鞏曉陽 鄧子堯 郭曉麗

【摘 要】作為STEM教育的重要組成部分，技術(shù)與工程教育是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑。為了系統(tǒng)了解技術(shù)工程素養(yǎng)的內(nèi)涵以及技術(shù)工程教學(xué)在不同維度和學(xué)習(xí)階段的表現(xiàn)，可以將我國(guó)2022年版科學(xué)和信息科技兩個(gè)學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó)2020年版《技術(shù)與工程素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)：STEM教育中技術(shù)與工程的作用》作為研究對(duì)象，基于已有研究中成熟的技術(shù)工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)框架進(jìn)行內(nèi)容比較。兩國(guó)文件在三個(gè)評(píng)價(jià)領(lǐng)域和三個(gè)實(shí)踐維度均表現(xiàn)出一定的分布差異性和學(xué)段差異性。我國(guó)科學(xué)學(xué)科和信息科技學(xué)科的分科設(shè)置能夠發(fā)揮優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的作用，但在技術(shù)工程教育的連貫性和系統(tǒng)性上還需進(jìn)一步加強(qiáng)，可以從深化系統(tǒng)思維、凸顯發(fā)展的綜合性、加強(qiáng)連貫性三個(gè)角度進(jìn)行改進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】技術(shù)與工程；課程標(biāo)準(zhǔn)；國(guó)際比較；STEM

在全球化的大背景下，人才競(jìng)爭(zhēng)成為各國(guó)科技競(jìng)爭(zhēng)的核心，我國(guó)也提倡加速培養(yǎng)具有突出技術(shù)創(chuàng)新能力和善于解決復(fù)雜工程問題的工程師隊(duì)伍。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要教育體系內(nèi)部的通力合作：一方面，高校需要完善技術(shù)工程相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)體系；另一方面，K-12教育階段應(yīng)注重在基礎(chǔ)學(xué)科中滲透技術(shù)工程教育，挖掘具有發(fā)展?jié)摿Φ那嗌倌曜鳛閮?chǔ)備力量。作為STEM教育的重要組成部分，技術(shù)工程教育在全世界范圍內(nèi)的發(fā)展相對(duì)薄弱，尤其是K-12階段的培養(yǎng)策略還有待完善和優(yōu)化。［1］針對(duì)以上問題，世界各國(guó)逐步加強(qiáng)了基礎(chǔ)教育階段技術(shù)工程教育標(biāo)準(zhǔn)的制定和課程設(shè)計(jì)。2020年美國(guó)技術(shù)工程教師教育協(xié)會(huì)和國(guó)際技術(shù)工程教育協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)布了《技術(shù)與工程素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)：STEM教育中技術(shù)與工程的作用》（STEL），它強(qiáng)調(diào)要在跨學(xué)科教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)［2］5。而我國(guó)2022年發(fā)布的《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“科學(xué)新課標(biāo)”）和《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“信息科技新課標(biāo)”）中也體現(xiàn)了技術(shù)與工程方面的重要元素。理解技術(shù)與工程素養(yǎng)的內(nèi)涵、維度和學(xué)習(xí)各階段的表現(xiàn)是有效實(shí)施技術(shù)工程教育的關(guān)鍵。出于以上考慮，下面通過對(duì)比中美兩國(guó)相關(guān)文件中技術(shù)工程教學(xué)內(nèi)容的異同為我國(guó)未來技術(shù)工程教育的實(shí)施與評(píng)價(jià)提供參考。

一、研究背景與設(shè)計(jì)

（一）研究對(duì)象

考慮到標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍和使用廣度，我們選擇了美國(guó)《技術(shù)與工程素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)：STEM教育中技術(shù)與工程的作用》（STEL）和我國(guó)的科學(xué)新課標(biāo)、信息科技新課標(biāo)作為研究對(duì)象。其中，2017年版科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中首次增加了技術(shù)與工程領(lǐng)域的內(nèi)容，2022年版則調(diào)整了核心概念的內(nèi)容，因此可以判斷這兩個(gè)部分是科學(xué)新課標(biāo)中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。需要注意的是，義務(wù)教育階段與“技術(shù)與工程”相關(guān)的內(nèi)容在勞動(dòng)和綜合實(shí)踐課程中也有涉及，但總體來看綜合性強(qiáng)且地區(qū)差異大，因此不列入本次研究范圍。與此同時(shí)，科學(xué)課程在部分初中學(xué)校還可能細(xì)化為物理、化學(xué)、生物三門課程，因與科學(xué)課程的開設(shè)存在重疊區(qū)間，也不列入討論。下文我國(guó)教學(xué)部分僅集中闡述科學(xué)新課標(biāo)與信息科技新課標(biāo)中的技術(shù)與工程元素。

