科学教育与技术教育的融合：造就现代创新人才新路径

1、科学教育与技术教育的融合：现代创新人才培养新路径顾建军国务院学位委员会教育学科评议组 成 员教育部普通高中技术课程标准研制组组 长南京师范大学 教育科学学院 、研究院 院 长科学OR技术？ 古希腊大哲学家亚里士多德（可能是最先把科学和技术分开来的权威人物），他认为：科学是知识，而技术则与人的实际活动相联系技艺能力或技能。科学技术在人类发展变化的下一个历史阶段，科学、技术、数学是变化的中心，它们引起社会变化、塑造社会变化，并应对社会变化，是今日儿童应对明日世界的基础。摘自2061计划内容提纲 一、融合的基础：当代科学与技术“共生”生态 二、融合的使命：培养现代创新人才 三、融合的路径：多元融合模

2、式的探索 四、融合的反思：融合的限度与区分度一、融合的基础：当代科学与技术“共生”生态共生与融合：科学概念内涵的变化斯坦福大学科学教育学者赫德(P. D. Hurd)教授指出:“今日自然科学与过去四个世纪的学科概念大不一样。”为了揭示当代科学内涵的这种深刻变化, 国外一些学者创造了许多新词汇来予以概括。美国科学哲学家拉涛尔(B. Latour)创造了“技术-科学”(technoscience)一词,以示当代科学与以往科学的区分。著名科学史学家普赖斯(D. D. Price) 则把今天的科学描述为“应用性科学”(applied science), 旨在揭示当代科学已不再是过去的“纯”科学了。此外

3、,还有人创造了“科-技”(sci-tech)一词揭示当代科学内涵的变化。上述科学概念内涵的变化标示了现代科学与技术的共生与融合的关系。现代科学与技术的共生与融合：科学与技术发展第三次技术革命是在现代自然科学革命的直接作用下并与其相互交叉而发生。它以量子力学、固体物理学、数学、高分子化学、分子生物学等为理论基础,以飞机和电子管的发明为起点 ,伴随雷达和无线电通讯技术的发展, 机电综合体和生产流水线的产生,导致以计算机为核心 ,包括空间技术、原子技术 、激光技术 、自动化技术 、高分子合成技术、半导体、超导体和新型材料技术在内的技术体系建立和完善起来 。这个技术体系有个明显不同于以往的新特点 ,就

4、是它们不仅更依赖于科学知识 ,而且科学向技术转化的周期也愈来愈短 。科学技术转化为生产力周期表（单位：年）由此可知，第三次科技革命期间，由于科学和技术的相互渗透，科研成果转化为生产力的时间越来越短。第二次科技革命与第三次科技革命的对比当下的技术革命带来什么？ 工业4.0 云技术 物联网 3D技术 微粒子技术科学的形态技术的形态科学与技术的关系前工业社会自然哲学，对自然界的一种总体看法（德谟克利特）技艺、技能简单工具如石质器械、弓箭等（亚里斯多德）完全分离：从事科学研究的是上层哲学家,而从事技术工作则是身份较低的工匠。传统工业社会特定领域的知识体系，如物理、化学、生物等（赫胥黎）机器、知识、经验

5、等改造自然的工具或手段（狄德罗、怀特海等）建立联系：技术为科学研究提供先进实验设备与动力。（马克思）现代工业社会科学发展高度分化与高度融合（赫德等）以现代科学为基础的高新技术兴起（海德格尔等）共生、互动：高科技发展形成科学和技术之间相互结合、相互渗透新关系科学与技术的共生互动关系对教育的影响 传统的科学教育是以理论知识为中心。近十年以来这种情况得到改变，设计与技术、物理与技术、化学与技术、地理与技术等开始进入学生的课程，成为科学教育的一个部分； 传统的技术教育主要强调“动手做”，强调技能，注重手工，关注学生的大肌肉、小肌肉运动，关注对技术工具的驾驭和包含材料在内的对象物的加工，注重身体姿势、状

6、态、力量、精度以及技术目标的达成。而现代技术教育的项目增加了“科学含量”更高的技术设计、技术试验、技术探究、技术体验等实践活动，主要是“动脑做”。 二、融合的使命：培养现代创新人才知识与技能增长方式变化“点式”增长到“框架式”增长“被动式”增长到“主动式”增长人才观的历史嬗变 在工业革命以前，人们推崇百科全书式 的“知识型”人才。（夸美纽斯） 在二十世纪中叶由于科学技术的激烈竞争，社会需要的更多的是“能力型”人才。（UNESCO)二十世纪末以来，随着知识经济时代与信息时代的到来，培养具有综合运用多种理论与方法解决实际复杂问题、非确定性问题、结构不良问题、进行深度学习的“创新型”人才。（OECD

