我們在編寫這本書時，首先考慮到了教育工作者，尤其是那些正在想辦法將工程學實踐整合到課堂教學當中的中學數(shù)學和科學教師。本書的寫作團隊由工程學與教育學專業(yè)的大學教職人員以及科學和數(shù)學在職教師組成。作為由美國國家科學基金（National Science Foundation, NSF）資助的辛辛那提工程學強化數(shù)學與科學（Cincinnati Engineering Enhanced Mathematics and Science, CEEMS）項目參與者，這些教師在書中分享了他們在兩年內(nèi)開發(fā)、實施和修訂的設(shè)計挑戰(zhàn)單元。這些教師所屬的學校分布范圍廣（包括農(nóng)村、郊區(qū)和城市），所教的年級和學科也不同，足以證明本書所提倡的教學法具有廣泛的關(guān)聯(lián)性和適用性。我們將為你提供設(shè)計挑戰(zhàn)單元的詳細說明，以及教學計劃、講義和其他教學材料，這些材料都可以拿到課堂上使用或做相應(yīng)的改編。這些設(shè)計挑戰(zhàn)單元的開發(fā)結(jié)合了兩種教學方法：基于挑戰(zhàn)的學習（challenge-based learning, CBL）和工程設(shè)計過程（engineering design process, EDP）。
本書所有的編寫人員都是CEEMS 項目的成員。參與該項目的大學教職人員介紹了關(guān)于工程學實踐的重要性、CBL 框架、指導項目的學習理論以及大規(guī)模CEEMS 項目結(jié)構(gòu)和實施的背景信息。在這個具有獨特結(jié)構(gòu)的項目中，一些關(guān)鍵組分能夠改變課堂環(huán)境、提高學生的能力，并朝著以學生為中心的課堂文化發(fā)展，從而帶來積極的學習效果。我們的目標是與你分享CEEMS 項目產(chǎn)出的實踐成果，并提供策略，助你將其整合到自己的教學實踐中。
本書分為兩個部分和一個包含有用資源的附錄。
部分包括第13 章，介紹了背景信息以及我們使用的特定EDP。我們討論了如何將設(shè)計挑戰(zhàn)單元框架與現(xiàn)行的教育標準和改革聯(lián)系起來，包括《州共同核心數(shù)學課程標準》（Common Core State Standards for Mathematics）以及《新一代科學教育標準》（Next Generation Science Standards, NGSS）。這一部分還闡述了與教學有關(guān)的教育研究，以支持設(shè)計挑戰(zhàn)的使用。在第3章，我們對教師故事中出現(xiàn)的術(shù)語進行了界定，并提供了設(shè)計挑戰(zhàn)單元的開發(fā)細節(jié)和有用的模板。
第二部分包括第48 章。第47 章包含由中學數(shù)學和科學教師個人編寫的內(nèi)容，他們關(guān)注了實施設(shè)計挑戰(zhàn)單元的不同方面，包括設(shè)計一個有趣的引入、指導學生就核心問題和相應(yīng)的挑戰(zhàn)提出意見、整合工程設(shè)計過程、納入形成性和總結(jié)性評價，以及在設(shè)計挑戰(zhàn)單元中培養(yǎng)學生21 世紀技能。第8章演示了如何改編其他教師的設(shè)計挑戰(zhàn)來適應(yīng)你自己的課堂，以及如何在實施后反思和提升你自己的單元教學設(shè)計。第8章還分享了尋找設(shè)計挑戰(zhàn)單元靈感的資源，并為志同道合、想要共同進步的教師建立共同體提供了建議。