一、工程的相关概念
1.工程的概念。工程的一个短定义是设计人类世界的过程。K-12的科学教育框架对术语“工程”有如下的定义：从事一个设计的系统实践，来实现对特殊的人类问题的解决方案。
2.工程设计的核心思想。工程设计的核心思想包括三个部分：定义和限定工程问题；设计工程问题的解决方案；优化设计方案。
二、在物理课程中融入工程设计
在普通高中物理课程标准中涉及工程设计的活动有17个，如下：制作一个简易弹簧秤，用胡克定律解释其工作原理；根据牛顿第二定律，设计一种能显示加速度大小的装置；设计利用太阳能取暖的方案，考虑周围环境对太阳能利用的影响，交流、讨论设计方案；用分立元件或集成电路制作收音机；制作无线话筒；利用传感器制作简单的自控装置；用注射器和胶管制作简易液压传动器，验证力与柱塞横截面积及移动距离的关系；设计或改进一种机械，使日常生活更方便；自制简易望远镜，用望远镜观察星空，与同学交流观察结果；用发光二极管制作电源开关指示器；用光敏二极管和微型话筒制作楼道灯的光控—声控开关；制作简单的门电路；利用集成块制作简单的实用装置；用电磁继电器安装一个自动控制电路；利用传感器制作简单的自动控制装置；设计一种利用多普勒效应的实用装置；制作“水火箭”。虽然我国的物理课程标准中有涉及以上的关于工程设计的活动建议，但存在一些不足：首先由于这部分环节放在每个二级主题的活动建议部分，没有引起师生的重视，没有真正落到实处；其次即使学生参与了一些涉及工程设计的活动，但其自身不知道哪些活动属于科学探究，哪些活动属于工程设计；最后对于怎样具体实施这些活动缺少实例。针对以上存在的不足，借鉴美国的科学教育标准的维度一实践部分，对我国的物理课程标准设置提出一些参考建议：
1.可以适当将一些关于工程设计的活动建议放在内容要求里，增加师生的重视。
2.将活动建议部分的内容分为科学探究和工程设计两类，利于学生知道什么是科学探究，什么是工程设计。
3.在课标部分增加工程设计的实例。利于教师和学生了解工程设计活动的具体操作。以用光敏二极管和微型话筒制作楼道灯的光控—声控开关为例。
(1)界定问题：如何制作出楼道灯的光控—声控开关，材料有光敏二极管和微型话筒，要求白天灯不亮，夜晚有声响时灯亮，过一段时间灯熄灭。
(2)设计解决方案：首先思考光控与声控开关的逻辑关系，分别绘制光控开关、声控开关的电路部分，这个过程用到了工程设计的“建立和使用模型”的方法，将复杂问题简化再叠加。然后通过网络查找资料，有两种方案：一是利用分立元件，二是利用集成电路，评估这两种方案的优缺点，选择最佳的解决方案，分立元件相对于集成电路来说所需元件多一些，但更利于我们调节和操作。
(3)优化设计方案：将电路图连接成实物图，进行测试，用强光照射光敏二极管，并发出声响，观察灯泡是否不亮，再用手挡住光敏二极管，发出声响，观察灯泡的亮度，过一段时间会熄灭，经过多次测试、调试形成最终的设计。以上的例子可以指引学生进行其它关于工程设计的活动，在具体操作中对工程设计的各个要素不一定要面面俱到，也不一定严格按照顺序进行，可根据问题的实际需要回到其中的任何一个环节。美国的科学教育框架将“实践”作为首要维度，并不是否定科学探究，而是在其基础上增加了工程设计的元素，体现了K-12年级工程教育的重要性，对我国下一次的科学标准改革有指导意义。本文分析了我国的物理课程标准，并对下一次的课程标准改革提出了几点参考建议。
作者：万能 单位：西南大学