7、)现代创新人才有效的终身深度学习能力知识与经验结构化和良好认知模型责任心与好奇心合作、交流和表达能力的素质结构 综合运用知识，解决不良问题、复杂问题的能力创造性想象、批判性思维权衡、优化、系统工程思维与理念转化、物化能力科学教育与技术教育的融合对于现代创新人才的培养具有独特的价值科学的本质在于“探索与发现”，技术的本质在于“发明与创造”，两者都指向“创新”，独立形态的科学教育与技术教育对于创新人才的培养都具有独立的价值和意义。然而，科学与技术在思维方式上有着本质不同，科学思维遵循的是“实证思维”，其强调的是逻辑的一致性。而技术思维更多地指向“工程思维”，其强调的是面向实践领域的“权衡、优化”等

8、过程。科学教育与技术教育的融合有利于科学思维与技术思维两种不同思维方式的结合，并产生1+12的叠加效应，形成良好的认知模式，有利于创新思维的培养。从科学教育与技术教育的过程来看，传统科学教育侧重于“内部认知”活动，而技术教育更加强调动手操作的“外部认知”，科学教育与技术教育的融合更加有利于学生“动手-动脑动心”，从而实现真正意义上的“做中学”培养学生的探究能力。新近的脑神经认知科学的研究也表明：科学教育与技术教育的融合有利于改善儿童的认知分布，促进儿童“左脑”与“右脑”的和谐发展，从而为创新思维的发展打下基础。科学教育与技术教育的融合能够培养学生综合解决问题的能力，能够培养学生的合作、交流与表

9、达能力，并能够在丰富的科技创新活动中发展学生的责任心，为现代创新素质的培养打下基础。 三、融合的路径：多元融合模式的探索(二)方法与着力点课程内容的 “嵌入式”融合课程模块的 “嫁接式”融合课程结构的 “整合式”融合课程体系的 “立交式”融合“嵌入式融合”案例1美国新一代科学教育标准（NGSS） 2010年7月NRC（National Research Council）公布的K-12科学教育框架（草案），以及1年后正式出版的K-12科学教育框架：实践、跨领域概念和核心概念（以下简称框架）标志着美国新一轮科学教育改革已初步完成，如今已经面世的新一代K-12科学教育标准（Next Generati

10、on ScienceStandards，NGSS，以下简称标准）则是该轮教育改革的标志性成果。 NGSS是奥巴马政府执政以来，采取一系列措施来提升美国在科技创新方面竞争力，培养创新性科技人才的重要科学教育改革的蓝本，这一科学教育改革蓝本的核心加强了科学教育与技术教育的深度融合。美国新一代科学教育标准（NGSS）：内容概要 NGSS的3个维度（Three dimensions）：即实践（practices）、跨领域概念（crosscutting concepts）和学科核心概念（disciplinary core ideas，即内容）。 NGSS尤其强调科学教育与技术、工程以及科学应用的联系。“

11、嵌入式融合”案例2中国义务教育科学教育标准 2001年颁布公布的小学3-6年级科学课程标准（实验）。 课程内容涉及领域：物质科学，生命科学，地球与空间科学，技术与设计等。 技术教育部分内容嵌入在科学教育课程之中。教育科学教育与技术教育“嫁接”式融合化学生命地球物质工程工艺能源信息材料设计试验“嫁接式融合”案例1中国江苏省普通高中课程基地 2012年开始建立的科学与技术有机嫁接的课程基地，在目标、内容、资源上有机嫁接。 江苏张家港梁丰中学的电子科学与技术课程基地。 江苏南京第一中学的地理科学与技术课程基地。“嫁接式融合”案例2加拿大、菲律宾等国家和地区的科学与技术课程 加拿大1-9年级的科学与技

12、术课程。 菲律宾的科学与技术学习领域。 香港、澳门、台湾的资讯科技。“整合式融合”案例1美国兴起、国际流行STEM教育 科学（Science） 技术（Technology） 工程（Engineering） 数学（Mathematics） STEM教育就是科学、技术、工程、数学的教育。英国的SATIS课程SATIS (Science and Technology in Society 社会中的科学和技术)是英国科学教育协会(Association for Science Education)在20世纪80 年代末开发的旨在进行STS 教育的科学课程改革教材。与传统的科学教材编写模式不同, 它以课

13、题研究的形式呈现教材内容。在SATIS教材中共有100 个这样的课题研究, 它们涉及到物理学、化学、生物学、医学、心理学、天文学、地理、农业、信息科学、音乐、食品、建筑、通信、采矿、机械、计算机等社会中几乎所有的科学和技术领域。其中每个课题研究基本上都是先提供一些背景知识或信息, 然后提出有关问题, 让学生通过讨论或实地调查活动等自己提出解决问题的方案。课程以社会问题为中心，将科学与技术知识以及应用能力整合起来。STC课程(Fused Curriculum)科学与技术的“合科课程”，是指将科学学科与技术学科按照一定的内在逻辑合并成为一个新的学科。合并后原来的科目不再单独存在，这一点与相关课程不