1.我國(guó)新課標(biāo)中技術(shù)與工程相關(guān)內(nèi)容

科學(xué)新課標(biāo)將課程設(shè)置為13個(gè)學(xué)科核心概念和4個(gè)跨學(xué)科概念，這些概念都是義務(wù)教育階段學(xué)生要學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容。其中，技術(shù)與工程的相關(guān)內(nèi)容與2個(gè)學(xué)科核心概念（“技術(shù)、工程與社會(huì)”和“工程設(shè)計(jì)與物化”）及4個(gè)跨學(xué)科概念密切相關(guān)?！凹夹g(shù)、工程與社會(huì)”強(qiáng)調(diào)了技術(shù)與工程的性質(zhì)特點(diǎn)，還有它們對(duì)人類世界的影響及與科學(xué)的關(guān)系；“工程設(shè)計(jì)與物化”描述了工程的定義及與設(shè)計(jì)的關(guān)系?？茖W(xué)新課標(biāo)圍繞以上核心概念詳細(xì)闡述了學(xué)生在1～2年級(jí)、3～4年級(jí)、5～6年級(jí)、7～9年級(jí)四個(gè)學(xué)段的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求，具體情況見表1。

2022年版信息科技新課標(biāo)將原來的“信息技術(shù)”更名為“信息科技”，將其從綜合實(shí)踐活動(dòng)中分離出來，這標(biāo)志著信息科技正式成為獨(dú)立的國(guó)家課程。信息科技是現(xiàn)代科學(xué)、工程和技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分，它主要關(guān)注“以數(shù)字形式表達(dá)的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過程和工程實(shí)現(xiàn)”［3］1。因此信息科技課程也必然與技術(shù)工程素養(yǎng)的培養(yǎng)息息相關(guān)，該課程主要培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會(huì)責(zé)任四大核心素養(yǎng)［3］4。課程內(nèi)容主要圍繞數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能六條主線展開，依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特征在四個(gè)學(xué)段各自安排了九大學(xué)習(xí)內(nèi)容和四大跨學(xué)科主題，這些都與技術(shù)工程教育有著緊密的聯(lián)系，具體情況可參考表2。需要注意的是，義務(wù)教育階段僅在3～8年級(jí)單獨(dú)開設(shè)此門課程。

2.美國(guó)STEL技術(shù)工程素養(yǎng)的內(nèi)涵

與我國(guó)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求相比，美國(guó)STEL將技術(shù)工程素養(yǎng)的培養(yǎng)設(shè)定在STEM大范圍內(nèi)，覆蓋學(xué)前到高中整個(gè)學(xué)段，因此學(xué)科教學(xué)的整合性和學(xué)習(xí)的連貫性更強(qiáng)。文件從標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)踐和情境三個(gè)維度闡述了技術(shù)工程素養(yǎng)的內(nèi)涵：標(biāo)準(zhǔn)包括技術(shù)與工程的本質(zhì)和特點(diǎn)、技術(shù)與工程的核心概念、知識(shí)技術(shù)與實(shí)踐的整合、技術(shù)的影響、社會(huì)對(duì)技術(shù)發(fā)展的影響、技術(shù)史、技術(shù)與工程教育中的設(shè)計(jì)、技術(shù)產(chǎn)品及系統(tǒng)的應(yīng)用、維護(hù)與評(píng)價(jià)；實(shí)踐包括系統(tǒng)思維、創(chuàng)造力、批判性思維等；情境包括自動(dòng)化、人工智能和機(jī)器人、能源與動(dòng)力、信息與通信等。其中八項(xiàng)核心標(biāo)準(zhǔn)依次分布在PreK-2年級(jí)、3～5年級(jí)、6～8年級(jí)、9～12年級(jí)四個(gè)學(xué)段，形成了完整、系統(tǒng)的學(xué)習(xí)進(jìn)階過程。但是由于具體內(nèi)容的交叉程度較高，因此需要采用更為系統(tǒng)合理的研究工具以評(píng)價(jià)這些標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)。

