项目引路机构（PLTW） DF创客社区

很久之前写过一篇关于项目引路机构（PLTW）的文章，但最近刚刚发表，发表于《教育科学研究》2015年第5期。现将其中的合作与赞助、课程及标准相关的内容转于此，希望对各位想寻求校外合作以及打算自编校本课程的有所帮助，如有好的想法，欢迎跟贴共享。若有更多需求，请自行下载原文查看。

PLTW的合作者与赞助商

PLTW主要与全美领先企业、慈善机构和教育机构进行合作，旨在丰富以活动为基础的学习，扩大在STEM相关领域学术探索的可能性和途径。目前，PLTW已经与近100家领先企业、超过100所知名高校和一些大型慈善机构建立了合作关系。这些合作机构为PLTW提供了慷慨的支持：为学校提供资金支持，为学生提供先进的STEM课程、技术、材料和设备；招收有经验才能的人员，以协助教师开展PLTW提供的STEM课程教学，这些努力确保了学生在课堂上的学习既严谨又与现实世界相关，并为他们在STEM相关领域的深造或就业做好准备。从功能职责层面看，PLTW的合作者与赞助商大体可分为课程开发者、软件提供商和经费捐助者三类。

（一）课程开发者

课程开发者主要是STEM相关领域的一些科研机构，他们参与课程的开发，也提供一些课程资源，主要成员如下。

由美国国家学术基金会（NAF）和全国少数民族工程行动委员会（NACME）联合创办的城市网络工程学院，主要是为少数民族学生在STEM领域提供帮助，专门为城市高中开发并提供独一无二的基于项目的工程课程。PLTW和美国国家学术基金会主要关注工程学院的STEM课程建设，全国少数民族工程行动委员会则利用其董事会成员（一些全国领先的科学、技术和工程公司）对工程学院的教师、学生和家长的课外活动提供支持。

2003年，美国宇航局成为PLTW的合作伙伴，美国宇航局的Dryden飞行研究中心和Goddard宇宙飞行中心，与PLTW合作开发高中《航空航天工程》课程，以完善STEM课程的教育。Dryden飞行研究中心专门针对航空航天知识与创新编写课程、培训教师，将世界顶级课程引入中学课堂；Goddard宇宙飞行中心则关注初中和高中跨学科的项目，旨在通过“探月”主题向学生渗透STEM内容，为学生提供远程探索月球表面的机会。加盟这些课程的学校教学团队（由一名PLTW教师、一名数学教师和一名科学教师组成）需要接受为期一周的暑期培训课程。

美国航空航天协会（AIAA）和PLTW合作，以提高学生对航空航天的兴趣和开发高质量的STEM项目为共同目标，双方于2011年签署谅解备忘录。该协会的专家与PLTW的教师和员工合作开发新课程，并评审PLTW的航空航天课程。该协会的工程师则充当教育者的角色，为PLTW学生提供课堂内外的交流。

（二）软件提供商

软件合作者主要是一些IT公司，为PLTW的STEM课程提供应用软件，也会举办一些比赛或提供资助项目，主要提供商如下。

美国分析图形股份有限公司（AGI）从2011年起与PLTW合作，为全国的PLTW航空航天工程课程提供美国宇航局正在使用的AGI分析和3D可视化软件，并给该课程的学生免费使用权，允许学生根据与复杂空间相关的主题创建动态3D场景。

欧特克公司（Autodesk）从1999年起为PLTW提供一些基本软件包，并在2006年与PLTW签订了5年独家协议，为PLTW学校提供欧特克设计学院的软件包。现在该公司进一步增加了对PLTW的支持，通过大幅折扣、订阅、资助项目、培训课程开发和社区资源，提供了先进的数字原型机解决方案（digital prototyping solutions），同时也为学生提供了在建筑、建设、土木工程和机械工程领域的产品下载和学习工具。通过欧特克设计学院，PLTW学校可以获得与世界各地专业人员使用的顶级3D设计工具相同的授权。

