党的二十大和二十届四中全会提出，一体推进教育、科技、人才发展；《教育强国建设规划纲要（2024—2035年）》明确将“夯实创新人才培育基础”列为基础教育阶段的核心任务。学生创新素养尤其是创造性思维的发展并非依赖单一知识传授即可实现，而是需要课程结构、学习方式与教学环境的系统性支持。构建能够支持创新素养发展的课程体系，已成为创新人才培养的重要基础。

相较于传统学科课程，“技术与工程”课程因其强调真实问题解决、设计实践与成果物化，在促进学生创新思维与实践能力发展方面具有独特优势。这一优势源于“技术与工程”课程内嵌的“设计与物化”双向驱动实践逻辑：学生不仅需要设计创意与方案，更需要通过持续操作、验证与改进实现成果物化，从而在真实实践中发展自身创新素养。

在设计与物化双向驱动过程中，“设计”强调问题发现和方案构思，是意向性生成；“物化”则强调借助工具、材料与技术手段，将抽象构想转化为可操作、可验证的现实成果。二者在持续循环中共同推动学生经历从“想法生成”到“成果实现”的完整创新实践链条。

设计与物化是技术与工程活动的本质属性。缺少设计，物化将退化为机械操作；缺少物化，设计将悬置为纸上谈兵。设计指导物化的方向，物化以物理反馈反向促使设计修正，两者交替推进。

设计学习与操作学习是双向驱动下的两种核心学习方式。设计与物化的统一，必然在学习方式上引发相应的变化。设计学习与操作学习是最能体现技术与工程课程独特育人价值的核心学习路径。前者负责构思、规划与决策，后者负责实施、检验与优化。学生在这样的循环过程中不断实现认知深化与创新生成，这也体现了技术与工程课程“做中学”“创中学”的独特育人价值。

设计与物化的双向驱动，表现为手脑协同、知行合一与学创融通的三阶进阶过程。这不是简单的阶段递进，而是育人深度的层层跃升。第一阶：手脑协同。手部的操作活动激活大脑的具身认知，大脑的设计构想又指引手部的物化实现，二者在持续互动中共同推进学习。第二阶：知行合一。设计是“知”的建构，物化是“行”的展开；设计为认知确立方向，物化为认知提供检验。第三阶：学创融通。知行合一的最高境界是学习与创造的融通无碍——学习即创造，创造即学习。“学创融通”是中小学技术与工程教育实践性的“重要表征”。

在具体的课堂教学中，设计与物化双向驱动，是以开放性问题界定“设计”阶段任务的特点、以多方案探索拓展设计思维空间、以权衡决策深化工程理性、以有效失败将“物化”阶段的失败转化为认知资源、以优化迭代将学习过程内化为认知习惯的过程。五大学习要素相互关联、协同推进，构成了一个不断迭代、螺旋上升的设计与物化活动循环。这一循环正是双向驱动激发创新素养的内在机制所在，也是创新能力得以生发的具体认知抓手。

开放性问题，是“设计”阶段所设置任务的根本特点。它允许多种解题路径、容纳多个合理方案，要求学生在约束条件下主动探索、建构个性化解决方案。在技术与工程课程中，这类问题以真实工程情境为载体，如“为山地地区的特殊人群设计轻便辅助行走装置”“为校园雨水设计节能收集与利用系统”。这些任务不预设标准答案，但必须面对材料、技术、成本、伦理等真实约束。其对创新思维的培育价值是，将学生从“找到正确答案”的确定性目标中解放出来，在不确定性中发展问题意识与建构能力。其关键不在于问题本身的开放性，而在于过程的动态性、灵活性与多路径探索的可能性——学生不仅需要在复杂情境中灵活运用既有知识，还需要通过反复的试错、调整与优化，逐步形成创新性方案。研究表明，以设计任务为驱动的开放性学习能显著提升学生的创造力水平。

多方案探索是“设计”阶段的核心操作方式。在技术与工程课程中，要求学生在进入物化实施之前提出并比较至少三种差异化的解决方案，是一种有意为之的认知习惯培育策略。多方案探索的认知价值在于突破“功能固着”和“思维定式”，它强制学生从初始方案的直觉依赖中抽离，重新审视约束条件、问题本质与设计可能性，从而拓宽创新的“解空间”（Solution Space）。以“黄岩蜜桔自动分拣装置”项目为例，学生在初版方案（基于果径大小分拣）的基础上，进一步探索颜色识别分拣机制，最终实现了双轨道多维分拣系统的迭代升级。教师在引导学生进行多方案探索时，应帮助学生在分析方案的实质差异性上下功夫，而非停留于表面变化“不同的物理原理、不同的材料选择、不同的结构逻辑”，这样才能真正拓展认知边界。

权衡决策是设计方案从构思走向实施前的关键一步，也是工程思维最集中的体现。学生面临的典型决策情境包括：强度与质量的取舍、功能与成本的均衡、性能与可制造性的协调、效率与安全性的平衡。这些决策没有公式可循，需要学生综合运用多学科知识，在理解约束来源的基础上给出有依据的判断。权衡决策对创新能力的培育价值在于：它将创新从“灵感乍现”拉回到系统性的“有据思考”，让学生在反复的权衡练习中逐渐发展出系统思维视角。以“台风救援气垫船”项目为例，学生需要在气压计算的精准性、机电组件的适配成本与整体结构的质量之间持续寻求平衡，正是这种在约束中寻优的过程，使工程思维从抽象概念转化为真实的认知能力。

