我国K-12工程教育的角色定位、价值取向和实现路径

/我国K-12工程教育的角色定位、价值取向和实现路径【摘要】随着时代发展对教育提出新的要求，K-12工程教育逐渐受到关注，被视为回应社会需要和培养综合创新人才的重要举措。然而，我国K-12阶段工程教育基础比较薄弱，对其认识尚不成熟，如何实施尚不明确。文章以“应该实施K-12工程教育”为前提，首先从抽象层面提出K-12工程教育应该以一种实践性教学模式的形式存在，这是工程教育固有特点和当前教育发展脉络共同决定的。接着，逐渐过渡到实践领域，提出实施工程教育应遵循的多元价值取向，作为实践的内部引领。最后，基于此系统地探讨了工程教育的实现路径，主要包括提倡结合实际情况因势利导，注重采取具体措施，利用K-12工程教育促进跨学段衔接沟通，并实现跨领域教育共生。【关键词】工程教育；K-12；定位；价值取向；实现路径

一、K-12工程教育的角色定位 K-12工程教育应视为一种实践性的教学模式，工程教育的存在不是依赖于特定科目的，而是依赖于实际教学活动的。在引入K-12工程教育时，其对其他类型教育是可以广纳、包容的，应当充分发挥K-12工程教育的综合载体作用。 (一)“实践—知识—实践”的教育发展 知识来源于生产实践，而又经过抽象和发展，和生产实践相对独立开来。教育在发展过程中，逐渐形成了以知识授受为主的样态，这一方面使人才培养具有普适性并提高了效率，另一方面也造成了和生产实践脱离的现象，这是产生“高分低能”等现象的深层原因。然而，认知最终要投身到实践中去[1]。近年乃至近几十年来，教育改革中都能找到向实践还原的意蕴，如“做中学”“核心素养”“综合能力”等。这些新型教育主张或者改革的目的是让课堂中的知识教学服务于实践，而不仅仅是以掌握知识为目的。这种还原是需要载体的，例如“跨学科教学”“STEM教育”等，通过精心组织不同学科领域的知识，构造具有“真实”和“综合”特性的教学活动。这样的教学活动，和生产实践有了更高的相似性，得以培养学生的综合能力。 (二)K-12工程教育的核心特质 K-12工程教育是否也要用类似的方式，即先选择出一定的知识体系，再研究用什么样的方式、活动实施教学，走一遍知识—实践的路径呢?答案或许是否定的。从根本上讲，这是由工程的特质决定的，工程作为一项人类活动，其本身属于生产实践范畴，如果从中抽象出知识体系，以工程知识为核心进行工程教育，那么它就与现存的科学教育同质化，无法对学生和教育体系带来新的帮助。工程教育应该直接对工程活动本身负责，而不是对工程活动中提炼出的知识和信息负责。因此，如果要证明学校中存在科技知识的教育，我们可以说学校中存在数学、物理等科目；而如果要证明学校中存在工程的教育，应该看学生做了什么事，例如学生制作了电控小车、搭建了模拟桥梁、制作了计算机软件等，而不是看学校中是否存在电子、机械、计算机等工科课程。即使是一些高校的工科专业，如果其工程教育是基于书本知识的传授来实现，而没有经过生产实习和实际操练，那么也很难说他是工程教育，显然也很难培养出工程人才。 总之，可以把工程教育视为一种实践性的教学模式。工程教育的存在不是依赖于特定科目的，而是依赖于实际活动的。本文基于工程活动的特点，进一步提出工程教育活动的三个特质。即，满足这三个特质的教学活动，就可以被视为在实施工程教育：一是依赖科学原理，该活动不应该是盲目的，或者完全经验的，应该确保科学知识在活动中发挥一定的指导作用，促进学生理解物理、化学、数学等学科的原理和应用，提升其对工程活动和科学知识之间关系的认识。二是改变物质客体，改变物质客体意味着该活动必然是动手的、实践的、外显的。对物质客体的改造是工程的核心特征之一，人类就是通过这种方式使自己更好地生存的，工程教育活动应该承袭该特质。三是基于真实需求，真实需求意味着工程教育的活动不能是一种纯粹的学术作业，它必然和社会是有交互的。满足需求、解决问题的过程同样是理解社会的过程，其中体现着工程的复杂性和人文性，在教学中应该注重将活动建立在特定需求上。 工程教育的实践性特质并不意味着可以脱离工程知识，而是意味着：当仅有工程理论知识教育时，不是工程教育；当理论和实践教育并存，并且理论支持着实践的时候，理论和实践教育都是工程教育的一部分。在现有的教育环境下，必须明确实践部分是工程教育的本质，工程教育体系要围绕实践部分建立，不能围绕知识体系建立。在“实践—知识—实践”的螺旋中，它可以直接服务左侧的原始实践的部分。 (三)工程教育与其他类型教育的关系 目前我国的教育体系已经非常庞大，K-12工程教育作为后来者，需要处理好与先来者之间的关系。在“实践—知识—实践”的螺旋中，左侧的实践是一种原始实践，直接面向生产；而右侧的实践带有更多的教育功能，更多地面向中间的“知识”部分。例如，右侧的教育性实践取向衍生出了“跨学科”“五育融合”“STEM教育”等潮流，使学生既掌握知识又能在一定程度上发展综合能力。K-12工程教育在根本上要服务左侧的原始实践，但也同时具有服务右侧的教育性实践的能力。其区别在于，服务右侧的教育性实践时，工程教育的直接目的可以不是培养生产实践能力，而是掌握特定知识。 在处理与其他类型教育的关系时，要注意到工程教育的这种能力，即承担右侧教育性实践的能力。