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中小學校如何基于學校自身特色實施STEAM教育，尤其是工程教育？澳門培正中學2012年引進STEAM課程并探索實施工程教育，其STEAM課程和人工智能項目于2018年和2022年分別榮獲基礎教育國家級教學成果獎一、二等獎。培正中學從科學課程改革及軟硬件建設方面推動工程教育發展的探索經驗具有鮮明特色，為中小學開展工程教育提供了有價值的參考。

培正中學前身是1889年在廣東廣州創辦的培正學校。現校址位于澳門半島，是一所涵蓋幼兒園至高中的十五年一貫制學校，有3000余名學生。雖然培正中學校園僅7500平方米，工程教育空間“創新科教館”卻占創校120周年紀念大樓中的一層，走進其間即可見充滿活力的工程實踐現場。水下機器人、航空航天應用、數位藝術設計與AR/VR研究區、未來生活應用研發中心等多個工程小組緊湊有序地分布其間（見圖1），真正實現了“聞得到工程氣息，看得見學生創造”。

以貫通式工程教育體系和課程設計，實現貫通式培養

課程的貫通式設計是完整育人的重要保障。《義務教育課程方案（2022年版）》指出：“課程要遵循學生身心發展規律，依據學生在認知、情感、社會性等方面的發展規律進行設計，體現學習目標的連續性和進階性。”課程的分層貫通式設計既提升了課程的系統性，又保證了學生學習體驗的一致性。

近年來，不少學校重視課程貫通，探索破解由于小升初和初升高帶來的生源不穩定、課程內容設計銜接復雜、學業壓力大等難題。培正中學具備十五年一貫制的體制機制優勢，大多數學生從幼兒園就讀直至高中畢業。對學生而言，無需面對升學考試壓力，也不必頻繁適應不同階段的校園環境；對學校而言，穩定的生源為實現真正意義上的分層貫通式工程教育提供了良好條件。

1. 實行分層貫通式工程教育體系

培正中學實行分層貫通式工程教育體系（見圖2）。其工程教育通過正規課程（formal curriculum）與聯課活動（co-curricular activities）開展。正規課程是依照澳門教育及青年發展局所發布的《本地學制正規教育課程框架》《本地學制正規教育基本學力要求》所開設的科目；聯課活動是在正規課程之外，為學生提供的一系列拓展性、實踐性學習活動，讓學生拓展所學，豐富學習體驗，培養綜合素質和興趣愛好。根據《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》，物化能力是指采用一定的工藝方法等將意念、方案轉化為有用物品，或對已有物品進行改進與優化的能力。培正中學工程教育的總體教育目標隨學段提升呈現出“科普-實驗-物化”逐步深入的特征，個體教育目標會隨學生發展情況靈活調節。

在幼兒教育階段，學校不僅在“區角教學”中增設探索區角的活動模塊，引導學生發現日常生活中的科學現象，還開設了探究室，營造便于觀察、接觸和操作的科普學習環境，開展科技啟蒙教育。小學階段一至四年級每周有四節常識課，著重培養學生的探究精神，鼓勵他們主動提出問題、做實驗和探索未知，強調實踐與理論的結合；到了五年級，學生開始正式學習STEAM課程。進入中學后，隨著學習的深入，學生在教師指導下創作作品，并參與國際競賽與作品展示活動。

2012學年，STEAM課程改革在初中一年級試點，2015和2016學年分別推廣至高中及小學五年級，2019學年全面覆蓋初一、初二所有班級。該課程將工程理念融入課堂，不僅銜接傳統課程、講授科學原理，更強調實踐操作，學生需靈活運用各學科知識與技能解決問題，在此過程中培養科學探究精神與動手能力。課程以項目或任務的形式進行，包括個人研究和小組合作，促進學生互動交流，幫助他們提升溝通能力并尊重差異。例如，學生設計制作可進行打撈工作的船模型，綜合運用物理（浮力與密度、力與機械、電路知識、水流與阻力）、化學（材料性質）、數學（測量與繪圖）、藝術（設計）、信息技術（傳感器）等學科的知識。

2. 開發以機器人為核心的工程教育課程

培正中學開發了以機器人為核心（如引入VEX機器人課程）的工程教育課程。教師通過教授機械結構設計、三維建模技術，并整合數學、物理等學科知識，引導學生解決實際問題，培養其跨學科知識應用能力與工程思維。表1展示了培正中學2024學年的STEAM課程體系。課程采用分層教學模式，通過融入并逐步取代傳統課程的方式實施。

