一、背景
1.2011年7月，美国研究理事会正式了新一轮K-12科学教育框架——《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》，该框架为下一代科学标准(NGSS)的发展提供了蓝图。NGSS致力于将工程设计整合到科学教育结构中，将工程设计提高到与科学探究相同的水平。
2.综观我国初高中的课程标准，在课程内容的设置上，有涉及工程设计方面的活动建议，但没有明确提出术语“工程”，因此学生并不了解工程是什么，也不知道自己参与的有些活动实际是一种工程设计。因此在国内外研究现状的基础上，本文探究了工程设计的科学教育价值。
二、工程设计的概念
在工程中，设计是工程师用来解决工程问题的方法，以确定使用设备或为特定目的服务的过程的最佳方式。工程最重要的是设计，工程设计是解决问题的一种策略。工程设计具有多个特征属性：
1.它是有意义的，开始于一个清楚明确的目标。
2.设计具有规范性和约束性。指设计必须考虑成本，尺寸要求，或使用材料的物质的局限性。
3.设计过程具有系统性和迭代性。
4.设计不是线性的和一步一步的过程，它是一般的迭代过程。首先测试每个新版本的设计；然后基于测试进行修改；最后有的不只是设计的一个“正确”的解决方案，相反，有许多可能的解决方案，然后在选择其中某个方案。
三、工程设计的科学教育价值
1.工程教育对学生的发展具有潜在的意义。
(1)能加强学生在科学和数学方面的学习，学生应用科学和数学的知识来解决生活中的一些工程问题，学以致用，学生将会理解这些抽象概念，更容易掌握这些技能，同时也深化了学生对知识的理解，从而自身获得更大的成就。
(2)通过工程教育，能增强学生的工程意识和增加对工程师工作的了解。K-12年级的学生知道什么是科学家，科学家是如何工作的，但对于什么是工程师以及工程师的工作知之甚少，12年级末学生盲目地报考相关工程专业，直到大学才慢慢了解什么是工程，却发现不是自己喜欢的专业，对学生的发展造成了影响，因此在K-12年级加强工程教育显得尤为重要。
(3)有助于学生了解工程设计的工作过程和提高学生参与工程设计的能力。在工程教育课程中，向学生介绍工程设计的过程，利于学生了解工程师的工作，并要求学生从事一些工程设计，通过实际的参与，能提升他们的动手、动脑能力。
(4)能激发学生的学习兴趣，选择工程作为未来的一种职业。学生在“做”中学，参与的过程能让他们体会到学习的乐趣，了解工程与科学有助于社会经济的发展、提高生活质量、解决医疗问题和全球重大问题后，会有越来越多的人选择工程职业。
(5)能增强学生技术的精通能力。工程教育让学生有一个更广泛的技术概念，对前概念有一个正确的认识。
2.在现代社会中工程的作用。在过去的400年里，工程师的作用已经扩大和多样化，由单一的聚焦于军事防御和发动机研究方面到几乎影响社会和人们日常生活的所有方面。从工程师设计的计算机、软件、汽车到道路、桥梁，以及发电厂和输电系统等领域，人们生活的方方面面都离不开工程师的存在。现代社会中工程重要性的另一方面是工程对于解决由美国国家工程院提出的14大工程挑战的21世纪社会问题至关重要，如下：使太阳能更经济；提供熔化、溶解、聚变的能量；发展碳吸收的方法；管理氮循环；提供干净的水；修复和改善城市基础设施；推进卫生信息学；设计更好的药物；大脑逆向设计；防止核恐怖；确保网络空间安全；增强虚拟现实；促进个性化学习；设计科学发现的工具。例如，可持续发展是链接五大挑战的一个主题。随着社会寻找维持自己相对于环境的可持续方法，工程师必须找到提供干净的水的方法、经济太阳能、能源、以及发展消除大气中二氧化碳的方法，如地质工程师，和医生与医学研究人员一起工作，通过发展更好的存储方法，分析和传播健康信息，以及通过设计更有效的药物来改善人类健康。为了避免滥用强大的技术，工程师将寻找方法来阻止恐怖分子获得和使用核材料、核技术，以确保信息空间的安全。
3.社会对工程人才的需要。目前，国家缺乏技术方面的人才，并投资加强高校的工程教育，培养工程人才，此外工程人才的就业相对容易，很多公司都高额聘请相关的工程师。可见国家需要工程方面的人才。
四、结语
综上，工程教育对学生的发展有重要的意义，学生是国家未来的人才，能推动国家的发展；同时工程对当今社会有重要的作用，解决当今时代的重大问题，从而推进国家经济的发展；目前社会工程人才短缺，工程教育对发展工程人才至关重要，因此工程设计具有重大的科学教育价值。
作者：万能 单位：西南大学