（二）研究方法和分析框架

由于兩國(guó)文件既有相似之處又具有差異性，因此想要對(duì)內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比分析需要構(gòu)建合理的比較框架。由美國(guó)國(guó)家教育進(jìn)步評(píng)價(jià)項(xiàng)目（NAEP）開發(fā)的技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)框架在國(guó)際上認(rèn)可度較高，目前已經(jīng)完成兩輪針對(duì)美國(guó)學(xué)生的技術(shù)工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)。該框架能為國(guó)內(nèi)外課程標(biāo)準(zhǔn)分析提供評(píng)價(jià)的理論基礎(chǔ)，這對(duì)于改進(jìn)技術(shù)工程教育的課程設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐具有啟發(fā)意義。

與STEL類似，NAEP提出的技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)框架包含“評(píng)價(jià)領(lǐng)域”“實(shí)踐”“情境”三個(gè)部分（見圖1）。其中，“評(píng)價(jià)領(lǐng)域”包括“技術(shù)與社會(huì)”“設(shè)計(jì)與系統(tǒng)”“信息與通信技術(shù)”三個(gè)領(lǐng)域，具體對(duì)應(yīng)的子領(lǐng)域見表3（為便于下文提及并做分析對(duì)比，分別用數(shù)字和A、B、C等字母標(biāo)注和指代）。其中，“技術(shù)與社會(huì)”領(lǐng)域主要關(guān)注技術(shù)對(duì)人類、自然世界和信息知識(shí)世界的影響以及使用技術(shù)涉及的倫理問題；設(shè)計(jì)與系統(tǒng)領(lǐng)域主要關(guān)注技術(shù)的本質(zhì)、技術(shù)發(fā)明過程中的工程設(shè)計(jì)和工作原理；“信息與通信技術(shù)”則關(guān)注技術(shù)工具的使用和功能。實(shí)踐中，“理解技術(shù)原理”指利用技術(shù)相關(guān)的事實(shí)、概念和原則形成論點(diǎn)；“設(shè)計(jì)方案并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)”指利用技術(shù)知識(shí)和工具解決現(xiàn)實(shí)問題；“交流與合作”指利用技術(shù)工具交流信息和實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)合作?！扒榫场眲t是技術(shù)工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)的載體，“評(píng)價(jià)領(lǐng)域”和“實(shí)踐”主要是在試題情境中展開。鑒于本文的研究重點(diǎn)是中美文件中技術(shù)工程素養(yǎng)的具體體現(xiàn)，因此主要關(guān)注“評(píng)價(jià)領(lǐng)域”和“實(shí)踐”兩個(gè)方面。NAEP在文件中進(jìn)一步詳細(xì)闡述了每一種評(píng)價(jià)領(lǐng)域?qū)?yīng)的技術(shù)工程實(shí)踐，這些示例為本研究中的文本分析提供了可靠的編碼依據(jù)。

編碼過程中，筆者首先以語義為基本單位從“評(píng)價(jià)領(lǐng)域”和“實(shí)踐”兩個(gè)維度對(duì)兩國(guó)文件中的學(xué)業(yè)要求進(jìn)行編碼，示例如表4。由于兩國(guó)K-12教育體系的學(xué)段設(shè)置有所差異，因此橫向比較前首先需要解決兩國(guó)縱向?qū)W段劃分不同的問題。具體來說，可以將學(xué)段按照小學(xué)低年級(jí)、小學(xué)高年級(jí)和初中三個(gè)階段進(jìn)行劃分，如此一來我國(guó)3～4年級(jí)和5～6年級(jí)兩個(gè)學(xué)段需要合并起來，方便與美國(guó)的3～5年級(jí)進(jìn)行對(duì)照。學(xué)段劃分完成后，便可以采用頻數(shù)統(tǒng)計(jì)的方法比較技術(shù)工程素養(yǎng)不同元素在三個(gè)階段的分布情況。