VEX机器人是美国太空总署（NASA）、美国易安信公司（EMC）、亚洲机器人联盟（Asian Robotics League ）和其他美国公司大力支持的机器人项目。2010年，VEX与PLTW合作，将尖端技术和设备引入课堂，为PLTW学校提供了全新的、前沿的和振奋人心的课程。VEX机器人每年还会举办机器人比赛，学生可以大胆发挥自己的创意，用手中的工具和材料创作出自己的机器人。

（三）经费捐助者

经费捐助者由一些大型企业和慈善机构组成，主要为PLTW捐赠物资，主要捐助者如下。

雪佛龙公司（Chevron）承诺将投入112.5万美元给PLTW的加利福尼亚州网络，以改善加州的STEM教育。2010年，雪佛龙世界挑战赛就将PLTW作为非营利合作伙伴之一进行展示。加州的雪佛龙公司提供的雪佛龙拨款，将用于雪佛龙公司附近四个学区（selected regions）的STEM教育，四个学区是萨克拉门托市、贝克尔斯菲市、埃尔塞贡多市和东海湾地区。

洛克希德马丁公司（Lockheed Martin）通过慈善捐款、外联活动、志愿者教育等一系列项目支持PLTW。这家航空公司通过补助金、小额赠款资助了10所PLTW高中，还为接受了“工程师在课堂”倡议的学校提供工程导师和社区关系人员，其中工程导师不仅在课堂上与学生交流，还担任教师的顾问和专家资源。该公司将会在接下来的5年内资助75所PLTW学校，为进入工程专业的毕业生提供奖学金，为PLTW航空航天课程的修订提供内容支持和资金。

考夫曼基金会（Kauffman Foundation）的经济支持对堪萨斯地区的PLTW成长至关重要。该基金会将120万美元的赠款捐给了16所高中和2所初中，帮助他们开设了PLTW课程，并计划在接下来的4年内，资助超过35所高中和至少10所初中。考夫曼基金会还与制造工程师学会教育基金会建立合作关系，支持密苏里州和堪萨斯州的“科学、技术和工程预备夏令营”（STEPS Camps）和“学院之门”（Gateway Academies）。

科恩家族基金会（Kern Family Foundation）承诺为迎接21世纪的挑战，通过价值观、教育和创新来培养学生。在过去5年一直在支持K-12的STEM措施，并在2009年就设立了1000万美元的奖励基金，承诺发展PLTW项目。该奖励基金作为学校开设PLTW课程的支持，主要分布在威斯康辛州、爱荷华州、伊利诺斯州和明尼苏达州的300多所学校。

课程设置

PLTW课程项目是动手实践性的，是一种基于活动的、基于项目的和基于问题解决的综合性课程，注重培养学生的批判性思维、协作意识、创造能力、创新精神和问题解决能力，旨在吸引所有学生，帮助他们在STEM及相关领域有所建树，以应对未来的挑战。

PLTW课程由一批学科专家进行不断的开发和更新，这些学科专家包括中小学一线教师、高校教育者、工程和生物医学方面的专家、学校管理人员等。PLTW的课程项目包括以下优势：课程包具有较强的综合性，并带安全密钥；提供在线资源和专业论坛社区；依据全国标准制定；定期举办附属大学的教师培训（PLTW核心培训）；定期为学校辅导员和管理员举办研讨会议，讨论如何更有效的将课程与学生学习和就业联系；提供课后评价；为中学后教育机构、州教育官员、工商业界合作伙伴、专业协会人员提供全国性支持网络的入口。

（一）课程介绍

PLTW一直致力于初中和高中STEM课程的开发，不过近年也已开发出一套小学的STEM课程。主要课程主要包括初中的“技术之门”（Gateway ToTechnology，GTT），高中的“工程之路”（Pathway To Engineering，PTE）和“生物医学科学”（Biomedical Sciences，BMS），以及小学的“初等工程课”（Elementary Engineering Lessons）。

1.初中的“技术之门”

