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| 編輯推薦： |
《在课堂中整合工程和科学》介绍了30个STEM项目活动，涉及小学至高中各学段。这些活动既能加强学生对重要科学内容的学习，也能锻炼学生的STEM技能。
★设计制作光剑、开展重力赛车模型滑行比赛、制作假肢以模拟修复股骨骨折、设计抗霜冻土豆储藏箱等新颖有趣的活动内容，将吸引各个年龄层的学生。
★充满挑战的活动任务，有助于激发学生的动机，激励学生全情投入到整个项目活动中。
★各项目活动既能融入地球科学、物理科学、生命与环境科学等传统学科课堂，也能在课外活动中开展。
★学生通过接触真实的工程活动，将深入了解使现实世界运行的各种职业。
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| 內容簡介： |
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本书内容辑选自美国国家科学教师协会（NSTA）发行的《科学与儿童》、《科学视野》和《科学教师》等多本科学期刊，包含了30多个整合科学与工程的课堂教学活动，内容涵盖生命科学、环境科学、地球科学和物理科学等。本书适合用于教师指导课堂教学时参考，同时，对于有兴趣指导孩子在课后和假期进行实践活动的教师、家长和相关机构都有帮助。
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| 關於作者： |
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主编赵中建，为华东师范大学教育部人文社会科学重点研究基地华东师范大学课程与教学研究所研究人员，国际与比较教育研究所教授、博士生导师，兼任国家基础教育课程与教学改革专家委员会委员,国内最早系统研究中小学STEM教育的教育研究人员。
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| 目錄：
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引言
第一部分 工程设计
1．工程设计流程
2．科学与工程――实验室研究的两种模式
3．利用循环模型寻找解决方案――学生运用四步循环模型解决当地的问题
4．建立模型――更好地理解工程中成本与安全的重要性
5．微型雪橇，冲，冲，冲！――运用工程项目教幼儿园学童进行技术设计
6．科学与工程
7．初级设计挑战――学生模仿美国宇航局的工程师
第二部分 学科活动
生命与环境科学
8．修复股骨骨折――生物材料科学示范课
9．抓住窍门！――中学课堂上的一项工程挑战
10．问题导向型学习中的台作――鼓励学生思考有关基因治疗的开放性问题
11．环境中的塑料――“拼图式”学习活动
12．大自然的设计――探索线性和循环的生命周期
13．运动型多用途车――从热力学角度恩辨燃料经济性的标准
地球科学
14．设计挑战：为英语学习者奠基――英语学习者通过语言和行为表达
15．拯救企鹅――通过工程设计讲授热学
16．震动、摇晃，最好别塌――地震和建筑设计探究
自然币斗学
17．重力赛车
18．鸡蛋赛车
19．工程学习总动员――帮助学生成功完成设计流程的策略
20．呼吁驾驶燃料电池汽车
21．《星球大战》背后的科学――整台技术和《科学素养的基准》中的要求
22．“弹入”技术设计
23．土豆难题――开展“5E活动”来消除对隔热保温的误解
24．纳米视野
25．小物体，大作用
第三部分 课外项目
26．激发科学学习兴趣――一个实用的课外项目模式
27．发明工厂――帮助特需人群的发明
28．年轻女性“未来工程”
29．面向初中生的INEEL科学工程展会
30．工程学课堂
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| 內容試閱：
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1.工程设计流程
学生要在一项任务上获得成功，需要不止一次的机会进行尝试。所以很多时候他们只能想，“下一次我应该就可以……”而设计过程就给学生提供了下一次的机会。
——乔纳森·W·格拉赫（Jonathon W. Gerlach），《初级设计挑战》