二、中美技術(shù)工程教學(xué)內(nèi)容的比較

（一）兩國(guó)文件在評(píng)價(jià)領(lǐng)域和實(shí)踐維度的描述性數(shù)據(jù)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，各個(gè)學(xué)段中與技術(shù)工程相關(guān)的內(nèi)容描述在三個(gè)評(píng)價(jià)領(lǐng)域出現(xiàn)的頻率數(shù)據(jù)如圖2所示（圖中S指科學(xué)新課標(biāo)，T指信息科技新課標(biāo)）。其中，我國(guó)兩個(gè)新課標(biāo)和STEL文件中分別出現(xiàn)137個(gè)和125個(gè)編碼，我國(guó)的137個(gè)編碼中有73個(gè)來自信息科技新課標(biāo)，64個(gè)來自科學(xué)新課標(biāo)。

我國(guó)兩個(gè)新課標(biāo)文件的編碼在“技術(shù)與社會(huì)”“設(shè)計(jì)與系統(tǒng)”“信息與通信技術(shù)”三個(gè)評(píng)價(jià)領(lǐng)域占比分別為22.63%、51.82%和25.55%，信息科技新課標(biāo)中編碼在“技術(shù)與社會(huì)”領(lǐng)域出現(xiàn)的次數(shù)高于科學(xué)新課標(biāo)。以子領(lǐng)域1C為例，它能有效補(bǔ)充科學(xué)新課標(biāo)在該領(lǐng)域內(nèi)容涵蓋不足的問題，這體現(xiàn)了分科教育下不同學(xué)科側(cè)重點(diǎn)的差異和相互補(bǔ)充的優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，我國(guó)的兩個(gè)新課標(biāo)內(nèi)容集中在1A和1D上，而對(duì)1B則沒有涉及?！霸O(shè)計(jì)與系統(tǒng)”領(lǐng)域主要集中在2A和2B上，2D則涉及較少；2C作為技術(shù)工程教育的重要思維方式，主要出現(xiàn)在信息科技新課標(biāo)中，在科學(xué)新課標(biāo)技術(shù)與工程模塊涉及較少?！靶畔⑴c通信技術(shù)”的子領(lǐng)域分布相對(duì)均勻，且主要來自信息科技新課標(biāo)，但3D領(lǐng)域內(nèi)容相對(duì)較少。從學(xué)段分布來看，“技術(shù)與社會(huì)”和“設(shè)計(jì)與系統(tǒng)”在3～6年級(jí)的占比高于1～2年級(jí)和7～9年級(jí)，而“信息與通信技術(shù)”在三個(gè)學(xué)段的分布差異不大。

美國(guó)STEL文件中，編碼在“技術(shù)與社會(huì)”“設(shè)計(jì)與系統(tǒng)”“信息與通信技術(shù)”三個(gè)領(lǐng)域中占比分別為28.8%、63.2%和8%?！凹夹g(shù)與社會(huì)”領(lǐng)域在四個(gè)子領(lǐng)域中均有涉及，主要集中在1A和1B；“設(shè)計(jì)與系統(tǒng)”領(lǐng)域也涉及四個(gè)子領(lǐng)域，但主要集中在2A、2B、2C；“信息與通信技術(shù)”領(lǐng)域整體占比較低，主要涉及3A、3B和3C，但在3D和3E沒有涉及。從學(xué)段分布來看，三個(gè)評(píng)價(jià)領(lǐng)域在三個(gè)學(xué)段整體都呈現(xiàn)出遞增趨勢(shì)（如圖2、圖3、圖4所示，其中S指科學(xué)新課標(biāo)，T指信息科技新課標(biāo)）。

如果采用相同的編碼規(guī)則從“實(shí)踐”的維度分別對(duì)兩國(guó)文件再次進(jìn)行編碼，各個(gè)學(xué)段的技術(shù)工程內(nèi)容描述在三個(gè)維度出現(xiàn)的頻率數(shù)據(jù)如圖5（其中S指科學(xué)新課標(biāo)，T指信息科技新課標(biāo)）所示。其中，我國(guó)兩個(gè)新課標(biāo)和STEL文件中分別出現(xiàn)147個(gè)編碼和99個(gè)編碼。我國(guó)兩個(gè)新課標(biāo)的147個(gè)編碼中有66個(gè)來自科學(xué)新課標(biāo)，81個(gè)來自信息科技新課標(biāo)，整體來看出現(xiàn)在“理解技術(shù)原理”“設(shè)計(jì)方案并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)”“交流與合作”的占比分別為48.98%、36.05%和14.97%。從學(xué)段分布來看，三種實(shí)踐行為在3～6年級(jí)的占比高于1～2年級(jí)和7～9年級(jí)。STEL文件中在“理解技術(shù)原理”“設(shè)計(jì)方案并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)”“交流與合作”的占比則分別為52.53%、43.43%和4.04%。從學(xué)段分布來看，“設(shè)計(jì)方案并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)”在三個(gè)學(xué)段中呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，“理解技術(shù)原理”在3～5年級(jí)占比稍高于PreK-2年級(jí)和6～8年級(jí)?！敖涣髋c合作”整體占比較少，在三個(gè)學(xué)段的分布差異也不大。

