美国《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Standard，以下简称NGSS）的发布为科学教育工作者提供了一个美好蓝图，学生能够通过实践充分理解核心概念及跨学科概念。“学习是知识与实践的结合，而不是将内容和应用分离”，这是NGSS强调的重要观点。在传统教学中，工程设计类活动中常见的做法是直接提出一个工程挑战，由教师引导学生从自身经验出发讨论工程限制条件，随后就进行模型设计与制作，而较少深入讨论为什么要做，以及有哪些真实的工程需求，使学生跳过了系统思考，直接进入了模型设计阶段。当遇到真实问题时，如何从错综复杂的环境中提炼有效的信息，明确工程任务的核心要求，对学生来说仍然是较难跨越的障碍。

NGSS强调的是发展学生对科学与工程如何实现预期目标的认识，同时强调增强他们的相关实践能力。当学生参与真正的实践任务时，他们会获得更多思考和决策的机会，理解问题产生到问题解决之间的科学过程。与校外的专业人员合作是创造真实任务的一种方法，这种真实任务可以向学生展示科学与工程之间的关联，理解科学家和工程师是怎样工作的。下面，我们将通过一个教学案例，分析让学生参与真正的工程任务的教学设计策略。

策略一、基于工程任务需求的科学探究实现科学与工程的整合

“科学家和工程师如何合作研究深海热液喷口处的生命”[1]是美国马萨诸塞州福克斯波罗的Sage学校的中学科学教师Lisa R. Troy和来自伍兹霍尔海洋学研究所的科学家共同开发的1个工程设计项目，面向中学6—8年级的学生展开。项目围绕探究潜水器和生活在深海的奇异生物展开，将研究问题聚焦为设计、建造和测试一个深海火山口微生物取样室。这项工程挑战和研究大约需要3周时间，学生通过包括3次分组形成的3个环节（如图1）完成整个学习。

图1　教学环节设置