趙 冉 鄭旭東,2

智能時代何以發(fā)展K-12學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)？*——基于《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》的分析與啟示

趙 冉1鄭旭東1,2[通訊作者]

（1．江蘇師范大學(xué) 智慧教育研究中心，江蘇徐州 221116；2．江蘇師范大學(xué) 江蘇省教育信息化工程技術(shù)研究中心，江蘇徐州 221116）

在智能時代，人工智能、虛擬現(xiàn)實等新一代信息技術(shù)對公民的技術(shù)與工程素養(yǎng)提出了新要求。2020年，《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準：技術(shù)和工程在STEM教育中的作用》發(fā)布，用于指導(dǎo)、推進美國STEM教育中的技術(shù)與工程教育，以大力培養(yǎng)未來具有技術(shù)與工程素養(yǎng)的競爭型人才。為探究智能時代何以發(fā)展K-12學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)的問題，文章首先梳理了該標準的提出歷程；隨后詳細介紹了該標準由核心學(xué)科標準、技術(shù)與工程實踐、技術(shù)與工程環(huán)境三層結(jié)構(gòu)組成的基本結(jié)構(gòu)，并剖析了其主要價值；最后，文章分析了該標準對智能時代發(fā)展我國K-12學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)的啟示，以期為推進中小學(xué)技術(shù)與工程教育提供指引。

技術(shù)與工程素養(yǎng)；STEM；人工智能；K-12教育

引言

STEM教育是旨在培養(yǎng)學(xué)生STEM素養(yǎng)的教育形態(tài)，其在培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科能力、批判性思維和創(chuàng)新創(chuàng)造等高階能力方面的重要作用，受到了國內(nèi)外K-12教育領(lǐng)域的高度關(guān)注[1]。但隨著STEM教育理論與實踐的發(fā)展，研究者開始注意到STEM教育涉及的四個學(xué)科領(lǐng)域存在發(fā)展不平衡的問題，即人們通常更關(guān)注科學(xué)和數(shù)學(xué)學(xué)科，而不夠重視技術(shù)與工程學(xué)科，并且多數(shù)K-12學(xué)校未將技術(shù)和工程列為學(xué)校核心科目[2]。為此，國際技術(shù)與工程教育家協(xié)會（International Technology and Engineering Educators Association，ITEEA）于2020年發(fā)布了《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準：技術(shù)和工程在STEM教育中的作用》[3]（，下文簡稱《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》），面向美國PreK-12（在美國教育體系中，PreK-12包括學(xué)前班、幼兒園、小學(xué)、初中和高中）學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)劃了符合智能時代需求的新素養(yǎng)體系及實踐路徑。

事實上，我國中小學(xué)開展的STEM教育也同樣存在偏重數(shù)學(xué)與科學(xué)素養(yǎng)，而對技術(shù)與工程素養(yǎng)重視不足的問題。為此，本研究通過對《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》進行解讀與反思，期望為智能時代發(fā)展我國中小學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)提供借鑒與啟示。

一 《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》的提出歷程

ITEEA發(fā)布《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》之前，曾發(fā)布《面向所有人的技術(shù)：技術(shù)研究的基本原理和結(jié)構(gòu)》（，下文簡稱《面向所有人的技術(shù)》）、《技術(shù)素養(yǎng)標準：技術(shù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容》（，下文簡稱《技術(shù)素養(yǎng)標準》）兩個文件[4][5]，為《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》的提出提供了理論參考。

1 《面向所有人的技術(shù)》

1994年，ITEEA的前身——國際技術(shù)教育協(xié)會（International Technology Education Association，ITEA）在啟動“面向全體美國人的技術(shù)”項目后不久，便發(fā)布了《面向所有人的技術(shù)》[6]。該報告不僅描述了具備技術(shù)素養(yǎng)的人應(yīng)掌握的知識技能，還強調(diào)要大力推進K-12技術(shù)教育，確保公民在未來能接受技術(shù)教育，并實現(xiàn)技術(shù)素養(yǎng)的巨大提升?！睹嫦蛩腥说募夹g(shù)》是ITEA發(fā)布的旨在變革技術(shù)教育系列報告中的第一份報告，為面向K-12學(xué)校開發(fā)技術(shù)課程和相關(guān)教學(xué)項目提供了總體框架，對促進K-12階段的技術(shù)教育具有里程碑意義。