初中的“技术之门”课程是基于项目的课程，旨在激发中学生天然的好奇心和想象力，培养学生的团队协作能力、问题解决能力和创新能力。在课程中，学生使用Intel公司、LockheedMartin公司和Sprint公司的先进建模软件进行摄像、设计和测试实施自己的各种想法。学生主要学习内容是机械和计算机控制系统、智能机器人和动画，也包括能源的相关知识，如降低能源消耗的创新性方法，生产和利用太阳能、热能和风能等。通过学习，为学生将来高中的学习和STEM相关领域职业生涯的探索打下基础。

“技术之门”课程为6年级到8年级的初中学生设置，目前有8个相对独立的单元，包括2个基础单元和6个专业单元（见表1所示）。“技术之门”课程以活动为导向、以项目为基础，结合严谨的大学课程。加盟PLTW的初中学校，必须提供基础单元的所有课程，并至少辅以一个专业单元的课程，假定每节课为45分钟，则课程要历时9周。

表1 初中的“技术之门”

单元性质	单元名称	涉及知识点	节数
基础单元	设计与建模（DM）	工程相关概念，设计流程，测量，素描技术，计算机建模等	5
基础单元	自动化与机器人（AR）	自动化与机器人的历史、发展和影响，机械系统，自动化系统等	3
专业单元	能源与环境（EE）	能源对生活和环境的影响，可再生能源，可替代能源等	3
	飞行与空间（FS）	航空航天的历史，航空航天科学，设计、制作和检测滑翔机模型，太空旅行仿真软件等	3
	技术科学（ST）	应用化学，纳米技术，应用物理等	3
	电子魔力（ME）	电学，原子的特征和组成，电路设计和传感设备，电对人们生活的影响等	3
	绿色建筑学（GA）	建筑规划，建筑风格，可替代材料，测量，建筑的可持续性等	3
	医疗侦探（MD，2013年春季测试，2013-14学年实施）	医疗事业，生命特征，疾病的诊断和治疗，人体系统，遗传病的基因检测，DNA犯罪现场分析等	3

2.高中的“工程之路”和“生物医学科学”

高中的“工程之路”课程是通过团队合作共同解决问题的形式进行的，旨在培养学生的团队协作能力、问题解决能力和批判性思维。在课程中，学生使用业界领先的3D设计软件，如Intel公司和Lockheed Martin公司的相关软件。学生主要学习内容是空气动力学、宇宙航行学和太空生命科学等。他们运用生物力学相关的生物和工程概念构思机器人，设计、搭建并测试电路与设备，如将智能手机和平板电脑协同作用于高端项目，这就是STEM教育，是当今高科技、高技能全球经济的核心。

“工程之路”课程为9年级到12年级的高中学生设置，是一组课程的总称，目前有8门课程，包括2门基础课程、5门专业课程和1门顶层课程（如表2所示）。“工程之路”课程是传统数学和科学课程的补充，加盟PLTW的高中学校，第一年必须提供至少一门基础课程，之后要提供所有的基础课程，并至少辅以一门专业课程或顶层课程。

表2 高中的“工程之路”

课程性质	课程名称	开设年级	涉及知识点	单元数	节数
基础课程	工程设计导论（IED）	9年级或10年级	设计流程，建模，团队合作和交流方式，工程标准和技术资料等	10	只划分单元，暂时没划分节
基础课程	工程原理（POE）	10年级或11年级	机械原理，能源，静力学，材料科学，动力学等	4	13
专业课程	航空航天工程（AE）	10年级、11年级或12年级	飞行器，导航与控制，飞行原理，航空航天材料，助推系统，太空旅行，轨道力学等	4	11
	生物技术工程（BE）	11年级或12年级	生物力学，心血管工程，基因工程，组织工程，生物医学设备，法医和生物伦理学等	5	8
	土木工程与建筑（CEA）	11年级或12年级	土木工程和建筑的历史和职业，建筑设计和施工，成本和效率分析，住宅的设计，商业建筑系统，场地的选择等	4	11
	计算机集成制造（CIM）	10年级、11年级或12年级	制造业历史，控制系统，制造设计和成本，制造流程，机器人与自动化，计算机建模，设备制造，柔性制造体系等	4	11
	数码电子学（DE）	10年级或11年级	计数器，微控制器，组合的逻辑设计过程，时序的逻辑设计过程，工程资料和技术标准等	4	15
顶层课程	工程设计与开发（EDD）	12年级	设计流程，确定有效的问题，创建和开发解决方案，创建原型，测试等	6	11

