Engineering in K-12 Education pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:National Research Council (U. S.)

出品人:

页数:234

译者:

出版时间:2009-12

价格:$ 39.49

装帧:

isbn号码:9780309137782

丛书系列:

图书标签:

• 工程教育
• K-12教育
• STEM教育
• 科学教育
• 技术教育
• 数学教育
• 教育创新
• 课程设计
• 实践学习
• 项目制学习

探索 STEM 的基础：一本面向 K-12 教育的工程指南 在快速发展的现代社会，科学、技术、工程和数学（STEM）教育的重要性日益凸显。这些学科不仅是应对未来挑战的关键，更是培养学生创新思维、解决问题能力和批判性分析能力的基石。然而，在 K-12 教育阶段，工程学的融入往往面临着诸多挑战，包括课程设计、师资培训、资源配置以及如何将抽象的工程概念转化为学生易于理解和实践的内容。本书旨在为 K-12 教育领域的教育工作者、课程开发者、政策制定者以及对 STEM 教育充满热情的家长，提供一个全面而深入的视角，探讨如何在小学、初中和高中阶段有效地开展工程教育。 本书并非一本教授具体工程学科知识的教科书，例如如何设计一座桥梁或编写一段复杂的程序。相反，它着重于“为什么”和“如何”将工程学的核心理念和思维方式融入到 K-12 的教育体系中。我们将深入探讨工程学的本质，理解它不仅仅是建造和制造，更是一种解决问题的系统性思维过程。这种思维方式强调理解需求、定义问题、构思解决方案、设计、原型制作、测试、迭代和优化。这些原则同样适用于科学发现、数学推导以及人文社会科学的探索，因此，工程思维的培养能够为学生在所有学科领域打下坚实的基础。 工程教育的意义与价值：为何在 K-12 阶段如此重要？ 首先，我们将阐述工程教育在 K-12 阶段的战略意义。在当今世界，技术进步日新月异，许多未来的职业都需要具备扎实的 STEM 素养，而工程学正是 STEM 的核心组成部分。通过早期接触工程学，学生能够更早地认识到科学原理的实际应用，理解数学在解决现实世界问题中的作用，并培养对技术创新的兴趣。这不仅能够激发他们对 STEM 职业的向往，也为他们未来进入高等教育或直接进入劳动力市场做好准备。 更重要的是，工程学训练的是一种独特的问题解决能力。工程师面对的往往是复杂、模糊且多方面约束的问题，他们需要运用创造力和逻辑性，在有限的资源下找到最优解决方案。这种训练能够培养学生的韧性、适应性以及在不确定性中寻求秩序的能力。当学生被鼓励去识别问题、提出假设、设计实验、分析数据并从失败中学习时，他们就正在经历工程思维的塑造。这种能力对于他们在未来生活中应对各种挑战，无论是在学术、职业还是个人生活中，都至关重要。 此外，工程教育能够促进跨学科的学习。工程问题很少孤立存在，它们通常需要整合来自不同学科的知识和技能。例如，设计一个可持续能源系统可能需要物理学、化学、环境科学、经济学甚至社会学的知识。通过工程项目，学生能够看到不同学科之间的联系，理解知识的融会贯通，从而提升学习的整体性和深刻性。这种跨学科的学习方式能够打破学科壁垒，培养学生的全局观和系统性思维。 将工程学融入 K-12 课程：策略与实践 本书的第二部分将聚焦于如何在 K-12 课程中有效地融入工程学。我们将提供一系列可操作的策略和教学方法。 课程框架的构建： 探讨如何将工程学的核心概念（如设计过程、系统思维、权衡、迭代、可持续性、伦理责任等）融入到现有的科学、数学、技术等课程中，或者设计独立的工程导论课程。我们将分析不同学段（小学、初中、高中）学生的认知发展特点，提出适合各学段的工程学习目标和内容。例如，小学阶段可以侧重于简单的设计挑战和动手实践，如搭建结构、设计简单的机械装置；初中阶段可以引入更复杂的项目，如机器人设计、编程逻辑；高中阶段则可以深入到特定工程领域的概念，如材料科学、能源工程、生物工程等。 项目式学习（PBL）的应用： 项目式学习是引入工程教育最有效的方式之一。本书将深入介绍如何设计和实施引人入胜的工程项目。这些项目应该具有真实世界的联系，能够激发学生的兴趣和好奇心，并要求他们运用工程设计过程来解决问题。我们将提供项目设计的指导原则，包括如何明确学习目标、界定问题、提供必要的资源和指导、以及如何评估学生的学习成果。