2 《技術(shù)素養(yǎng)標準》

為了響應(yīng)《面向所有人的技術(shù)》提出的“研制技術(shù)教育標準”呼吁，ITEA于2000年發(fā)布了《技術(shù)素養(yǎng)標準》。與《面向所有人的技術(shù)》相比，此標準將K-12階段學(xué)生劃分為四個年齡段，并詳細描述了不同年齡段學(xué)生應(yīng)掌握的與技術(shù)學(xué)習(xí)相關(guān)的知識與能力，確保所有學(xué)生能接受有效的技術(shù)教育[7]。另外，《技術(shù)素養(yǎng)標準》也對工程設(shè)計的內(nèi)容有所涉及，一定程度上反映了技術(shù)教育與工程教育之間的關(guān)系，為后續(xù)研制《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》奠定了堅實基礎(chǔ)。

3 《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》

經(jīng)過以上兩個階段的發(fā)展，技術(shù)教育逐漸轉(zhuǎn)向技術(shù)與工程教育并重的形態(tài)[8]。為培養(yǎng)具有技術(shù)與工程素養(yǎng)的公民，彌補智能時代的工程師數(shù)量缺口，美國將工程設(shè)計整合到K-12技術(shù)教育內(nèi)容框架中，將“技術(shù)教育”改為“技術(shù)與工程教育”[9]，并進一步融入工程素養(yǎng)，形成并發(fā)布了《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》。該標準不僅將學(xué)生范圍擴大到PreK-12，還將STEM教育作為開展技術(shù)與工程教育的載體，期望通過發(fā)揮“技術(shù)”與“工程”在STEM教育中的作用，加深美國公民對技術(shù)與工程素養(yǎng)的認識和重視，為培養(yǎng)智能社會所需的技術(shù)與工程人才提供指引與支持。

《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》的提出歷程讓各國研究者意識到：一方面，隨著智能社會的發(fā)展，將會出現(xiàn)大量有關(guān)技術(shù)和工程設(shè)計的崗位空缺，技術(shù)與工程素養(yǎng)在幫助學(xué)生勝任未來工作方面起著重要作用；另一方面，智能技術(shù)的爆炸式發(fā)展，讓PreK-12學(xué)校認識到系統(tǒng)開設(shè)技術(shù)與工程課程、提升學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)對培養(yǎng)智能時代所需的高素質(zhì)人才的重要性。

二 《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》的基本架構(gòu)

《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》為PreK-12教育利益相關(guān)者提供了一份發(fā)展技術(shù)與工程素養(yǎng)的“地圖”，可指引其更為嚴謹?shù)匮兄芇reK-12技術(shù)和工程課程。該標準大體由核心學(xué)科標準（Core Disciplinary Standards）、技術(shù)與工程實踐（Technology and Engineering Practices）、技術(shù)與工程環(huán)境（Technology and Engineering Contexts）三層結(jié)構(gòu)及其分析描述構(gòu)成，其基本架構(gòu)如圖1所示。

1 第一層：指向融合發(fā)展的核心學(xué)科標準

《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》的第一層結(jié)構(gòu)是具有同等地位的八個核心學(xué)科標準，規(guī)定了PreK-12學(xué)生在不同年齡段應(yīng)掌握的基礎(chǔ)知識，為開展技術(shù)與工程教學(xué)活動提供了必要指導(dǎo)。

①技術(shù)與工程的性質(zhì)和特點（Nature and Characteristics of Technology and Engineering）。了解技術(shù)與工程的性質(zhì)和特點，是PreK-12師生開展教與學(xué)活動的前提。本部分內(nèi)容要求學(xué)生認識到：技術(shù)與工程知識涉及自然世界和人類世界；技術(shù)與工程是一項跨學(xué)科的人類活動；學(xué)生實施技術(shù)與工程活動時，需對產(chǎn)品/系統(tǒng)進行了解、使用、評價和創(chuàng)造，并形成相應(yīng)的思維模式。

②技術(shù)與工程的核心概念（Core Concepts of Technology and Engineering）。技術(shù)與工程課程包含7個可以反映技術(shù)與工程特點的核心概念，分別是系統(tǒng)、資源、需求、權(quán)衡、優(yōu)化、過程和控制。這7個核心概念不僅是區(qū)分技術(shù)與工程領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的關(guān)鍵，也是技術(shù)與工程素養(yǎng)的重要組成部分。

