以DFE 为导向的环境教育课程设计研究——以《生态公园模型设计》课程为例

郭建欣，曹 昢，兰 斌

（1.宁夏大学化学化工学院，银川 750021；2.上海华东师范大学第一附属初级中学）

一、研究背景

党的十九大报告指出， 人与自然是生命共同体，人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然。 2016年中国环境保护部、 教育部等六部门联合发布的《全国环境宣传教育工作纲要 （2016-2020 年）》提出，加强中小学环境教育，促进环境保护和生态文明知识进课堂，积极组织开展环境教育课外实践活动等要求。

1978 年，在广、辽、甘等地开展中小学环境教育试点建议的提出，是中小学环境教育开展的起点[1]。目前， 我国中小学环境教育虽然已取得一定的成绩，但也存在较多困难[2]。 张善超、李宝庆等认为，我国中小学校环境教育的开展通常散落在思想品德教育或生物、地理化学等学科教学之中，导致内容的系统性、连贯性不足[3]。 杜文静对环境教育文献进行了可视化分析，发现环境教育研究涉及学科领域过于狭窄， 环境法制教育的研究尚处于缺失的状态，且自2011 年以来，有关环境教育的政策和对环境教育的注度均呈下降趋势[4]。 王文略、王倩等研究发现， 与国外相比我国有关提升环境教育水平的途径研究和实践研究较为缺乏[5]。此外，苏小兵、潘艳通过对国外环境教育研究的热点和趋势的知识图谱分析发现， 环境教育应重视培养学生解决真实环境问题的行动能力，而不是以传授知识为终极目标[6]。 因此， 本文围绕工程设计过程中需要思考和解决的环境问题， 从实践活动课程设计角度对的中小学环境教育的理论与实践进行研究。

二、课程模型建构

（一）设计思路

近年来环境教育涵盖的范围从以自然研究为主扩展到兼顾生活、生产与生态的可持续发展教育，并倡导环境问题与社会问题相结合的研究[7]。工程可理解为以满足人类需求为目的的改造自然的全部实践活动与过程的总称[8]。 其具有自然属性，直接关乎人与自然能否和谐相处[9]，同时联接着社会问题与环境问题。工程设计是工程实践活动的核心，设计过程需要考虑的因素很多， 环境作为工程设计的重要因素之一，直接影响产品或系统的环境性能，即使一个简单的设计也需要考虑环境问题[10]。 近代以来，有很多工程活动因为没有全面深刻地思考环境影响问题，而导致生态环境破坏的案例比比皆是，如汽车、内燃机、DDT 杀虫剂、 氟里昂制冷剂等已成为生态环境的主要污染源，对生态圈造成了长久的危害[11]。

“人与自然是生命共同体”是关于人与自然关系的理论逻辑与人类文明展的历史逻辑的统一， 它反对工业文明把人类凌驾于所有物种之上[12]，但也不是主张“回到丛林去”，实行零增长，而是遵从生态基本规律，走可持续发展之路[13]。 “面向环境的设计”（Design For Environment，简称“DFE”）是工程设计的方法之一，体现绿色设计理念，代表着对产品从设计到生产到使用再到回收的全生命周期内的环境、健康和安全目标的设计性能的系统考虑[14]。 “DFE”要求开发新产品时应考虑环境问题， 必须符合伦理道德，致力于设计对环境负责任的产品，做好地球资源的管理者，关注“人与环境”的和谐关系以及环境的可持续发展[15]。 “DFE”要求设计人员在设计过程中分析和理解相关环境标准，详细、系统地进行环境审核， 以减少或消除产品或系统从设计到回收的整个生命周期的环境影响[16]。 可见，“DFE”方法是践行“人与自然是生命共同体”理念的良好路径，与环境教育殊途同归。