14、同。例如， STC课程（Science Technology and Children） “科技与儿童”就是将科学、技术与人文融合成为一种新的课程。“整合式融合”案例2综合实践活动是中小学阶段国家规定的必修课，包括研究性学习、劳动与技术教育、信息技术、社区服务与社会实践四部分内容。开展综合实践活动旨在让学生联系社会实际，通过亲身体验进行学习，积累和丰富直接经验，培养创新精神、实践能力和终身学习的能力。其突出的性质体现了综合性、实践性与活动性（1）综合性：对任何主题的探究都必须体现个人、社会、自然的内在整合，体现科学、技术、道德等内在整合。（2）实践性：综合实践活动课程的展开往往以各种活动为载体

15、，强调学生通过活动或亲身体验来进行学习，但不是为“活动”而“活动”。“叠加式融合”案例1中国高中科学教育学科课程标准 2003年颁布公布的普通高中课程标准（实验）。 课程模块在物理、化学、生物、地理基础上增加了新的模块：物理与技术，生物与技术，化学与技术、地理技术应用等。 技术教育部分内容叠加在物理、化学、生物、地理学科基础内容的基础上。“叠加式融合”案例2诸多国家科学教育、技术教育课程体系 日本1-9年级的理科课程、技术与家政课程，到了高中就是科学的分科课程、技术的分科课程。2000年澳大利亚颁布公布的普通高中课程标准（实验）。 澳大利亚2000年的8大学习领域：科学学习领域、技术学习领域。

16、 中国2015普通高中新课程中科学教育、技术教育的叠加式融合。科学教育与技术教育融合的路径探索三种类型：学科中心、学习者中心与问题中心。四种路径：一是“嵌入式融合”；二是“嫁接式融合”；三是“整合式融合”；四是“叠加式融合”。由此，科学教育与技术教育的融合可以形成四种形态的课程：科学与技术的联络课程、科学与技术的合科课程、科学与技术的广域课程、科学与技术的核心课程。科学与技术的联络课程（CorrelatedCurriculum） 科学与技术的“联络课程”，又可以称之为“相关课程”，是指在维持科学学科与技术学科原来的独立状态前提下，将科学学科与技术学科在一些主题或观点上相互联系起来。 例如物理学

17、中三角形稳定原理与技术设计中的结构选择就可以建立起内在的关联与联络。 科学与技术的联络课程可以弥补分科课程彼此分立而且封闭的状态，通过寻求各学科间的内在联系使学生的学习更有意义，也有助于优化学生的认知结构。科学与技术的广域课程(Broad Curriculum)科学与技术的广域课程是指能够涵盖整个知识领域的课程整体。科学与技术的广域课程和合科课程是很容易令人混淆的概念。两者有相似之处：都是将分支学科组织成为一个新的课程体系，而且被整合的各门学科都不再存在。两者也有区别：广域课程在范围上要比合科课程大一些。合科课程仍限于与原有学科知识相关的领域，而广域课程不仅包括与学科有关的领域，人类的所有知识

18、与认知领域都可以被整合起来。 如“综合自然科学”综合了物理、化学、生物、生理、生态、实用技术等。典型的科学与技术的广域课程形态为STEM课程。科学与技术的核心课程(Core Curriculum)科学与技术的核心课程，是指围绕一些重大的社会问题组织科学与技术课程与教学的内容，社会问题就象包裹在教学内容里的果核一样，因此被称之为核心课程。又因为这里的核心往往是问题，因此，又可以称为问题中心课程。前三种科学与技术的课程都是在学科领域的基础上进行的知识综合的课程形式，它们打破了原有的学科界限，是旧的学科课程的改进和扩展；而核心课程则是以解决实际问题的逻辑顺序为主线来组织教学内容的。典型的科学与技术的

19、核心课程形态包括STS课程、SATIS课程(Science andTechnology in Society 社会中的科学和技术) ，SSI课程(Socioscientific Issue社会性科学问题)，我国的综合实践活动课程中的研究性学习等。课程理念的转变意味着学习方式的转变 一个科学技术融会贯通的课程设计标志这科学技术环境结构化 一套合适的任务组合可以包括：制作一个遮挡阳光的装置、配制酸奶并讨论其配制方法、比较两种不同的绳子看哪一种适合用来提起不同的重物、研究如何使盆栽的小植物尽快长大、设计一个小巧的系统把两个物体固定在一起、测试不同材料的强度、使用简单的工具、试验不同的设计方案和制作简单的结构。它们需要运用概念、相互交流和执行程序，例如在午餐时如何疏导饭厅的人流量，如何在科学试验之后打扫教室等等。同品种的便于对花盆进行集中管气变化无常，续几。53 6 1 2情境设计 4： ：的 花 ,一 卉 ” 会 的 又 容 用 。新 了。 几 管 期 理 自 置 内 使 浇 花 学 但 个 家 水和 装学 天 ，师 同 为 ，大 六 家商， 况 发现有 由于了 发现，