圖1 《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》的基本架構(gòu)

③知識、技術(shù)和實踐的融合（Integration of Knowledge, Technologies, and Practice）。為促進學(xué)生深入了解知識、技術(shù)和實踐的關(guān)系，本部分內(nèi)容指出：技術(shù)與工程是跨學(xué)科的；技術(shù)與工程領(lǐng)域和其他領(lǐng)域相互影響；其他領(lǐng)域的進步會促進技術(shù)與工程領(lǐng)域知識、實踐的不斷發(fā)展。

④技術(shù)的影響（Impacts of Technology）。本部分內(nèi)容認為學(xué)生應(yīng)從四個方面理解技術(shù)與工程對人類社會的影響：技術(shù)與工程會對社會、環(huán)境產(chǎn)生積極或消極的影響；當技術(shù)與工程活動涉及做出最優(yōu)選擇時，必須充分考慮技術(shù)的使用成本與最終效益；在使用已有技術(shù)或者提出新技術(shù)時，要考慮資源的可持續(xù)發(fā)展；技術(shù)的使用能促使個人、人類文化和環(huán)境發(fā)生根本改變。

⑤社會對技術(shù)發(fā)展的影響（Influence of Society on Technological Development）。每個社會所具有的獨特價值觀、社會分工和倫理規(guī)范都會影響技術(shù)發(fā)展，故本部分內(nèi)容要求學(xué)生在理解社會對技術(shù)發(fā)展的影響時應(yīng)知道：社會需求比個人需求更能影響技術(shù)和工程；社會的價值觀和信仰決定了人們對技術(shù)的態(tài)度；處于不同發(fā)展階段的社會有不同的代表性技術(shù)。

⑥技術(shù)史（History of Technology）。技術(shù)會隨時代進步而不斷發(fā)展，學(xué)生在學(xué)習(xí)技術(shù)發(fā)展歷程時要明確：文藝復(fù)興時期，技術(shù)在科學(xué)、數(shù)學(xué)及人文藝術(shù)等領(lǐng)域的推動下實現(xiàn)快速發(fā)展；人們經(jīng)常通過技術(shù)的進步來定義某個時代；技術(shù)史充分反映了其對人類社會的積極和消極影響。

⑦技術(shù)與工程教育中的設(shè)計（Design in Technology and Engineering Education）。設(shè)計是所有技術(shù)和工程活動的基礎(chǔ)。本部分內(nèi)容要求學(xué)生從以下八個方面理解技術(shù)：設(shè)計是人類的基本活動；設(shè)計可以不斷完善和改進，故技術(shù)和工程設(shè)計不存在唯一正解；設(shè)計具有迭代性；技術(shù)與工程設(shè)計要求學(xué)生掌握一系列技能；產(chǎn)品的設(shè)計包含多種屬性且需要遵循設(shè)計原則；動手制作是技術(shù)與工程設(shè)計的固有部分；設(shè)計的優(yōu)化受約束條件的限制；設(shè)計的方法是多樣的。

⑧應(yīng)用、維護、評估技術(shù)產(chǎn)品和系統(tǒng)（Applying, Maintaining, and Assessing Technological Products and Systems）。讓學(xué)生學(xué)會如何正確應(yīng)用、維護和評估技術(shù)產(chǎn)品的目的，是讓其能夠以安全、適當、高效的方式使用和維護技術(shù)產(chǎn)品。本部分內(nèi)容包括三個主要觀點：有技術(shù)素養(yǎng)的人更有能力學(xué)習(xí)、使用技術(shù)產(chǎn)品和系統(tǒng)；技術(shù)產(chǎn)品、系統(tǒng)或程序的維護對保證其正常工作至關(guān)重要，當發(fā)生故障時要給予適當?shù)木S修；綜合分析收集到的數(shù)據(jù)之后再對產(chǎn)品、系統(tǒng)進行評估。

《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》面向PreK～2年級、3～5年級、6～8年級和9～12年級四個階段的學(xué)生，設(shè)計了他們在不同核心學(xué)科標準中應(yīng)掌握的具體知識，即基準（Benchmark）。這就意味著教師可以根據(jù)基準對不同年齡段學(xué)生實施個性化培養(yǎng)與評價，以實現(xiàn)其能力的螺旋式發(fā)展。

