自进入21世纪以来,工程学在基础教育阶段的重要性日益突显。在现今蓬勃发展的STEM教育中,工程学这一学科角色的重要性也得到国内外众多研究者的一致认可。在全球教育进程中,工程学与工程设计在大学前的教育阶段中备受关注。2013年,美国K-12科学教育框架已将工程教育置于不可忽视的重要地位。2017年,工程学作为独立的学习模块或领域进入了小学科学新课标和高中生物学新课标中,标志着工程学正式进入我国基础教育阶段。而在工程教育中,美国K-12工程教育委员会指出K-12阶段工程教育应该强调工程设计;我国科学教育研究者们也逐步提出工程设计的重要性,指出基础教育中的工程学,是同科学探究一样重要的问题解决途径,工程设计随着科学与技术教育的发展将越来越受关注。目前,国内在工程教育领域的研究正处于起步阶段;国外面向高中生的工程设计能力测评研究较少,较多以文学情境或物理情境作为信息载体。本研究基于生物学情境,旨在如何基于生物学情境,从思维角度测量与评价高中生的工程设计能力,并聚焦于高中学生的工程设计总体能力及各维度能力现状,以及不同性别、年级的高中学生的能力差异。主要采用了文献研究法、文本分析法、测验法、访谈法等研究方法,在界定核心概念和梳理国内外相关研究成果后,在理论基础上构建了包含界定工程问题、设计解决方案、评估解决方案、优化解决方案和权衡解决方案5个维度要素的高中生工程设计能力评价框架,并依据框架开发和修订了评价工具。以上海市2所重点中学的164名高二学生和95名高一学生为样本进行了正式测试,并进行部分学生的访谈。结果表明,经过两轮试测后修订的评价工具具有较好的质量,能在一定程度上反映学生的能力。研究结果发现:(1)无论是从整体能力而言,还是从各维度要素而言,高一、高二年级学生的工程设计能力均有显著差异,高二年级学生的整体水平显著比高一学生的水平高,高水平学生比例更大。(2)从整体能力以及界定工程问题、设计解决方案、评估解决方案和优化解决方案四个维度要素而言,男生和女生的工程设计能力均没有统计学上的显著差异;从权衡解决方案维度来看,女生的能力水平显著比男生高。而在高水平学生比例上,除了在界定工程问题维度和评估解决方案维度,男生高水平比例比女生高,其他三个维度均是女生高水平学生比例高。(3)学生在完成工程设计情境任务时,容易出现的典型问题是没有密切联系乃至脱离标准和限制,缺乏科学性、全面性和可行性,主观性强。除此之外,在界定工程问题时对标准和限制的界定没有抓住关键;在设计解决方案时较笼统;评估解决方案时回避评估部分方案;优化解决方案时想法笼统;权衡解决方案时缺乏整体意识和条理性,忽略方案使用者的需求。