例如，一个关于“设计一个水净化系统以应对当地水源污染”的项目，能够让学生学习到化学、环境科学、工程设计以及社区合作的知识。 动手实践与原型制作： 工程学的精髓在于实践。本书将强调动手实践的重要性，并提供关于如何利用各种资源进行原型制作的建议，从简单的纸板、积木到3D打印机、微控制器等。我们将讨论如何在有限的资源下，最大化动手实践的学习效果。同时，也会探讨如何培养学生的“试错”精神，鼓励他们大胆尝试，从失败中学习，不断优化自己的设计。 评估与反馈： 工程学习的评估不应仅限于传统的纸笔测试。本书将提出多元化的评估方法，包括项目报告、演示、原型评估、同行评审以及对设计过程的观察。我们将讨论如何设计有效的评估工具，以便全面衡量学生在工程知识、技能和思维方式方面的进步。同时，强调形成性评估和及时反馈在引导学生改进设计和深化理解中的作用。 教师的角色与专业发展：赋能教育者 要成功地将工程学引入 K-12 教育，教师是关键。本书的第三部分将重点关注教师的角色以及他们所需的专业发展。 教师的角色转变： 教师不再仅仅是知识的传授者，更是学习的引导者、促进者和榜样。在工程教学中，教师需要鼓励学生探索、提问、合作和创造。他们需要营造一个支持性的学习环境，让学生敢于冒险，不怕犯错。 专业发展需求： 许多 K-12 教师可能没有接受过正规的工程教育培训。因此，提供有效的专业发展机会至关重要。本书将探讨多种形式的专业发展，包括工作坊、在线课程、同行学习社区以及与大学或行业专家的合作。我们将讨论如何帮助教师理解工程学的基本原理，掌握项目式教学和原型制作的技能，并学会如何评估工程学习。 克服挑战： 教师在推行工程教育时可能会遇到各种挑战，例如时间限制、资源不足、课程标准压力以及对自身工程知识的担忧。本书将提供具体的策略来帮助教师克服这些挑战，例如如何巧妙地将工程活动融入现有课程，如何利用社区资源，以及如何与其他教师合作共享经验和资源。 工程伦理与社会责任：培养负责任的未来公民 作为未来的设计者和问题解决者，学生需要理解工程决策所带来的伦理和社会影响。本书的第四部分将探讨工程伦理和社会责任的培养。 工程伦理的核心概念： 介绍诸如安全性、可靠性、公平性、隐私、环境可持续性以及社会公正等工程伦理原则。我们将讨论这些原则如何在 K-12 工程项目中得到体现。 案例研究与讨论： 通过分析真实的工程事故、技术滥用案例以及成功的社会责任实践，引导学生思考工程决策的潜在后果。鼓励学生从不同角度分析问题，认识到工程项目的影响是多层面的，并可能触及广泛的利益相关者。 可持续发展视角： 强调工程设计与可持续发展的关系，例如如何设计能够减少环境影响、节约资源、提高能效的产品和系统。鼓励学生思考“绿色工程”的概念，并在他们的设计项目中融入可持续的解决方案。 科技对社会的影响： 引导学生批判性地思考技术进步如何改变我们的生活、工作和社会结构。培养他们对新兴技术（如人工智能、基因编辑等）的潜在影响进行评估的能力，并认识到作为未来工程师的责任。 未来的展望：构建 STEM 教育的宏伟蓝图 最后，本书将展望 K-12 工程教育的未来发展。我们将讨论如何通过政策支持、社区参与、行业合作以及持续的教师专业发展，来推动工程教育的普及和深化。 政策与倡导： 探讨如何通过教育政策的支持，将工程学正式纳入 K-12 课程标准，并为学校提供必要的资源和资金。 社区与家庭的参与： 强调社区和家庭在支持 K-12 工程教育中的重要作用。鼓励学校与博物馆、科学中心、大学和企业建立合作关系，为学生提供更多的实践机会和榜样。 技术与创新的融合： 探讨如何利用最新的技术工具和平台，如在线学习资源、虚拟现实/增强现实、人工智能辅助教学等，来丰富工程教学的内容和形式。 持续改进与创新： 强调工程教育是一个不断发展和演进的领域，需要持续的研究、评估和创新。鼓励教育工作者分享最佳实践，不断探索新的教学方法和课程设计，以应对不断变化的社会和技术需求。 总而言之，本书致力于为 K-12 教育者提供一份全面的指南，帮助他们理解工程教育的核心价值，掌握有效的教学策略，克服实践中的挑战，并培养学生成为具备创新精神、解决问题能力和高度社会责任感的未来公民。通过将工程思维和实践融入到 K-12 教育的各个层面，我们不仅能够为学生打开通往 STEM 世界的大门，更能赋能他们成为积极的创造者和有影响力的变革者，共同塑造一个更美好的未来。

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