表1 技術(shù)與工程實踐在不同年級教學(xué)中的能力水平要求

2 第二層：勝任力取向的技術(shù)與工程實踐

《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》的第二層結(jié)構(gòu)是“以學(xué)生為中心”的八類技術(shù)與工程實踐，旨在幫助學(xué)生將技術(shù)與工程的知識、技能應(yīng)用于具體的實踐活動中，具體包括：①系統(tǒng)思維（Systems Thinking）。系統(tǒng)思維在技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)中扮演著重要角色，是開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)的重要方式。它要求對技術(shù)與工程的運行環(huán)境及其各部分組件之間的關(guān)系有清晰認識，以提出最優(yōu)解決方案。②創(chuàng)新（Creativity）。在技術(shù)與工程課程中，教師培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的方式有兩種，一是讓學(xué)生就某一開放性問題進行集體討論，二是鼓勵學(xué)生之間進行思想交流。③制造與制作（Making and Doing）。“制造”是指創(chuàng)造某物的行為，而“制作”是指對技術(shù)產(chǎn)品/系統(tǒng)進行設(shè)計、建構(gòu)、操作和評估的實踐過程。教師需在這一過程中對學(xué)生的探索活動給予適當指導(dǎo)，以保證實踐活動順利進行。④批判思維（Critical Thinking）。批判思維是指人們在做出一些決定之前，對獲取的必要信息進行評估、對比、判斷。在開放、真實的環(huán)境中開展探究性學(xué)習(xí)，是培養(yǎng)學(xué)生批判思維的重要方式。⑤樂觀（Optimism）。技術(shù)和工程課程中的樂觀態(tài)度能促進學(xué)生對問題開展批判性思考，有助于學(xué)生找到最優(yōu)解決方案。⑥協(xié)作（Collaboration）。協(xié)作是通過互動與他人達成共同目標的活動，能幫助學(xué)生在與其他成員互動的過程中獲得分析問題的不同觀點，以更快達成既定目標。⑦溝通（Communication）。溝通是獲取、處理和傳遞信息的必要過程。師生可通過溝通分享彼此觀點，共同推動問題解決。⑧關(guān)注倫理（Attention to Ethics）。倫理要求學(xué)生系統(tǒng)地認識技術(shù)及其對社會產(chǎn)生的影響，通過迭代優(yōu)化，盡可能降低技術(shù)對用戶和環(huán)境的不利影響。

需注意的是，技術(shù)與工程實踐和核心學(xué)科標準雖相互聯(lián)系，但不同之處在于，核心學(xué)科標準規(guī)定學(xué)生要掌握的基本知識，而技術(shù)與工程實踐強調(diào)通過應(yīng)用知識提升技能。另外，《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》雖未對師生如何開展這八類實踐做出具體規(guī)定，但詳細描述了不同年級學(xué)生在完成上述實踐活動后應(yīng)達到的能力水平（如表1所示），可為開展技術(shù)與工程相關(guān)活動提供指引。

