第二位专家是清华大学航空航天学院教授高云峰，他报告的题目是《科学课程中技术工程实践与跨学科概念的学习》。
前言部分高教授强调在知识爆炸年代+AI时代，我们要教会学生在未来生存的能力。科学课程要培养学生核心素养，逐步形成适应个人终身发展和社会发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力。技术工程实践的定位。一、科学课程为什么要设置技术与工程；二、科学、技术工程出现什么趋势？三、与之前科学课程标准相比有什么不同？四、新科学课程标准的内涵是什么？如何进阶？理论层面、实践层面；五、新科学课程标准的教学由哪些特点？两条主线，一是实践层面，二是意识层面。
通过可操作的活动，培养学生解决实际问题的能力；提倡在研讨中形成全面的认识问题和看待问题的意识。1-2年级注意幼小衔接，活动内容与科学课程相关；3-4年级注重跨学科探究，活动内容与科学课程有关；5-6年级技术鼓励简单发明创意、工程强调流程和规范（明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果）；7-9年级强调用模型展示科学原理如何转化为技术，强调科学指导技术与工程实践活动。
技术与工程实践的一般原则和要求：(1)注重发挥活动的育人功能，发展学生实践能力与创新能力，培养学生的团队合作精神、正确面对挫折等态度责任;(2)激发学生提出问题，创设符合学生年龄特征、知识经验、兴趣水平的真实情境中的工程问题;(3)使学生经历完整的活动流程;(4)学习过程的评价不追求标准答案，开展丰富多样的展示交流活动;(5)鼓励把技术工程实践与科学探究融合在一起。
六、技术与工程的重点与难点：(1) 设计环节。设计是基于一定设想、有目的的规划及创造活动。技术创新、技术产品开发、新工艺的改进、工程制造都需要设计。科学课标鼓励利用多种方式表达设计思路，但是草图最为便利。案例：纸桥、太空车。
（2）优化环节。优化是从多种设计方案中选出最佳的方案。在选择时，利用批判性思维，有依据地进行选择、改进或组合。由于学生开始时经验不足，在设计中容易出现各种问题。这时对方案进行讨论,指出每个方案的优点和不足(特别是不足)，考虑实施的可行性，然后以此为基础，对方案进行改进。因此，在设计环节最好分组，每位学生提出一个初步是方案。
（3）物化环节。物化是指采用一定的工艺方法等将意念、方案转化为实际物品，或对已有物品进行改进。①材料的选取②工具的选择③特别提醒安全规范④实施。案例：不倒翁、图形放大器。跨学科概念方面。
一、科学课程为什么选择这些跨学科概念?物质与能量——奠定学生最基本的世界观，为客观理解自然及自然现象、进而揭示未知世界打下基础。系统与模型——了解与认识复杂问题的方法，通过简化提炼出系统最本质的特征，并据此进行预测。结构与功能——从因果关系的层面了解现象背后有其原因，结构决定了功能和特性，功能依赖于结构。稳定与变化——自然界一切事物都在变化之中，但又具有相对稳定性;通过变化可以寻找事物内在的规律。
(一)跨学科概念“物质与能量”的内涵。世界是物质的，小到电子、原子，大到地球、太阳系，以及电磁场等都是物质;运动是物质的基本属性，能量是一切运动物质的共同特性，也是各种运动的统一量度;能的形式多样，可以通过做功相互转化，能在转移与转化过程中，总量保持不变。特定的运动可以用一些参数来描述:如机械运动可以用速度、加速度、动量等物理量来描述;电可以用电流、电压、功率等物理量来描述。但是对于不同的运动，唯一可以相互描述和比较的物理量就是能量，所以从能量的角度，可以统一理解各种力或运动。物质守恒与能量守恒是物质与能量概念中。