高中的“生物医学科学”课程与“工程之路”是平行设置的，通过实践与基于问题解决的学习，培养学生的组织性、批判性思维和问题解决的能力。学生主要学习内容包括人类医学的基本概念（如生理学、遗传学、微生物学和公共卫生学等），实践操作（如心脏解剖等），以及疾病的预防、诊断和治疗等。通过学习，为学生在生物医学科学领域的中学后教育和就业做准备。

“生物医学科学”课程为9年级到12年级的高中学生设置，是一组课程的总称，目前有4门课程，包括3门基础课程和1门顶层课程（如表3所示）。“生物医学科学”课程是传统科学课程的补充，加盟PLTW的高中学校，第一年必须提供至少一门基础课程，之后要提供所有的基础课程，顶层课程可以根据情况自由选择。

表3 高中的“生物医学科学”

课程性质	课程名称	年级	涉及知识点	单元数	节数
基础课程	生物医学科学原理（PBS）	9年级或10年级	各种疾病状况，延长寿命的因素，人体生理学，医药学，研究过程等	8	22
	人体系统（HBS）	10年级、11年级或12年级	各系统之间的相互作用，人体结构和功能，数据获取软件监控身体机能等	6	19
	医疗干预（MI）	11年级或12年级	医疗干预措施（免疫学、手术、遗传学、药理学、医疗设备和诊断学）等	4	14
顶层课程	生物医学创新（BI）	12年级	生理学，临床医学，生物医学工程，公共卫生学等	8	8

3.小学的“初等工程课”

小学的“初等工程课”是PLTW与美国宇航局的Dryden飞行研究中心合作开发，旨在培养小学生对工程的兴趣，激发学习工程的能量，开发其想象力、创造力和创新意识。学生主要学习内容是航空航天的相关知识，机器人和无线通讯等。通过学习，培养和磨练学生的工程技能，并为以后初中和高中的学习打下基础。

“初等工程课”为3年级到5年级的小学生设置，目前有5个专题（如表4所示），每个专题都是围绕相关的核心课程展开，并且都有相应的知识点和作为阅读材料的虚构小故事。为了更好地提升学生的成绩，PLTW对小学“初等工程课”的实施提出以下几点建议：与数学课程有机整合，使学生更顺利的完成数学课程；使学生通过实验室，结合已有的技术经验，更好地学习和理解物理科学、生命科学和地球空间科学的相关概念；与阅读结合，让学生读一些被推荐的书籍；帮助学生正确使用语言，使其通过听、说、读、写，更有效地查找、组织和表达各种信息；使学生了解个人、两人和团队在工作时各自的价值。如表4，是“初等工程课”的相关信息。

表4 小学的“初等工程课”

专题名称	年级	涉及知识点	所用时间
飞机里面为什么有空气	3年级	飞机示意图，等角图纸，飞机的试飞等	8天
太空移民区	4年级	太阳系，太空移民区的设计与开发等	15天
人类空中交通的控制	4年级	飞机里的空气，语音字母表，符号，飞行员的无线电通讯，指南针，模拟语音字母表等	5天到10天之间
设计我的路虎	5年级	机器人，遥控系统，传感设备等	14天
无线通讯	5年级	无线电遥控，设计我的路虎等	10天

