由于缺乏高质量的教学材料，其中包括三个维度的教学、STEM整合，以及接口和包含对象等相关问题，我们开发了一个教学框架——论证导向工程（Argument-Driven Engineering，ADE），以及基于这一框架的STEM设计挑战（SDC）。ADE的开发旨在支持科学教师通过工程实践教授学科核心概念，从而使学生能够弄清工程和科学方面的问题，如事物的工作原理和发生原因。为促进SDC的发展，我们组建了由教育研究人员、学区管理人员和中学科学教师构成的团队。

论证导向工程

论证导向工程教学模型的目的是为教师提供一种专注于STEM和框架工程的方法，以进行积极的社会变革（NAE，2008）。我们将STEM定义为使用来自多个学科（科学、技术和计算机科学、工程学和数学）的核心概念和实践了解世界，改进现有的处事方式或找出问题的解决方案。我们的主要目标是让学生有更多机会使用学科核心概念（DCI）、跨学科概念（CC）和科学与工程实践（SEP）设计对他们而言重要且有意义的问题的解决方案。在设计ADE教学模型时，我们小组还非常重视评估学生的想法和观点，因为他们设计了有意义和相关问题的解决方案。反过来，这将帮助学生看到自己对工程学知识的熟悉和实践。此外，将工程学整合到中学科学课程中可以使工程学更具包容性，使所有学生，而不仅仅是少数学生，都可以享受这些经验。

为了向所有学生提供真实的工程经验，ADE教学框架使理科学生了解设计和系统思维的迭代性质，鼓励基于限制条件和标准的有目的的解决方案（NCE和NRC，2009）。此外，ADE教学模型突出了工程学的跨学科性质，并为学生提供了培养工程学思维习惯的机会，这意味着让学生更多地进行创造，保持乐观，开展协作、沟通和道德分析（NCE和NRC，2009）。在这些主题的基础上，ADE教学框架将论证嵌入到如图1所示的8个阶段的过程中。