(二)跨学科概念“系统与模型”的内涵。系统是根据研究目的人为界定的，由一些有关联的成分组成的有序整体。简单地说，系统就是我们关注或研究的对象，系统包含边界、成分和相互作用。模型是经过处理的简化系统，但能体现原系统的本质或主要特征，是描述和理解系统的有效工具。真实世界很复杂，但可以用简化的模型来描述。模型超越了我们可观察的范围，把不可见的、抽象的现象形象化，有利于理解和研究。利用模型也更容易进行沟通和交流。建立简化模型研究复杂系统，是一种科学研究的方法。模型包括：物理模型(通常是实物或者示意图:如原子模型、人体解剖图、地球仪)；数学模型(通常是数学公式:如电流公式、化学反应式、大气运动方程)；概念模型(通常是相关的理论:如宇宙爆炸理论、进化理论、板块理论)。由于人们的认识在不断提高，可能会发现最初提出的模型存在缺陷，然后根据新发现的现象修正模型。
(三)跨学科概念“结构与功能”的内涵。系统包含边界、成分和相互作用，其中成分与相互作用的总和是系统的结构；物体的结构决定了其主要功能和特性。在科学领域，通常系统功能外显而结构内隐，科学研究中很大一部分工作，是根据系统外显的功能或特性，猜测假设其内部结构，从而逐步了解系统的内部规律。在技术与工程领域，系统事先并不存在，人们为了满足某种需求或功能，提出符合要求的多种方案，方案的本质是确保功能的实现，而设计的内容包括确定结构的尺寸和内在的连接关系。
(四)跨学科概念“稳定与变化”的内涵。“稳定与变化”是相对的，有条件的。“稳定与变化”具有相对性，有时要考虑尺度，包括时间和空间尺度等，稳定和变化都有一定的条件和范围。时间尺度：在短时间内，岩石可以认为是“坚如磐石”;从地质年代尺度上看，岩石圈一直在缓慢地变化，“沧海桑田”循环发生。空间尺度：局部地区风向经常变化;全球范围大气流动很有规律。数量尺度：温度、压强是统计意义上的物理概念，只有相关区域有大量分子时才有意义。
二、跨学科概念可以从更上位角度看待世界。世界是物质的，小到电子、原子，大到地球、太阳系，以及电磁场等都是物质;运动是物质的基本属性，能量是一切运动物质的共同特性。风雨雷电、地震、火山、沧海桑田等都是自然现象，这些现象的背后是地球不同圈层中物质交换和能量转化的结果。生命体是物质与能量的载体，生命系统的各个层次都有能量的流动和转化，食物链和食物网是生态系统能量流动和物质循环的基础。
三、跨学科概念可以从更上位角度解释现象。天平是物理、化学、科学课程中经常使用的测量仪器，以托盘天平为例，它有一个横梁，两端对称支撑一个称盘。在称量物体质量时，砝码和物体是否一定要放置在称盘的中心位置，或对称放置?从跨学科概念角度看天平问题的本质涉及物质与能量，平衡可以从受力角度分析，也可以从能量角度分析。画的示意图又涉及系统与模型:天平是系统，示意图是模型。天平问题的处理方法涉及稳定与变化:天平平衡时没有运动(没有变化)，但是设想让其运动起来(产生变化)，从做功和能量的角度就可以找出系统的内在规律。天平的实现方式涉及结构与功能:采用平行四边形结构，天平运动时两侧保持水平运动，从而位移与物体摆放位置无关。跨学科:物理+技术工程+数学。跨学科概念。物质与能量:利用杠杆或天平都可以测验物体的质量，涉及力的平衡;而力是物体相互作用及能量转化的一种形式，因此也可以从能量角度解释杠杆和天平的原理。系统与模型:天平是测量物质质量的实际系统，罗培伐秤是其简化的原理模型。主要特点是装置两侧平动。结构与功能:天平是可以运动的装置，其平动的特点使得物体可以放在托盘的任意位置。但如果没有跨学科概念，该问题不容易说清楚。稳定与变化:通过变化，寻找出杠杆或天平的内在规律，可得出并解释杠杆原理。
四、跨学科概念在具体概念中的体现。在科学课程中，每个学科核心概念及其更小的概念，或多或少与跨学科概念有直接的关系。利用跨学科概念，教师可以更好理解其本质。下面介绍跨学科概念在科学课程中不同领域学科核心概念中的体现。领域——更具体的概念——跨学科概念：物质科学领域——水的三态——物质与能量；生命科学领域——光合作用——系统与模型；地球与宇宙科学领域——地球圈层——结构与功能；技术与工程领域——设计与物化——稳定与变化。高教授最后总结。技术的核心是发明，工程的核心是物化;现代科学、技术与工程相互影响与融合，出现一体化趋势。从实践层面，技术与工程的重点是设计、优化和物化。跨学科概念超越了零散的理论和事实，蕴含世界观和方法论，可以从上位角度看待、处理问题。在探究实践中，可以先设计制作模型和道具，再进行后续的科学探究，从而把科学、技术、工程进行了融合。