3 第三層：支持場景化學(xué)習(xí)的技術(shù)與工程環(huán)境

《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》的第三層結(jié)構(gòu)包含八種技術(shù)與工程環(huán)境，亦可將其理解為具體的技術(shù)與工程課程主題，旨在為學(xué)生獲取知識技能和開展工程與技術(shù)實踐提供環(huán)境支持：①計算、自動化、人工智能和機器人技術(shù)（Computation, Automation, Artificial Intelligence and Robotics）。師生依托此環(huán)境，可圍繞計算思維、自動化、人工智能、機器人技術(shù)等主題開展學(xué)習(xí)討論與應(yīng)用實踐，深化對這些主題的理解與認識。②材料轉(zhuǎn)換與加工（Material Conversion and Processing）。依托此環(huán)境開展學(xué)習(xí)與實踐，既有助于學(xué)生深入了解材料的選擇、設(shè)計等流程，還能夠幫助他們利用相關(guān)材料設(shè)計、加工與制作技術(shù)產(chǎn)品。③運輸與物流（Transportation and Logistics）。在此環(huán)境中開展技術(shù)與工程教學(xué)和實踐，有助于學(xué)生認識不同的交通運輸子系統(tǒng)及其協(xié)同工作機制。④能源與動力（Energy and Power）。學(xué)生在此環(huán)境中獲取知識的同時，要樹立保護能源的意識與責(zé)任，批判性地評估使用不同能源對人類社會帶來的積極與消極影響。⑤信息與通信（Information and Communication）。此環(huán)境中的教學(xué)要求教師通過示范、使用信息與通信技術(shù)，幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識技能、了解信息技術(shù)發(fā)展對社會的影響。⑥建筑環(huán)境（The Built Environment）。在此環(huán)境中，教師可以通過開展建筑設(shè)計類活動的方式支持學(xué)生圍繞建筑設(shè)計的相關(guān)主題開展學(xué)習(xí)與實踐。⑦醫(yī)療和衛(wèi)生相關(guān)技術(shù)（Medical and Health-Related Technologies）。醫(yī)療衛(wèi)生技術(shù)的發(fā)展為提高人類生活質(zhì)量提供了重要支持，故推進學(xué)生對技術(shù)與醫(yī)療健康關(guān)系的認識，也是技術(shù)與工程課程的教育目標之一。⑧農(nóng)業(yè)和生物技術(shù)（Agricultural and Biological Technologies）。技術(shù)與工程教師可借助此環(huán)境，帶領(lǐng)學(xué)生開展與農(nóng)業(yè)和生物技術(shù)相關(guān)的探索，探究農(nóng)業(yè)和生物技術(shù)對人類社會的影響。

此外，《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》還給出了不同環(huán)境中的教學(xué)實踐案例。例如，在能源與動力環(huán)境中，教師通過討論和提問引導(dǎo)PreK-2學(xué)生對“沒有能源系統(tǒng)的世界是什么樣的”進行批判性思考，以加深其對能源與動力在人類社會中的作用、地位和影響等學(xué)科知識的理解。

三 《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》的價值

《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》重視發(fā)展PreK-12學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)，期望教育部門通過此標準發(fā)展學(xué)生的技術(shù)與工程能力，并在智能社會中靈活運用，其價值主要體現(xiàn)在以下三方面：

1 強化STEM教育頂層設(shè)計，系統(tǒng)化發(fā)展PreK-12學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)

STEM教育主張發(fā)展學(xué)生的跨學(xué)科知識及高階技能，以幫助其靈活、有效地解決復(fù)雜的現(xiàn)實問題，故受到國內(nèi)外教育領(lǐng)域的高度關(guān)注[10]。然而，PreK-12學(xué)校的STEM教育長期忽視技術(shù)與工程教育，導(dǎo)致學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)水平落后于數(shù)學(xué)與科學(xué)素養(yǎng)。在此背景下，《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》的發(fā)布實際上反映了美國PreK-12教育領(lǐng)域?qū)ΜF(xiàn)行SETM教育的反思，以及期望基于此標準系統(tǒng)推進PreK-12技術(shù)與工程教育、加速提升學(xué)生適應(yīng)未來智能社會發(fā)展所必需的技術(shù)與工程素養(yǎng)的愿景。此標準不僅為美國PreK-12學(xué)校開展技術(shù)與工程教育提供了一個由標準、實踐、環(huán)境構(gòu)成的三維“坐標路線圖”，也便于美國各州因地制宜地靈活設(shè)計符合需求的教學(xué)活動、課程資源、環(huán)境情境，并為技術(shù)與工程素養(yǎng)的評估提供了基礎(chǔ)保障。

2 秉持以人為本的教育理念，重視技術(shù)與工程素養(yǎng)的階段性與實踐性發(fā)展

國外教育領(lǐng)域長期秉持“以學(xué)習(xí)者為中心”的教育理念。《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》也充分展現(xiàn)了這一理念，以滿足不同年齡段學(xué)生發(fā)展技術(shù)與工程素養(yǎng)的差異化需求，具體表現(xiàn)為：①《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》發(fā)布的目的是全面提升PreK-12學(xué)生的STEM技能，發(fā)展其適應(yīng)未來智能社會所必需的技術(shù)與工程素養(yǎng)，更好地滿足其在智能社會的生存與發(fā)展需求。②《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》根據(jù)人類的認知發(fā)展階段，將學(xué)生的技術(shù)與工程教育及其素養(yǎng)水平劃分為四個等級，并制定了階段化、連貫性的技術(shù)與工程素養(yǎng)培養(yǎng)體系，滿足了學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)無縫化銜接和螺旋式提升的需求。③相較于技術(shù)與工程知識的獲取，《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》更加關(guān)注如何將PreK-12學(xué)生獲得的知識與技能應(yīng)用于相應(yīng)的環(huán)境或情境中，且不同年齡段學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)的發(fā)展側(cè)重點也有所不同，如面向低年級兒童的教育更注重學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解及其樂觀、溝通等素養(yǎng)的發(fā)展，而面向高年級學(xué)生的教育更重視創(chuàng)新應(yīng)用等實踐能力的培養(yǎng)。