（二）兩國(guó)文件整體比較及主要差異

從整體層面來看，我國(guó)K-12階段的技術(shù)工程教育尚處于起步和探索階段，但科學(xué)與信息科技兩個(gè)新課標(biāo)的內(nèi)容基本覆蓋技術(shù)工程素養(yǎng)的不同方面，甚至兩個(gè)學(xué)科的分科設(shè)置還能更全面、更綜合地覆蓋“評(píng)價(jià)領(lǐng)域”和“實(shí)踐”兩個(gè)不同的維度。STEL則是描述STEM環(huán)境中技術(shù)工程素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立文件，它體現(xiàn)了融合技術(shù)與工程的整體趨勢(shì)，“明確了技術(shù)與工程教育的跨學(xué)科性及其在STEM教育中的學(xué)科整合作用”［6］。

從評(píng)價(jià)領(lǐng)域?qū)用鎭砜?，我?guó)兩個(gè)新課標(biāo)和STEL都強(qiáng)調(diào)了“設(shè)計(jì)與系統(tǒng)”領(lǐng)域在技術(shù)工程教育中的重要性，尤其強(qiáng)調(diào)了2A和2B兩個(gè)子領(lǐng)域。2C在兩國(guó)文件中均有涉及，但主要分布在我國(guó)信息科技新課標(biāo)中，科學(xué)新課標(biāo)相對(duì)較少。與系統(tǒng)思維相關(guān)的2D在我國(guó)兩個(gè)新課標(biāo)中并未涉及，但作為技術(shù)工程教育的重要思維方式，如何在科學(xué)新課標(biāo)的技術(shù)與工程模塊將系統(tǒng)思維外顯應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步探究。“技術(shù)與社會(huì)”領(lǐng)域中，兩國(guó)文件均重點(diǎn)關(guān)注1A這一子領(lǐng)域。STEL對(duì)1C和1D有所涉及，但占比較少，而我國(guó)的信息科技新課標(biāo)能夠有效補(bǔ)充科學(xué)新課標(biāo)在這兩方面的不足。我國(guó)兩個(gè)新課標(biāo)都較少涉及1B，而STEL因?yàn)槟軌蝮w現(xiàn)跨學(xué)科優(yōu)勢(shì)，涉及的內(nèi)容范疇也更廣，所以涵蓋了該領(lǐng)域的四個(gè)方面?！靶畔⑴c通信技術(shù)”領(lǐng)域我國(guó)兩個(gè)新課標(biāo)的占比明顯高于STEL，這是因?yàn)榭茖W(xué)與信息科技的分科優(yōu)勢(shì)使得我國(guó)兩個(gè)新課標(biāo)在大部分子領(lǐng)域的頻次皆高于美國(guó)STEL。

從技術(shù)工程實(shí)踐層面來看，中美兩國(guó)文件主要關(guān)注“理解技術(shù)原理”和“設(shè)計(jì)方案并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)”兩方面，其中“理解技術(shù)原理”在兩國(guó)文件中占比最高。不同的是，中國(guó)兩個(gè)新課標(biāo)中“交流與合作”的占比明顯高于STEL。

以上兩個(gè)層面在不同學(xué)段的變化趨勢(shì)中也表現(xiàn)出相似性或差異性。相似處體現(xiàn)在大部分評(píng)價(jià)領(lǐng)域和實(shí)踐層面在小學(xué)階段高年級(jí)出現(xiàn)的頻次高于低年級(jí)，這側(cè)面反映了學(xué)生學(xué)習(xí)的進(jìn)階性以及小學(xué)高年級(jí)是培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)工程素養(yǎng)的重要時(shí)期這兩個(gè)客觀現(xiàn)象。差異處體現(xiàn)在以上內(nèi)容在我國(guó)初中階段的要求中出現(xiàn)的頻次有所下降，而在美國(guó)文件中整體表現(xiàn)出逐步遞增的趨勢(shì)。這一差異背后可能的原因是我國(guó)從初中開始進(jìn)行分科，學(xué)?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況以物理、化學(xué)、生物等學(xué)科不同程度上替代科學(xué)課程，因而技術(shù)與工程的相關(guān)內(nèi)容有可能滲透在其他分支學(xué)科中。