（二）模型建构

近年来以美国为首的多个国家陆续实施了K-12 工程教育[17]，认为该阶段开展工程教育可促进学生工程思维的发展，有助于提高学习动机、问题解决能力、创造力和团队协作能力等[18]。 我国《义务教育小学科学课程标准（2017 版）》、《高中通用技术课程标准（2017 版）》均明确提出了有关工程的教学目标和内容要求，如学生应知道工程的核心是设计，了解设计包括一系列步骤； 需要经历工程设计的一般过程，初步掌握面向环境的设计（DFE）等。基于上述教育背景，建构以“DFE”为导向的初中环境教育课程模型（简称“DFE”环境教育课程模型），如图1 所示。

以“DFE”为导向的初中环境教育课程在校内外结合的学习空间中，在跨学科教学团队指导下，在基于真实环境问题的跨学科学习内容基础上， 通过开展“DFE”活动，培养学生解决环境问题的能力。

环境教育与工程实践均强调跨学科融合[19][20]，对于环境教育和工程设计活动而言， 多学科教师的共同参与更符合DFE 环境教育课程的需求与特点。工程设计具有较强的专业性， 而我国中小学尚无与之相应的专业师资， 在一定程度上会影响工程设计活动的开展效果， 因此邀请具有工程背景的校外专家加入教师团队，无疑是课程顺利进行的良好助力。

图1 “DFE”环境教育课程模型

“DFE”的主要过程包括：需求分析、提出明确的设计要求、概念设计、初步设计、详细设计和设计实施[21]。 从过程来看，“DFE”与一般工程设计过程没有太大区别， 但其主要特点是强调各设计阶段都应体现出对环境的思考[22]。 需求分析阶段过正确地分析社会需求，明确需要解决的问题，找准设计目标。 根据需求分析， 形成完整的设计要求， 特别是环境要求。设计要求决定了预期成果，是将环境目标和用户需求转化为设计方案的依据。 确定设计要求后正式开始方案设计， 此阶段是对方案进行不断地评价优选的过程，通常需要平衡产品的环境、性能和成本三方面的设计要求，并通过评价分析找到问题所在，进行方案的优化改进，形成最终的详细设计方案。详细设计方案确定之后即进入设计实施阶段。

环境科学知识、 环境法律法规等外显性环境教育目标可以进行考核测试，而环境意识、情感、态度和价值观等是内在的心理倾向具有内隐性， 评价相对困难。 目前对于内隐性目标，采用访谈、调查问卷或收集学生解决问题过程中的各种表现与记录文件等进行评价被视为较好的评价方式[23]。 因此，“DFE”环境教育课程模型采取面向工程设计各阶段活动成果和表现的综合性评价方式进行教学评价。

环境教育要求学生亲近、欣赏和爱护自然，了解地域环境，关注自然环境和生态系统。工程活动是人类有目的、 有意识地认识和改造客观世界的各种具体活动的总和[24]。 可见，以工程设计为导向的环境教育课程应强调学生了解与体验工程对人类社会和自然环境影响，需要为学生提供走出校园，参观调查工程建设项目的机会。 工程设计活动对校内教学环境也一定的要求， 除教室、 实验室和机房等教学空间外，技术、工具和材料支持也是工程设计活动顺利进行的保障[25]。

三、课程案例设计与实践

上海华东师范大学附属中学初级中学以培养学生解决真实环境问题的能力为主要任务， 以综合实践活动课程为平台，充分利用当地环境资源，围绕真实生态环境问题，在“DFE” 环境教育课程模型基础上，进行《生态公园模型设计》课程设计并实践。

（一）案例设计

1.学情分析

课程教学对象为上海华东师范大学附属中学初中部（以下简称华初）低年级学生。 该阶段的学生已完成小学学习任务，初步了解和掌握了数学、语文、科学和信息技术等学科的知识与技能， 在设计过程中具备理解和运用学科知识的基本能力。 具有一定的阅读、 思考和分析问题能力， 使学生理解环境问题，解读和分析相应的法规和标准成为可能。较好的接受能力、创意和广泛的兴趣爱好，可促进设计方法的学习，开展头脑风暴，提出多种方案，并激发学生的学习热情。基本的动手操作能力，可使学生较为顺利的将方案转化为图示与作品。 良好的沟通与交流能力，使学生的团队合作更为顺利，但在中学阶段团队人数不宜过多，3-5 人合作效果较好[26]。