3 超越對知識、技能的過度重視，轉(zhuǎn)為勝任力取向的技術(shù)與工程素養(yǎng)培養(yǎng)

有研究者對國際STEM教育實踐進行考察后認為，發(fā)達國家的STEM教育已呈現(xiàn)出“能力本位”的特點，強調(diào)在跨學(xué)科的基礎(chǔ)上實現(xiàn)學(xué)生問題解決、創(chuàng)新創(chuàng)造等能力的培養(yǎng)與發(fā)展[11]；也有研究者認為，STEM教育超越了對知識和技能的過度重視，轉(zhuǎn)而追求包含創(chuàng)新創(chuàng)造、樂觀、關(guān)注道德倫理等綜合素養(yǎng)的勝任力[12]?！都夹g(shù)與工程素養(yǎng)標準》也展現(xiàn)出表達了對PreK-12學(xué)生能夠適應(yīng)和勝任未來技術(shù)與工程實踐活動的期望，甚至有針對性地提出了“技術(shù)與工程環(huán)境”概念，并強調(diào)基于此環(huán)境開展面向PreK-12學(xué)生的、以能力或勝任力為取向的技術(shù)與工程教育時，要做到“對技術(shù)與工程環(huán)境的理解不能僅僅停留在表面，應(yīng)當深入挖掘其內(nèi)在機制”，這是以往其他標準文件從未涉及的內(nèi)容。同時，八類技術(shù)與工程環(huán)境基本上涵蓋了當前主要的技術(shù)與工程領(lǐng)域，并要求這些環(huán)境的構(gòu)建及在其中開展的教學(xué)活動都應(yīng)有一名經(jīng)過認證的技術(shù)與工程教師參與，這也從側(cè)面展現(xiàn)了該標準對指向?qū)嵺`應(yīng)用能力的技術(shù)與工程素養(yǎng)的高度重視。

四 反思與啟示

《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》及其蘊含的教育價值，對于解決我國中小學(xué)STEM教育中不夠重視工程與技術(shù)素養(yǎng)教育的問題具有借鑒意義?；诖耍狙芯拷ㄗh從以下四個方面思考和推進中小學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)教育，以培養(yǎng)未來智能時代真正所需的、有競爭力的STEM人才：

1 重視K-12技術(shù)與工程素養(yǎng)教育，研發(fā)中國STEM教育實施標準

當前，我國仍未面向K-12學(xué)生研制專門的STEM教育實施標準，使得各地區(qū)K-12學(xué)校開展的STEM教育缺乏科學(xué)指導(dǎo)，存在與美國STEM教育發(fā)展不平衡類似的問題。為此，本研究建議積極研發(fā)中國STEM教育實施標準，以更加專業(yè)、合理地指導(dǎo)K-12學(xué)校的技術(shù)與工程教育：①在教學(xué)內(nèi)容方面，重視學(xué)生對技術(shù)與工程本質(zhì)的認知。K-12學(xué)校開展的STEM教育多以實踐為取向，但僅憑技術(shù)與工程實踐無法讓學(xué)生了解技術(shù)與工程的全貌。未來的STEM教育應(yīng)實現(xiàn)技術(shù)與工程實踐應(yīng)用與本質(zhì)認識“兩手抓”。②在課程設(shè)置方面，要體現(xiàn)技術(shù)與工程教育的系統(tǒng)性與整體性。技術(shù)與工程素養(yǎng)超越了傳統(tǒng)的知識、技能、態(tài)度分類，故STEM教育實施標準應(yīng)關(guān)注發(fā)展學(xué)生的勝任力或核心素養(yǎng)[13]。③在教師發(fā)展方面，應(yīng)強調(diào)教師素養(yǎng)提升先行。教師的技術(shù)與工程素養(yǎng)是有序開展技術(shù)與工程教育的前提，但目前我國K-12技術(shù)與工程教師的數(shù)量和質(zhì)量與預(yù)期尚有一定差距[14]。因此，我國STEM教育實施標準應(yīng)從職前、職后不同階段為教師技術(shù)與工程素養(yǎng)提升提供引導(dǎo)，以提高教師培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)的能力。