三、內(nèi)容比較對(duì)我國(guó)技術(shù)工程教育的啟示

技術(shù)工程教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力的重要途徑，尤其是近年就如何在K-12階段整合技術(shù)工程教育逐漸受到人們的關(guān)注和重視。新課標(biāo)背景下，我國(guó)技術(shù)工程教育的標(biāo)準(zhǔn)制定和實(shí)施路徑尚處于不斷探索的過程中。面對(duì)國(guó)家人才培養(yǎng)的新要求，K-12技術(shù)工程教育應(yīng)從標(biāo)準(zhǔn)制定、內(nèi)容整合和學(xué)段連貫等方面進(jìn)行思考。根據(jù)中美兩國(guó)文件內(nèi)容的比較結(jié)果，可以從技術(shù)與工程素養(yǎng)的評(píng)價(jià)領(lǐng)域和學(xué)段連貫性兩個(gè)角度獲得啟示，提出以下改進(jìn)建議。

（一）深化技術(shù)與工程模塊的系統(tǒng)思維

“系統(tǒng)”是我國(guó)課程標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中重要的跨學(xué)科概念，STEL和NAEP文件中也將系統(tǒng)思維列為重要的實(shí)踐表現(xiàn)。目前系統(tǒng)思維主要體現(xiàn)在信息科技新課標(biāo)中，它在科學(xué)新課標(biāo)中集中于“生命系統(tǒng)的構(gòu)成層次”“地球系統(tǒng)”等核心概念中，而在技術(shù)與工程模塊涉及較少，僅停留在淺層的“現(xiàn)代技術(shù)與工程具有系統(tǒng)性”的理解上，未基于系統(tǒng)這一概念進(jìn)一步拆解和挖掘。技術(shù)與工程是人類根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)原理改造自然的活動(dòng)和手段，而技術(shù)與工程相關(guān)產(chǎn)品是改造自然的結(jié)果，因此它本身就構(gòu)成了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［7］。義務(wù)教育階段將系統(tǒng)思維遷移到科學(xué)課程中具有重要的實(shí)踐意義，這有助于學(xué)生從整體和宏觀層面分析問題。具體操作過程中，技術(shù)與工程產(chǎn)品的系統(tǒng)性可以從產(chǎn)品的靜態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)成和動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程兩個(gè)層面如圖6所示進(jìn)行分析。靜態(tài)構(gòu)成層面上，技術(shù)與工程產(chǎn)品包含結(jié)構(gòu)、控制和流程三類要素，它們分別由小部件連接形成模塊，通過各個(gè)組成要素相互作用，發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能；動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程層面則應(yīng)考慮輸入、過程、輸出和反饋四個(gè)環(huán)節(jié)。以上四個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)模型思想也被廣泛運(yùn)用到美國(guó)初高中的工程設(shè)計(jì)教學(xué)中。我國(guó)一線教師可以在不同階段以開放式的維修挑戰(zhàn)為載體進(jìn)行教學(xué)，例如通過維修簡(jiǎn)單的玩具或家用電器，發(fā)展學(xué)生的系統(tǒng)思維，以及故障診斷和維修能力；還可以結(jié)合添加食品添加劑的利弊、化石能源的利用等社會(huì)科學(xué)議題組織辯論活動(dòng)，幫助學(xué)生在交流討論中發(fā)展系統(tǒng)思維。此外，系統(tǒng)工程也是我國(guó)錢學(xué)森院士的重要思想，指的是用系統(tǒng)觀點(diǎn)處理問題的工程技術(shù)［8］。挖掘這些跨學(xué)科素材可以幫助學(xué)生從STEM、歷史、語文等多學(xué)科角度展開活動(dòng)，培養(yǎng)科學(xué)精神和愛國(guó)精神。