在小學階段，常識課在五、六年級被分為“設計與科學”“自然生物探究”“資訊科技”三門選修課，每門每周五節課，學生可根據興趣自主選擇一門課，參加相關聯課活動以拓展學習內容。初中階段，初一和初二將傳統科學課整合為“設計與科學”，融合科學、資訊科技與藝術，并鼓勵動手能力強的學生參加聯課活動以深化學習；初三因需準備高中分科，恢復物理、化學、生物學等學科獨立授課，但學校仍每周安排一節包含編程與設計元素的“資訊科技”選修課，并推薦相關聯課活動。高中階段開設“設計與科技”“進階資訊科技”兩門專業課程，每周每門五節課，進一步提升學生專業能力。

以成果導向教育為指導理念，

引領創意實踐

培正中學工程教育以成果導向教育（Outcome Based Education，簡稱OBE）為指導理念。OBE由美國學者威廉·斯派迪（William G. Spady）于1981年提出，也被稱為能力導向、目標導向或需求導向教育。OBE理念包含四個重要的執行原則：一是聚焦最終學習成果，二是從預期成果反推課程設計，三是確保所有學生達成學習成果，四是提供多樣化機會促進成功學習。培正中學通過強調“以賽代練”和“個性化培養”來貫徹這四項原則。

“以賽代練”詮釋了前兩個原則。培正中學鼓勵學生參加工程類競賽（如英特爾科學與工程大獎賽、深港澳青少年創意設計比賽等），讓他們在學習初期就確立“完成一個創作成品”的明確研究目標，后續的所有學習活動都得以緊密圍繞這一目標進行。

與傳統課程主要依賴紙筆考試評價方式不同，培正中學的工程教育采用更為多元和立體的評價方式。除了必要的科學素養測評外，學校更重視學生親手打造原創作品，并鼓勵他們攜帶這些作品出校參賽。參賽不僅是對學習成果的一種檢驗，更是全面提升能力的過程——從知識整合應用到團隊協作及與對手交流，這些經歷都是學生成長中的寶貴財富。學校也大力支持教師以公假形式全程陪同指導，多年來師生積累了豐富的備賽經驗。僅2023學年，學校就有近300項離境活動，師生足跡遍布全國多個城市以及歐洲、亞洲、美洲、大洋洲乃至北極等地。

“個性化培養”則體現了后兩個原則。培正中學的工程教育課程兼具廣度與深度。廣度是指所有學生都參與正規課程；而深度則是指為有興趣深入探索或被教師發掘的有潛力學生提供課后的聯課活動，讓他們在各類實驗室（如創新科教館、樂高教育實驗室）中完成個人或小組作品，并參加相關競賽。

培正中學的工程教育也能為學業成績不突出的學生提供新的發展機會。在傳統教學中，表現優異的學生更容易受到關注，而成績較差者往往被忽視，這容易使教育評價陷入“單一智能”的誤區。加德納多元智能理論提醒我們，人類擁有多種思維和認知方式，學生學業成績一般并不代表其缺乏其他方面的天賦。培正中學工程教育以個性化學習為核心目標，確保每位學生不限于傳統學科評價的限制，都能在學校教育中發現自己的優勢和潛能。這種教育模式不僅豐富了學習內容，也顯著增強了學生的學習動力。

以美育融入工程教育，

落實“五育并舉”

2021年4月，習近平總書記在考察清華大學時強調：“美術、藝術、科學、技術相輔相成、相互促進、相得益彰。”也有學者提出了“工程美育”的觀點，認為工程美育是培養學生科學素養和審美體驗融會貫通，重視智育、美育、德育同心同向，促進學生全面發展的教育形態。

