习、应用和迁移知识的能力。
与传统的客观性纸笔测验相比，作品评价的信度较差，评价者依据自己的主观判断评分，降低了作品评价的客观性。为了增加该评价的客观性和可靠性，可以注意以下几个方面：一是项目涉及多个作品，综合评定；二是每个作品尽可能多地涵盖课程目标中规定的技能元素；三是多元主体参与评价；四是制定相应的评分细则。
学习表现属于显性行为目标，可以直接用“可观察”和“可测量”的行为指标进行评价。学习表现评价是指在项目实施过程中，观察和记录项目小组的学习态度与行为，以及学习任务完成的过程，并对其进行分数评定或等级评定。学习表现评价的关键是设计能够体现课程目标的表现性任务，然后在表现性任务完成过程中观察和记录学生的相关行为。比如，小组合作表现，实际操作或展示过程中的规范性、熟练度等。
表现具有动态特点，这使学习表现评价存在时效性。为了保证评价的信度和效度，教师需提前设计好学习表现评价表，明确观察的行为，以便及时捕捉学生的关键性表现。
考查学生重要事实性、通识性知识能力的测验，通常即为客观性知识评价。客观性知识评价较其他评价类型，具有评分的客观性和精确性的特点，主要考查学生记忆、领会、再现重要事实性知识的能力。在评价中要避免过多使用事实性知识测验，否则会过分强调浅显知识的学习情况，向学生传递不正确的信息，认为死记硬背比迁移、应用、分析、设计、实施等能力更重要，导致考核偏离评价的宗旨。
权重是一个相对的概念，是指在评价体系设计中，对评价对象不同侧面的重要程度进行定量分配，是评价体系及评价指标的重要组成部分。
表1-4 评价权重的确定
续表
用分数核定学生成绩等第的评价形式突出了学生相互之间的公平性，但并不能细腻地刻画每一个学生的个性。通过综合运用学生自我评价、同伴评价、教师评价，从不同角度和不同语言客观地描述学生的表现，刻画学生工程素养的个性特点。在操作上，为避免因相互借鉴而降低评价的效度，可通过互联网加以实现，最后汇总到评价平台上。学校与专业团队合作定制工程素养必修课程资源App，开发互动交流的学习评价系统，充分刻画学生“工程素养”的个性特点。
学校结合“上理之星”评选活动，探索综合评价形式。评选活动分为三个板块，分别是初评阶段、中评阶段与终评阶段。在初评阶段，学校组织动员，学生自荐与教师推荐相结合，评选小组根据学生情况拟定候选人。在中评阶段，安排一场综合技能测试，由“论文摘要”“动手实践”“工程创新素养测试”“虚拟制作”组成。在终评阶段，第一个环节是主题设计，学生要在2周时间内完成自己的创意设计，并最终进行展示；第二个环节是即兴问答；最后一个环节是自我展示。“上理之星”评选活动为学校工程创新教育的发展起到了重要的推动作用。
学校依托专业团队，探索高中生“工程素养”评价形式及评价标准，了解每一个学生的工程素养潜力、课程需求、能力发展状况，同时，和专业团队合作开发与工程素养特色课程群相匹配的测试体系。测试分为三个应用阶段：第一个阶段供刚入学的新生进行评价，了解新生的工程素养潜力和起点水平；第二个阶段是学生完成工程素养相关短课程（必修课）之后的评估，了解学生在课程中的收获与成效，并且通过能力与兴趣分析为学生推荐适合其进一步学习的课程；第三个阶段是完成选修课之后，对学生在校期间获得的工程素养进行评价，帮助学生合理规划升学与就业目标，为学生持续发展提供保障。
（本节撰写者：张朝晖、叶理辛、王建业、杨艳芳）