2 研制分層、分級的實踐能力標準，推進技術(shù)與工程實踐能力培養(yǎng)

《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》涉及思維能力、實踐操作等不同類型的能力，且構(gòu)成了一個有梯度的實踐能力期望體系。為此，我國在推進技術(shù)與工程教育實踐能力培養(yǎng)時應(yīng)注意：①關(guān)注學(xué)生的技術(shù)與工程實踐能力的階段性發(fā)展，強調(diào)以學(xué)生認知發(fā)展規(guī)律為依據(jù)劃分能力標準等級，滿足不同學(xué)生的差異化發(fā)展需求，避免發(fā)生“一把尺子量到底”的現(xiàn)象。②從不同視角分析K-12學(xué)生的技術(shù)與工程實踐能力及其發(fā)展需求，并將其深入落實到具體的教學(xué)實踐探索活動中，螺旋式、差異化提高學(xué)生的技術(shù)與工程實踐能力。③圍繞K-12學(xué)生的認識性、工具性和交往性等不同類型的實踐能力，制定促進技術(shù)與工程能力多維度發(fā)展的培養(yǎng)策略[15]。④以提升學(xué)生的實踐能力為目標，超越結(jié)果導(dǎo)向的評價取向，開展過程取向的基于證據(jù)的、個性化的教學(xué)評價[16]，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，切實推進技術(shù)與工程實踐能力的培養(yǎng)。

3 構(gòu)建多元的技術(shù)與工程教學(xué)環(huán)境，有力支撐教學(xué)與實踐模式創(chuàng)新

知識的習(xí)得和應(yīng)用離不開特定情境[17]?！都夹g(shù)與工程素養(yǎng)標準》提出了八種技術(shù)與工程環(huán)境，能將散落在STEM領(lǐng)域的知識有機結(jié)合，推動學(xué)生跨學(xué)科實踐能力的發(fā)展。我國K-12學(xué)校的技術(shù)與工程教育也應(yīng)重視構(gòu)建多元化的教學(xué)環(huán)境，以更好地支持技術(shù)與工程教學(xué)實踐創(chuàng)新。此處的“多元化”有兩層含義：①學(xué)習(xí)場景多樣化。5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)支持課堂學(xué)習(xí)延伸到室外場景，而此類場景蘊含豐富的技術(shù)與工程因素，可為學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)的習(xí)得提供多樣的學(xué)習(xí)材料[18]。另外，智能技術(shù)促使學(xué)生的學(xué)習(xí)場景逐漸從物理空間轉(zhuǎn)向虛擬網(wǎng)絡(luò)空間（如基于VR技術(shù)創(chuàng)建的虛擬現(xiàn)實環(huán)境），也為構(gòu)建多元學(xué)習(xí)環(huán)境開辟了新道路[19]。②學(xué)習(xí)主題多樣化。技術(shù)與工程教育應(yīng)結(jié)合國際熱點話題創(chuàng)設(shè)跨學(xué)科的、與學(xué)生生活相關(guān)的學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生在熟悉且更加廣泛的領(lǐng)域探究技術(shù)應(yīng)用和工程設(shè)計的過程、原理與價值。但是，學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)也需要相應(yīng)的政策對其進行規(guī)范和約束。為此，我國還應(yīng)出臺配套的技術(shù)與工程教學(xué)環(huán)境建構(gòu)標準，對學(xué)習(xí)環(huán)境中的設(shè)備、資源等進行規(guī)范，以保障技術(shù)與工程教育高質(zhì)量實施。

4 前瞻智能時代的社會生產(chǎn)需求，推進AI賦能的技術(shù)與工程素養(yǎng)培養(yǎng)