培正中學在借鑒全球教育發展前沿理論的同時，堅持“五育并舉”，基于對美育在學生成長中重要性的深刻認識，將藝術融入STEM課程，實現科學與藝術的跨學科融合。從視覺藝術基礎元素（如點線面、空間與質感），到現實生活中的工程美學和建筑之美，再到音樂的融入與平衡，旨在通過科學與藝術結合，培養學生的審美能力和創造力。學校經過持續探索與實踐，取得了顯著成效：學生運用3D技術為中華文化館的兵馬俑展品“復原”遺失的武器；利用榫卯結構從“零”制作出精致的可折疊木椅；設計機器人時兼顧功能性與視覺美感；通過建模和3D動畫思考弱勢群體如何實現航天夢想，并榮獲國際人工智能及創意大會（IAICC）金獎。與創新科教館緊鄰的中華文化館里展示著涵蓋史前至當代的青銅器、玉器、書畫、服飾和生活用具等近2000件藏品，不少是學生通過查閱歷史文檔和古籍繪制藍圖后再用3D打印機制作的。在教師指導下，學生還創建了虛擬文化館，利用AR/VR技術展示藏品，甚至制作出澳門世界文化遺產—大三巴牌坊的三維展示互動展品，讓參觀者以無人機的視角觀賞其建筑特色。這些成果不僅是跨學科學習的生動體現，也展示了學生對科學、工程、物理、數學、語言及藝術等多領域知識的綜合應用。

以工程師背景教師為核心，

培養專門師資

工科教師與理科教師在學科知識上雖有交叉，但由于工程的實踐性，理科背景的教師大多無法完全勝任工程教學。盡管目前尚無關于中小學工程教育師資的系統研究，但高校工科教師研究可做參考。清華大學林健教授曾指出，工科教師應同時具備基本教學素養和工程能力。基本素養包括廣博的知識、豐富的實踐經驗、優秀的教學能力以及高尚的職業道德；工程能力則涵蓋扎實的設計開發技能、出色的技術創新能力和突出的科研水平。顯然，合格的工科教師需要受專門的工科培養且具有一定的從業背景。因此，為保障工程教育高質量發展，培正中學專門聘用多名具有工程師背景的全職教師。

2012年課程推廣初期，學校跨學科教學尚未完全普及，工程教育師資建設面臨諸多挑戰。對此，學校不斷探索團隊建設新模式：首先，引進具有豐富教學經驗和國際視野的教師，保障課程質量；其次，吸納有產業經驗、工程師背景且有教育理想的新成員加入，有些教師擁有數十年的產業經驗；最后，為保證擁有可持續性的師資，培正中學還在校內挖掘有轉型潛質的理科教師，通過“師徒制”培養方式，由資深教師手把手指導潛力教師轉型，在“做中學”，逐步轉型為工程教育教師。這一模式不僅提升了學校工程教師整體專業水平，也推動了團隊規模穩步擴大與穩定性增強。如今，培正中學已建立一支以具有工程師背景教師為核心的21人師資團隊。

培正中學始終遵循尊重教師興趣、發展教師所長的原則，打造可持續發展師資團隊。在此原則下，學校的工程教育課程（項目）體系是自下而上由教師按照個人興趣和所長開設而逐步形成的。例如，擅長游戲設計的教師帶領學生完成網絡攻防菁英游戲設計，擅長機械工程的教師帶領學生開展水底機械人項目等。培正中學通過發揮每位教師的最大優勢來開設課程，充分調動了教師的積極性，保證了課程的質量。

培正中學近四成的工程教師都是培正的校友。他們從培正中學畢業后赴內地及境外知名高校深造，主修數學、物理和工程等專業，學成后又回到母校任教，不僅帶回前沿知識，更引領學弟學妹投身工程創新，實現知識與精神的傳承。

以培正經驗為樣本，

探索工程教育的意義與路徑

培正中學的工程教育探索經驗不僅在方法和技術層面為其他學校提供了啟發，更反映出基礎教育階段工程教育的重要意義和獨特性。首先，工程教育應聚焦學科本質、解決現實難題、體現產品導向。工程的核心是物化和實踐，是對現實物質環境的改造和創造，中小學工程教育應緊緊圍繞工程的本質核心來開展，即以現實情境為問題來源、以科學原理為知識基礎、以物化產品為教育目標實施教育。其次，工程教育既要為培養卓越工程師奠基，也要關注全民工程素養。技術與工程影響著全民生活的方方面面，中小學工程教育在致力于培養拔尖工程人才的同時，也要兼顧提升全民工程素養的教育目標。再次，工程教育具有跨學科性，不僅以科學和數學為堅實基礎，而且與政治、經濟、社會、文化、藝術、環境、人文等學科也有緊密聯系，因此應注重跨學科實踐、培養學生綜合運用知識的能力。

文章來源：《中國基礎教育》2025年第12期，原標題《分層貫通·成果導向：十五年一貫制學校的工程教育探索》

部分圖片來源：澳門培正中學網站

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文章編輯：盛穎霞

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