说明：所用时间为每天6小时，具体时间可自由安排

（二）课程标准

PLTW课程项目以实现严谨的、突出重点的、有吸引力的课程为最高标准，同时以国家标准为基本标准。

初中的“技术之门”依照的国家标准有《共同核心英语语言艺术州立标准》（CommonCore State Standards for English Language Arts）、《共同核心数学州立标准（6-8年级）》（Common CoreState Standards for Mathematics（Grades 6-8））、《技术素养标准》（Standards for Technological Literacy）和《国家医疗基础标准和问责标准》（National Healthcare Foundation Standards and Accountability Criteria）。高中的“工程之路”依照的标准有《共同核心英语语言艺术州立标准》、《共同核心数学州立标准（高中）》（Common Core State Standards for Mathematics（HS））和《技术素养标准》，其中《工程原理》和《生物技术工程》两门课程只参照《共同核心英语语言艺术州立标准》和《共同核心数学州立标准（高中）》，而其他6门课则参照了所有三个标准；高中的“生物医学科学”依照的标准有《共同核心英语语言艺术州立标准》和《共同核心数学州立标准（高中）》。小学的“初等工程课”依照的标准有《国家科学教育标准》（National Science Education Standards）、《技术素养标准》、《英语语言艺术标准》（Standards For The English Language Arts）和《学校数学原则和标准》（Principles AndStandards For School Mathematics）。下面是几个比较代表性标准的简介。

1.《技术素养标准》

《技术素养标准》是《技术素养标准：技术学习的内容》（Standardsfor Technological Literacy：Content for the Study of Technology）一书中的内容。该标准分为5个方面，共20条，每条又会分为K-2、3-5、6-8、9-12等四个不同阶段的标准细则，如表5所示。

表5 《技术素养标准》

类目	标准
技术的本质	1. 培养学生理解技术特征和范围。 2. 培养学生理解技术的核心概念。 3. 培养学生理解技术和其他领域的学习之间的关系。
技术和社会	4. 培养学生理解文化、社会、经济和政治对技术的影响。 5. 培养学生理解技术对环境的影响。 6. 养学生理解社会在技术的发展和使用中所扮演的角色。 7. 培养学生理解技术对历史的影响。
设计	8. 培养学生理解设计的属性。 9. 培养学生理解工程设计。 10. 培养学生理解故障排除、产品研发、发明与创新、实验在解决问题时的作用。
技术世界的能力	11. 培养学生应用设计流程的能力。 12. 培养学生对技术产品和系统的使用和维护的能力。 13. 培养学生对技术产品和系统的影响做出评价的能力。
设计世界	14. 培养学生理解并能够选择和使用医学技术。 15. 培养学生理解并能够选择和使用农业和相关生物技术。 16. 培养学生理解并能够选择和使用能源和电力技术。 17. 培养学生理解并能够选择和使用信息和通信技术。 18. 培养学生理解并能够选择和使用交通运输技术。 19. 培养学生理解并能够选择和使用制造技术。 20. 培养学生理解并能够选择和使用建筑技术。

2.《国家科学教育标准》

PLTW课程中的小学“初等工程课”依照的是《国家科学教育标准》中的K-4阶段。该标准分为8个方面，包括一个K-12和7个K-4，每个方面有不同的指标，如表6所示。

表6 《国家科学教育标准》

阶段	类目	标准
K-12	统一的内容和过程	在K-12年级中实施，应培养学生对以下概念和过程的理解和能力—— l 系统、秩序和组织 l 证据、模型和解释 l 改变、维持和测量 l 进化和平衡 l 形式和功能
A	科学作为研究	在K-4年级中实施，应培养学生—— l 必要的科学探究能力 l 理解科学探究
B	物理科学	在K-4年级中实施，应培养学生理解—— l 物质的属性 l 物体的位置和运动 l 光、热、电和磁
C	生命科学	在K-4年级中实施，应培养学生理解—— l 生物的特征 l 生物的生命周期 l 生物与环境
D	地球与空间科学	在K-4年级中实施，应培养学生理解—— l 地球物质的属性 l 天空中的物体 l 地球和天空的各种变化
E	科学与技术	在K-4年级中实施，应培养学生—— l 技术设计的能力 l 理解科学与技术 l 区分自然物体和人造物体的能力
F	个人科学与社会科学	在K-4年级中实施，应培养学生理解—— l 个人健康 l 人口特征和变化 l 资源的类型 l 环境的变化 l 当地的科学和技术
G	科学的历史和本质	在K-4年级中实施，应培养学生理解—— l 科学作为人类的努力