（二）凸顯技術(shù)與工程發(fā)展的綜合性

按照錢學(xué)森院士的分類，人類社會(huì)是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，它與外部環(huán)境有著物質(zhì)、能量、信息的交換［9］。技術(shù)與工程的發(fā)展是人類社會(huì)系統(tǒng)前進(jìn)的動(dòng)力，也是人類社會(huì)與自然環(huán)境交互的媒介，因此義務(wù)教育階段應(yīng)在不同學(xué)科情境下鼓勵(lì)學(xué)生從不同視角認(rèn)識(shí)技術(shù)與工程發(fā)展的綜合作用。目前我國(guó)課程標(biāo)準(zhǔn)主要關(guān)注它在改善人類生活和生產(chǎn)方面發(fā)揮的積極作用，卻忽略了技術(shù)工程發(fā)展與外部環(huán)境的相互作用。技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展因人類和社會(huì)需要所驅(qū)動(dòng)，隨著時(shí)間的推移對(duì)自然環(huán)境和社會(huì)文化環(huán)境產(chǎn)生正面或負(fù)面影響，而人類應(yīng)充分利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。隨著全球進(jìn)入信息化時(shí)代，如何利用技術(shù)工程實(shí)現(xiàn)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展是值得深入思考的問題。作為教育工作者，教師可以在跨學(xué)科實(shí)踐環(huán)節(jié)挖掘技術(shù)史等素材，采用科學(xué)—技術(shù)—社會(huì)（STS）教學(xué)理念培養(yǎng)學(xué)生分析問題和辯證思考的能力，凸顯技術(shù)工程發(fā)展的社會(huì)屬性。

（三）加強(qiáng)K-12技術(shù)工程教育的學(xué)段連貫性

STEL技術(shù)工程素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了整個(gè)K-12階段。我國(guó)的科學(xué)新課標(biāo)和信息科技新課標(biāo)均凸顯了國(guó)家在政策層面上對(duì)技術(shù)工程教育的重視，但是義務(wù)階段與高中階段教學(xué)的連貫性還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。由于我國(guó)的K-12教育體系結(jié)構(gòu)與美國(guó)的差異較大，隨著分科和學(xué)業(yè)壓力的增加，技術(shù)與工程教育如何在初高中階段進(jìn)行整合與滲透還有待商榷?；谖覈?guó)國(guó)情，增強(qiáng)學(xué)段的連貫性可以從以下兩個(gè)方面出發(fā)。一方面可以考慮國(guó)家教育部門在編制課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)進(jìn)一步完善不同學(xué)段技術(shù)與工程教學(xué)內(nèi)容的銜接。目前國(guó)際上有兩種處理方式：（1）將工程教育與科學(xué)教育整合，例如《美國(guó)下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》中就明確規(guī)定了科學(xué)與工程實(shí)踐的具體內(nèi)容；（2）將技術(shù)與工程素養(yǎng)整合處理，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)并增強(qiáng)不同學(xué)段，尤其是義務(wù)教育與高中的銜接。另一方面需要注意在師范教育和職后教育中培養(yǎng)教師技術(shù)工程的教育能力，尤其是跨學(xué)科主題教學(xué)能力。目前我國(guó)的課程體系中，科學(xué)的相關(guān)學(xué)科、信息科技、綜合實(shí)踐活動(dòng)和勞動(dòng)課程中均已融入技術(shù)工程元素，但在實(shí)踐層面上還不構(gòu)成完整的系統(tǒng)。未來教師可以梳理學(xué)生已有的技術(shù)工程經(jīng)驗(yàn)，挖掘發(fā)展點(diǎn)，提高跨學(xué)科教學(xué)的針對(duì)性和有效性。而在學(xué)生選擇未來專業(yè)和職業(yè)的關(guān)鍵時(shí)期，高中教師可以充分挖掘教材中職業(yè)生涯教育欄目的素材，如化工工程師和環(huán)境保護(hù)工程師等內(nèi)容，將跨學(xué)科活動(dòng)與職業(yè)生涯教育相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生對(duì)技術(shù)工程領(lǐng)域的興趣?？傊?，K-12階段的技術(shù)工程教育能對(duì)學(xué)生生涯決策起到重要的引導(dǎo)作用，促進(jìn)技術(shù)工程人才培養(yǎng)進(jìn)入良性循環(huán)。

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（責(zé)任編輯：朱曉燦）