物化实践中的失败是技术与工程课堂的常态，而非教育意外，更是“物化驱动设计”最直接的具身呈现。瑞士苏黎世联邦理工学院马努·卡普尔（Manu Kapur）教授提出了“有效失败”（Productive Failure）这一概念，其认知价值在于：相比直接接受标准解法，先经历失败探索再接受正式教学的学生，在需要迁移与深层理解的测试中表现显著更好。其原因是，失败的探索过程激活了学习者的先备知识结构，暴露了认知缺口，使其对后续正式指导的同化更为深刻。然而，要让失败真正“有效”，需具备三个条件：心理安全的课堂文化、充分的认知挣扎空间、有结构的反思过程。以“台风救援气垫船”工程项目为例，学生在制造与集成阶段直面3D打印工艺误差、电路异常等实际问题，由物化失败引发的认知冲突能激活并转化其“认识情绪”，引导他们将起初的挫败感转化为投身物理因果探究的好奇心与内驱力，进而成为驱动他们重新进入设计反思的内在动力，也使其对材料特性、工程精度与系统整合的理解在故障诊断与解决中不断深化。

优化迭代是“设计与物化”双向驱动在时间维度上的展开形态，也是五大机制中最具整合性的。“原型—测试—评估—改进”的循环构成了技术与工程学习的基本结构，每一轮迭代都以上一版本的具体不足为起点，指向更精准的改进方向。经济合作与发展组织将“评估和改进想法”列为PISA2022创造性思维框架的核心维度之一，技术与工程课程中优化迭代的核心要义与此高度吻合。优化迭代的核心培育价值不仅在于追求产品质量的逐步提升，更在于将“任何方案都可以更好”的精进信念内化为认知习惯，使持续改进成为学生面对问题时的默认姿态。以“黄岩蜜桔自动分拣装置”项目为例，学生在实测中发现蜜桔滚落速度不均的问题，有针对性地设计可调节左侧坡度结构，通过参数调试实现功能优化，随后又在初代产品基础上升级为双轨道分拣系统——每一次迭代都依托于物理操作与材料特性的真实反馈，每一次改进都以具体的数据测试为依据。

五大学习要素的有效生发，需要课程设计、教学实施与学习评价三个维度的系统支撑，共同构建有利于创新素养持续生长的课程生态。课程设计为开放性问题与多方案探索提供任务条件，教学实施为有效失败与权衡决策提供过程支撑，学习评价为优化迭代提供反馈牵引，三者互为支撑、彼此联动。

有效的课程任务应同时具备三个特征：真实性、开放性、挑战性。浙江省的实践经验表明，以大项目为载体、打通多课时、允许学生经历完整工程周期，是激活五大学习机制最有效的课程形态。如浙江省某校立足校内“机泵创新中心”，将水泵课程从工业水泵的“拆装与检测”粗放型体验，升级为医用蠕动泵的“设计与运用”精密型体验，以“设计→制作→试验→应用”为项目流程，并最终拓展至“人体透析循环系统”的真实工程问题解决。这一项目链条使学生在长周期实践中经历了完整的工程认知。真实工程问题天然具有跨学科性，课程设计应有意识地建立与数学、物理、生物学等学科的知识联结，使学生在工程实践中实现知识的迁移应用。

浙江省在长期实践中提炼出“问题嵌入式”实践教学模式，以本质问题为引领、以基本问题为脚手架、以真实问题为载体，层层嵌套、协同推进。三者分属三个认知层级：本质问题是教师设计的、指向学科核心概念的深层探究问题；基本问题是在实践活动中引发学生与实践经历建立联系、对核心概念进行持续思考的中介性问题，为学生的认知建构提供脚手架；真实问题是需要学生直接解决的表层工程问题，是承载学习活动的具体载体。三者共同作用，使学生在解决表层真实问题的过程中借助基本问题的引导持续触及深层的本质问题，从而将“设计与物化”的双向驱动落实为可操作的课堂样态。

评价体系的重构是创新人才奠基课程生态的关键一环。若评价体系仍以“最终作品的完善程度”为唯一标准，学生往往会倾向于规避失败与风险，五大学习要素难以落实。浙江省的实践表明，要通过表现性评价牵引创新实践的全过程。其一，明示学习目标与表现标准，使评价由探究的终点转化为探究的“方向标”。其二，将评价嵌入设计方案、物化作品、迭代过程，引导学生持续发现问题、调整方向并推动改进。其三，表现性评价的指标体系对应“手脑协同—知行合一—学创融通”进阶发展：既关注动作技能与具身化操作，也强调方案验证中的证据意识，以及多方案权衡、有效失败与持续迭代中的创新反思能力，让表现性评价深度嵌套并牵引设计与物化的双向驱动过程。

表现性评价的常态化运行还需要制度层面的支撑。浙江省依托技术科目纳入高考“选考”科目的政策契机，构建了纸笔考试与实践操作考试相结合的省域学业水平考试体系。其中，纸笔考试中的设计题在背景信息与约束条件相对不明确的技术与工程问题情境中，要求学生综合运用多学科知识进行方案构思、技术权衡与图样表达；实践操作考试则以学生作品集、项目过程记录与实践表现为依据，全面考查学生的创新设计、工程思维与物化能力。这一制度性安排通过高利害评价的“正向反拨效应”（Positive Washback），引导课堂教学回归高阶思维与完整实践，从而为五大学习要素的常态化落地提供制度性保障。