在智能社會，AI賦能教育已成為教育工作者共同關(guān)注的問題?！都夹g(shù)與工程素養(yǎng)標準》強調(diào)將人工智能技術(shù)作為發(fā)展學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)的重要支撐，并通過創(chuàng)設(shè)“計算、自動化、人工智能和機器人技術(shù)環(huán)境”來促進其發(fā)展。一般而言，AI既是技術(shù)與工程教育必不可缺的學(xué)科內(nèi)容，也是培養(yǎng)技術(shù)與工程素養(yǎng)的一種工具。為此，我國在推動技術(shù)與工程教育和AI的融合過程中應(yīng)關(guān)注以下兩方面：①將AI融入K-12學(xué)校常態(tài)化的技術(shù)與工程教育，讓學(xué)生意識到自動化、智能化是未來技術(shù)的發(fā)展趨勢，培養(yǎng)其利用AI開展和優(yōu)化工程設(shè)計的能力。②利用AI創(chuàng)設(shè)智能化的技術(shù)與工程學(xué)習(xí)環(huán)境。一方面，情景化、智能化的學(xué)習(xí)環(huán)境能夠增強學(xué)生參與技術(shù)與工程實踐的積極性，推動學(xué)生與教師、同學(xué)、環(huán)境的多元交互，促進知識共享[20]；另一方面，AI能夠?qū)崟r追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，分析其學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)資源的智能化、個性化推送，支持學(xué)生問題解決全過程[21]。但需要注意的是，在推進AI和技術(shù)與工程學(xué)科的融合應(yīng)用時，還應(yīng)關(guān)注技術(shù)帶來的倫理問題，以共同的價值觀為基礎(chǔ)，強化學(xué)生規(guī)范使用技術(shù)工具的意識和能力。

五 結(jié)語

《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準》不僅為發(fā)展美國技術(shù)與工程教育、提升全民技術(shù)與工程素養(yǎng)提供了一個全新的實踐標準，還真切反映了美國PreK-12教育對系統(tǒng)推進技術(shù)與工程教育、培養(yǎng)符合智能社會發(fā)展需求的技術(shù)與工程人才的愿景。隨著智能時代的到來，我國在推進中小學(xué)技術(shù)與工程人才培養(yǎng)的過程中亟需結(jié)合基本國情和教育發(fā)展現(xiàn)狀，關(guān)注與研制面向智能社會發(fā)展所需的中小學(xué)技術(shù)與工程素養(yǎng)標準，構(gòu)建多元化、智能化的技術(shù)與工程實踐教學(xué)環(huán)境，助力我國培養(yǎng)大批具有國際競爭力且能夠勝任智能社會生產(chǎn)要求的技術(shù)與工程人才。

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How to Develop K-12 Students’ Technological and Engineering Literacy in the Intelligent Age——Based on the Analysis and Enlightenment of Standards for Technological and Engineering Literacy

ZHAO Ran1ZHENG Xu-dong1,2[Corresponding Author]

In the intelligence era, the new-generation information technologies such as artificial intelligence and virtual reality have put forward new requirements for citizens’ technological and engineering literacy. In 2020,was released to guide and promote technology and engineering education in STEM education in the United States, so as to vigorously cultivate future competitive talents with technological and engineering literacy. In order to explore the question of how to develop K-12 students’ technological and engineering literacy in the intelligence age, this paper firstly reviewed the development process of the standard, then introduced its basic structure in detail which consisted of core discipline standard, technology and engineering practice, and technology and engineering environment, and further analyzed its main value. Finally, this paper analyzed the enlightenment of the standard to the development of Chinese K-12 students’ technological and engineering literacy in the intelligent era, expecting to provide guidance for promoting technology and engineering education in primary and secondary schools.

technological and engineering literacy; STEM; artificial intelligence; K-12 education

G40-057

A

1009—8097（2022）06—0089—09

10.3969/j.issn.1009-8097.2022.06.010

本文為2020年度江蘇省社科基金青年項目“區(qū)塊鏈技術(shù)推進區(qū)域教育治理的創(chuàng)新機制與實踐路徑研究”（項目編號：20JYC002）、2021年度江蘇師范大學(xué)研究生科研與實踐創(chuàng)新計劃項目“虛擬現(xiàn)實環(huán)境對深度學(xué)習(xí)的影響機制及提升策略研究”（項目編號：2021XKT1368）的階段性研究成果。

趙冉，在讀碩士，研究方向為學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)，郵箱為zhaoran2026@163.com。

2021年10月27日

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