2.学习目标

崔允漷教授将基于核心素养的“知识”、“技能”、“能力”和“素养”比喻成学习驾驶时需要学习的“交规知识”、掌握的“基本驾驶技能”（如移库、半坡起步等）和培养的“驾驶能力”（真实情境中开车）与“驾驶素养”（如安全驾驶、礼貌行车、尊重生命等）[27]。 基于此，从知识、技能、能力和素养4 个层级进行课程目标设计，如表1 所示。

表1 《生态公园模型设计》课程目标设计

3.具体实施过程

《生态公园模型设计》课程以“DFE”过程为主线，将课堂教学、实地调查和工程设计3 类活动相串联，包含了课堂讲授、团队合作、组间交流和班级讨论等多种组织形式。 园林设计隶属于工程设计的类别， 其基本程序具有共性。 因此，《生态公园模型设计》的设计过程以“DFE”基本程序为基础，将课程实施过程划分为课程导入、需求分析、设计要求、概念设计、初步设计、详细设计、原型创建、评估测试、优化改进、展示分享和课程总结等多个阶段。课程导入阶段，以课堂讲授方式为主，介绍课程性质、任务和目标，介绍工程的基本知识，完成学生分组。 采用视频、资料展示方法让学生了解人类面临的环境问题，引发学生学习兴趣。需求分析阶段，教师引导学生通过网络资料查阅， 调查上海市的社会环境和自然环境，并进行资料梳理，该过程主要让学生体验查阅资料的自主学习方法和过程。通过小组讨论分析《生态公园模型设计》 时需要考虑的问题和可能受到的约束。 其中社会环境调查， 主要分析城市环境规划标准，了解上海环境质量情况和环境需求。在资料分析基础上，以小组为单位提出自己的设计目标，与教师商讨确定设计目标后方可进入下一环节。 设计要求阶段， 学生以小组形式， 根据设计目标制定设计要求。 园林设计需要考虑的因素很多，如环境性、功能性、艺术性、经济性和耐用性等。 为降低难度，“生态公园模型”的设计要求主要从环境、功能和艺术三个方面进行考虑。 功能性和艺术性依据公园设计规范的解读提纲加以表述。 环境设计要求在环境设计目标基础上， 依据城市环境规划标准解读提纲并结合“DFE”总体设计要求加以表述。 “DFE”总体设计要求为，减少自然资源的使用、减少能量消耗、减少有毒物质的排放、加强物质的循环使用能力、最大限度可持续的利用再生资源和提高产品的耐用性等[28]。概念设计阶段，学生通过小组讨论，依据设计目标自行设计。 该阶段主要明确“生态公园模型”的设计理念和方案立意。 初步设计阶段，学生以小组形式，围绕设计理念通过头脑风暴等方法形成多种方案。 依据设计要求对产生的多种方案进行分析比较， 列出各个方案存在的优势与不足， 并对各个方案进行综合评价，权衡利弊得失，选出相对满意的方案。 此阶段，教师以顾问的形式参与设计，回答学生咨询的问题，给予相应建议。 详细设计阶段，学生以小组为单位，对已选定方案进行细节完善。然后依据环境设计要求对详细方案进行评估，列出方案存在的问题，进行分析讨论，然后优化改进，形成最终方案。 原型创建阶段，是将最终方案转变为图示和实物的过程。学生通过团队合作，将方案转化为相应实物。 此阶段，教师主要负责技术和材料支持， 提供必要的技术指导和所需材料。 评估分析阶段，学生以小组为单位，依据设计要求，从功能、艺术和环境方面对作品进行细节评估，并形成评估分析报告。 优化改进阶段，依据评估分析报告找到作品存在的问题， 提出改进方案，进行局部优化。 展示分享阶段，以组间交流形式进行作品演示，并从环境、功能和艺术三方面讲解设计方案。 课程结束时，教师对课程进行总结，主要从习得内容、活动过程、学生表现和学习效果等方面对课程进行综合分析。通过课堂讨论，让学生们交流学习心得与收获，并在教师引导下加深学生对“人与自然是生命共同体”理念的理解，使学生的环境情感、态度和价值观得到升华。

