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分析和解释数据 科学调查研究所生成的数据必需经过分析以获取其含义。因为数据本身往往不能自明，科学家要利用一系列工具，包括制表、图解、可视化以及统计分析，去阐明数据中的重要特点和模型。还需要确定误差来源和计算确定程度。现代技术使大量数据的收集变得更加容易，从而为分析提供了第二手来源。 工程研究包括分析对设计进行测试时收集的数据，从而可以比较不同的解决方案并确认各自在多大程度上满足了特定的设计标准，也就是说，在一定的条件下哪个设计最好地解决了难题。像科学家一样，工程师需要利用一系列工具来确认主要的模式并对结果进行解释。科学的进步使对提出的解决方案的分析变得更加快捷而有效。 利用数学和计算思维 在科学领域，数学和计算是表征物理变量及其相互关系的基本工具，被广泛应用于诸如构建仿真、数据统计分析，以及定量关系的确认、表达和应用等方面。利用数学和计算方法可以做出对物理系统性能的预测，并对此预测进行测试。此外，统计技术对于确定重要的模式和建立相关性关系方面作用巨大。 在工程领域，已确立的关系和原理的各种数学和计算表征是设计过程中主要部分。例如，结构工程师需要对设计进行数学分析，计算其是否能够承受预期的使用压力，以及是否能在一个可以接受的预算范围内完成设计。此外，如果需要，模拟是一种非常有效的测试平台，可以发展设计出难题的解决方案并对其进行改进。 建构科学解释和设计工程解决方案 科学的目标是建立能为物质世界提供解释的理论。一种理论，当其具有多组独立的实证证据、更强大的解释能力、能说明更广泛的现象，以及一致而简洁的解释时，才能被接受。 工程设计的目标是基于物质世界的科学知识和模型的难题而提出的一个系统性的解决方案。每一个解决方案的提出都是一个平衡达到要求的功能、技术的灵活性、成本、安全性、审美以及符合法律要求等诸多相互矛盾的标准的过程。最佳方案取决于提出的解决方案在多大程度上满足了标准和约束条件。 科学探究过程中能够对所获得的实证进行分析，得出结论 能运用多次观察和测量的方法反复验证信息的可靠性 能运用包括表格、图表在内的不同方式收集、呈现某个范围或某些数值的数据，从而有助于解释 能将所获得的实证与之前的预测相比较，并在实证和已有的理论或模型之间建立某些联系，并从中做出判断，得出结论 帮助学生利用符号表达式来表达数据和测量的结果，甚至利用数学来获得进一步的关系 基于证据进行论证 在科学中，推理和论证对于阐明一系列证据的优势和弱点，以及找出关于一种自然现象的最佳解释来说，都是至关重要的。科学家必需要为自己的解释辩护，在可靠数据的基础之上形成自己的证据，利用他人的证据和评论来检查自己的理解，以及与同行合作探寻所研究现象的最佳解释。 在工程领域，推理和论证对于找到问题的最佳解决方案至关重要。在整个设计的过程中，工程师都要与同行合作，并经历一个关键阶段，即从诸多相互竞争的想法中选出一个最有希望的解决方案。工程师运用系统性的方法去比较各种选项，基于测试数据形成证据，用论证的方式为自己的结论辩护，批判性地评价别人的想法，并且为了找到最佳的解决方案而不断修正自己的设计。 通过表达与交流公开和讨论研究过程、方法和结论 应该鼓励学生创建图表来表征数据，通过绘图与表格来记录观察和写作文章。同时应该要求他们从写作报告或展板开始，将自己的工作呈现给他人 能够接受他人对研究过程和结果的检验和质疑，在交流中吸收他人合理的意见和建议，反思和改进自己的研究方案 从探究活动的过程和结果出发，提出新的适合探究的问题 获取、评估和交流信息 如果科学家不能清晰、令人信服地交流他们的发现，或者学习了解他人的发现，科学领域就不能取得进步。因此，科学实践的一个重要方面就是用口头和书面形式，用表格、图表、曲线图和方程，以及长期参与同行讨论等方式交流研究的想法和探究的结果。科学需要具备对论文、互联网、研讨会或讲座等形式的科学文本进行理解的能力，以便评价所获得信息的科学有效性，从而将这些信息整合到所提出的解释之中。 如果工程师的设计的优点不能被清晰、令人信服地表达出来，工程领域不可能产生新的或改进的技术。工程师需要具备相应能力，用口头和书面形式，用表格、图表、绘图或模型，以及长期参与同行讨论的方式来表达他们的想法。此外，像科学家一样，他们需要能够从同行的专业文字中引申出意义，评估信息并有效地应用。 工程设计项目的10个步骤 1. 确定设计机会 2. 围绕设计机会展开调查研究 3. 集体讨论可能的问题解决方案 4. 起草设计简介 5. 研究并完善解决方案 6. 准备设计要求和概念草图 7. 建构模型、构件和零件 8. 建构解决方案的原型 9. 测试、评估和修订解决方案 10. 交流解决方案 确定设计机会 围绕设计机会展开调查研究 集体讨论可能的问题解决方案 起草设计简