科学与工程互为补充，却又不尽相同。一般而言，科学探索的目的在于利用证据来解释自然界和人类世界。工程学的目的则在于解决关系到人类需求和欲望的特定问题。本书的多篇文章都展现了设计过程的不同特征。但这些不同的特征在很多环节上都存在着共性，包括确定问题；形成多种合理的解决方案、分析解决方案；测试、评估，并改进解决方案；交流观点。工程设计是一个散乱而非线性的过程。此外，工程设计也不是“一锤子买卖”，失败时有发生。通过测试那些造成失败的想法，我们能够学会如何改善自己的想法。在课堂上，对某个解决方案进行测试不应该是设计的终点。相反，正如格拉赫所讲的，在你的课程安排允许的情况下，学生应该获得尽可能多的机会去改进自己的方案。
■确定问题
萨姆罗尔（Sumrall）和莫特（Mott）发表在《科学视角》上的《建立模型——更好地理解工程学中成本与安全的重要性》一文，讲述了学生为足球场建造一座塔的项目。在这个项目中，学生首先要确定建塔的技术参数，明确均衡安全性和成本的必要性，并进一步定义要解决的问题。均衡安全性和成本的过程，帮助学生理解了在决策过程中必须要做的“权衡取舍”。
通常，工程项目起步于设计纲要。设计纲要包括项目的目标、期望和限制因素。设计纲要可以由教师介绍（如萨姆罗尔和莫特的项目），也可以由学生与教师合作完成。在斯特灵（Sterling）所著的《科学与工程》（第6篇）一文中提供了一份设计纲要的样本。工程设计过程的“定义问题”阶段，学生通常会对问题进行研究，并调查过去使用过哪些解决方案。
■制订合理的解决方案
所有复杂的问题都没有明显的正确答案。事实上，复杂的问题通常有许多解决方法。在这个阶段，学生应该用尽可能多的方式进行头脑风暴，寻求问题的解决方法。有效的头脑风暴需要迅速地产生想法，但不去进行判断。如果问题特别复杂，最好先将这个问题分解成一个个小问题，再对每个小问题进行头脑风暴以寻求解决方案。例如，如果你遇到的难题是制造一个可以将小部件从一个装配线移动到另一个装配线的机器人，你可能需要对如何移动机器人和机器人如何抓起小部件这两个问题分别进行头脑风暴，思考解决方案。
头脑风暴应该是一个交互性的过程。让学生独自思考一些合理的解决方案，有助于开始这个过程，但是大部分时间应该分组进行集体头脑风暴。为了弱化竞争，接着以整个班级为单位继续头脑风暴也是大有益处的。在引导这个过程的时候，要帮助学生把注意力放在产生想法上，而不是关注于评估他们的想法是否合适。
■分析解决方案
一旦形成了大量的可能解决问题的方案，学生就可以开始分析这些方案。在此过程中，学生对每个方案是否满足设计纲要的目标和限制条件（技术参数）进行评判。教师应该鼓励学生使用系统的方法进行分析。例如，可以应用一个简单的矩阵来确定某个解决方案是否满足所要求的技术参数。通过这样的分析，学生可选择出一个（或几个）解决方案进行建模和测试。
在萨卡克尼（Sakakeeny）的文章《修复股骨骨折》（第8篇）中，学生们面临着一项挑战：寻找修复股骨骨折的方法。在让学生开始在模型腿上操作之前，教师让他们提出两种合理的设计方案。在设计方案里，要描述自己的方案如何工作以及如何与问题的定义匹配，还要画出清晰的图样。学生分成小组对每个设计方案进行评估，研究每一个方案的优势与缺陷，并按照他们选择用来测试的方案进行制作。
■优化解决方案
工程设计过程的下一个环节是让学生测试他们自己设计的解决方案。学生要收集关于方案性能的数据并找出能够改进的地方。有些情况下，这些测试可以采用“公平测试”的方法：依次对构成设计的每一个单独因素作更改，从而确定每个因素会对设计方案的性能造成怎样的影响。在这个环节中，很重要的一点是要让学生认识到工程设计过程具有反复性。在任何可能的时候，都要通过测试引导学生对自己的设计进行改良。在优化设计的过程中，学生理应获得对自己所做的修改进行再测试的机会。尽管这样会花费大量时间，但是只给学生提供一次测试的机会，会让他们对工程设计过程形成错误的认识。格拉赫在《初级设计挑战》（第7篇）一文中，讲述了让学生以班级为单位改良飞机设计并持续改进的例子。
■交流
在整个工程设计过程中，都应该给学生提供与同学交流测试结果的机会；如果有可能，还应该让他们与更广的受众进行交流。在每个环节，学生都要能够分享自己的想法。例如，在“确定问题”环节，学生应该分享自己对于情景、限制条件和衡量设计是否成功的指标的理解。在“测试、评估和改善”环节，学生应该分享自己的测试结果、关系到改良设计方案的决策，以及支撑这些决策的证据。最后，还应该给学生做报告的机会，让他们展示自己的最终方案，证明方案成功的依据以及找到这个方案的途径。
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