《生态公园模型设计》 课程历时22 周共44 课时，在此过程中学生收获了丰富的学习成果，如资料汇总报告、环境设计指导性文件、社会调研手册、设计方案、设计图纸、“生态公园”模型、实物作品、评估报告和学习心得等。

4.学习内容

工程设计可理解为技术和工程的集成与综合化过程[29]，是从人类需求出发，明确目标任务，应用科学知识、实践经验和技术工具解决问题、达成需求的过程。环境教育要求学生关注环境问题，正确认识个人、社会与自然之间的相互联系[30]。 因此，《生态公园模型设计》的学习内容包含工程、艺术、数学、环境、生物、物理、化学和信息技术等多学科知识，在设计过程中应用各类知识解决环境问题， 真正实现跨学科融合。

5.教学评价

《生态公园模型设计》课程的学生表现主要体现在活动过程和各阶段的活动成果中，因此，教学评价以各阶段活动成果为主，如方案初稿、方案终稿、方案绘图、作品模型、评估报告、最终作品和课程心得等，并以形成性评价为主，采用师评、自评、组内互评和组间互评相结合的方式对个人与团队进行评价。

6.开展环境

《生态公园模型设计》 的校内设计环境主要包括，教室、实验室和机房，并配以3D 打印机、KODU软件和基本工具等技术与条件支持。其中，教室的主要功能为：课堂讲授、组内讨论和组间交流等。 实验室的主要功能为：手工绘图、模型建构、成品制作、测试评估和优化改进等。 机房的主要功能为： 资料查询、软件绘图和3D 打印。 校外工程环境为“吴淞炮台湾湿地森林公园”和“长江河口科技馆”。通过参观“吴淞炮台湿地森林公园”和“长江河口科技馆”让学生感受自然之美， 了解自然环境中生态系统的主要构成元素，了解人造景观及其建构的要求与特点，启发学生思考工程活动对人类生活和自然环境的意义与影响。

（二）实践成效

将DFE 方法与环境教育相结合，摒弃传统课堂讲授，通过DFE 工程设计活动开展环境教育，提高了学习兴趣，提升了学习效果。 首先，在课程开展过程中，学生以工程师角色参与工程设计活动，设身处地的思考环境问题， 使学生在实践过程中体会工程师的环境责任和伦理诉求，进而关注生态环境，树立环境意识。 其次，学生通过实地调查，切实体会了工程活动对人类和自然的影响， 了解了人类生存与发展面临的问题。 第三，应用“DFE”进行工程设计，引导学生思考和解决环境问题， 培养了学生解决环境问题的能力。第四，“DFE”是以关注“人与环境”的和谐关系， 走可持续发展之路为核心理念与最终目标的工程设计方法[31]，学生利用DFE 进行工程设计，是对“人与自然是生命共同体”理念的实践，可促进学生对“人与自然是生命共同体”理念的深入理解。

四、总结与展望

《生态公园模型设计》项目是华初系列校本课程之一，前期开展并未采用“DFE”环境教育课程模型，曾出现学科知识散乱、学生盲目参与、教师合作存在断点等现象。 在利用“DFE 环境教育”课程模型对课程进行修订后，理清了课程开展思路，完善了环境教育的学习内容，提升了环境教育的深度和广度，丰富了学生的实践经验和学习成果。

环境教育至今虽已开展了40 年，但仍存在较多问题。 “DFE”是面向环境的设计，提倡人与自然和谐发展，体现出“人与自然是生命共同体”理念。 利用DFE 工程设计方法进行环境教育，是在“人与自然是生命共同体”理念和《全国环境宣传教育工作纲要（2016-2020 年）》要求指导下对环境教育的积极探索与创新，同时兼顾了国外以培养学生解决真实环境问题能力为目标的环境教育趋势。但本文对于学生的环境意识、情感、态度和价值观等内隐性目标的评价分析仍不够深入， 未来还需进一步研究与完善。