目前的科学教育、技术教育、劳动教育、职业教育等，都能作为原料投入工程教育的熔炉之中，进行综合化和真实化的处理。这自然而然地适应了当今教育活动向“真实”“综合”发展的倡导，K-12工程教育因而具有重要的教育改革价值，对现存的其他教育是有利的。它能够充当一种综合载体，各个学科都可以在这个载体上施展拳脚，教育改革的一些尝试也可以在这个载体上得以实现。许多学者都已经意识到，工程教育可以充当转变育人模式的抓手。当K-12工程教育被引入教育体系时，会携带一套有自身特点的学习内容、教学方法、素养目标、实施方式等，进而形成一定的教育样态，并对整个教育系统产生一定的影响。 二、K-12工程教育的价值取向 (一)以国家和社会需要主导K-12工程教育全局 在任何一个社会的任何发展阶段，都有着由社会需要决定的核心价值观作为一元统领，例如我国就在一元的社会主义核心价值观统领下，发展多元的价值取向体系[2]。在这一体系下，教育的社会制约性决定了其目的首先源自社会需要，反映社会对人才培养的要求。具体到工程教育这一领域，国家和社会需要是工程教育的直接价值来源——由于工程对社会发展有价值，才催生出了对工程教育的需要。工程教育也因而必须为国家和社会的工程事业服务，这是其基本和主导性的价值取向。在推行K-12工程教育时，也只有依托国家和社会部门才能争取到足够的支持和动力。目前，我国已经在各类工程部门取得了丰硕成果，高等工程教育有序发展[3]。在K-12阶段的工程教育应该充分考虑未来需要，在新兴产业领域和卓越、创新工程师人才培养等方面布局。 要发挥价值取向的指引作用，除了坚定理念之外，还必须结合实际情况进行思考，以获得一定的实践启示。在为国家和社会服务的价值取向下，可以发现我国工程事业面临不少困境难点。如人才培养机器化、单一化不能满足新工科需求[4]，产业结构变化中存在明显的“脱实向虚”[5]，理工科学生比例下降[6]等。在实践上回应这一价值取向时，要注意到K-12阶段的一些特点。例如K-12阶段更注重基础素养而不是技术纵深，因此在多样化培养、促进非技术和技术内容融合上有优势；K-12阶段学生年龄更小，因此在工程兴趣培养上具有先发优势等。 (二)将学生中心思想渗入K-12工程教育具体实践 由于目前的研究对个人价值的思考比较薄弱，在个人取向下有必要进一步指明K-12工程教育的个人层面价值内涵，即其能给学生个人带来哪些切实好处。王建华指出，教育有强调可见功绩的所谓有用性，而熏陶精神、让人成为人更近于其本体价值[7]。K-12工程教育带来的个人好处，也可以从可见的世俗成功和精神的人格成功两方面思考。从世俗实利角度看，工程教育的实践性意味着其比科学教育更容易发挥生计价值。我国国民经济行业中的采矿、制造、电力、建筑、信息等类别，都可以通过工程教育来增进学生了解，使之在职业或专业选择时有信息和技能上的直接优势。此外，工程教育中包含分析技能、独创性、交流能力等的综合训练[8]，基于实践形成的综合能力很容易向其他领域迁移，这是知识所不能的。工程教育的精神和人格完善价值则更值得重视。我国K-12教育基本上是以科学知识教育为主的，而知识重新服务实践的环节严重缺失，用的范围总是被限制在纸笔考试之中。这使得知识成为“无活力的概念”，学生成为无活力的人[9]。一旦学生对知识形成无趣乏味的印象，乃至产生排斥心理，所谓的教育实际上会限制学生深度发展的潜能。现代工程实践是科学知识的主要应用场域，通过工程教育揭示学校教育内容的原本价值，让学生深刻意识到知识能够改造世界的现实，对学生的人格和价值观健康发展有重要意义。 K-12学生处于人生起步阶段，他们的阅历、见识较浅，因此在实践上教育者要注意对工程教育个人意义的揭露。首先，许多关于K-12工程教育的论述提及了其对人的作用，其实内隐的是前述社会取向——如“培养综合、创新人才”——根源上是国家和社会需要综合创新人才。对于个人而言，历史上存在不少专才，重复劳动也并非可耻。有着人本考量的陈述会在此基础上更进一步，变成“通过培养综合、创新能力以使学生更好地适应当代社会”。其次，考虑到K-12学生的认知基础，教育实践中要进一步向他们说明这种能力为什么能让他们更好地在社会上生存，这就要引导学生认识社会。最后，这种认识链条的打通，使得学生领悟到更好地适应社会需要也是在为自己谋发展，从而在社会和个人关系上取得统一。 (三)把促进教育自身革新作为K-12工程教育重要目的 K-12工程教育有重要的教育优化改革功能，这根源于其实践性特质，恰好契合了当前教育正经历的从知识到实践还原的过程。要坚持为教育本身服务的价值取向，以促进其效能的充分发挥。工程教育的引入能够促进K-12与高等工程教育间的衔接[10]；可以通过工程教育渗透职业教育内容，促进普职融通；工程教育的综合与实践特性，会使项目式、跨学科教学、真实情境下的教育等产生新的可能，推动五育融合教育等；工程教育作为教育新场域的引入，能为新数字技术开拓应用空间，进而推及其他内容的教育等。总之，工程教育天然具有综合、真实、创造、应用等特质，其能作为一种优质载体，充当转变育人模式的抓手。FROYD等研究指出了工程教育百年以来的五次主要转变，其中“应用教育、学习、社会行为科学的研究成果”作为第四次转变正在进行当中，这一转变涉及探究式学习、综合课程设计等的使用[11]。新的教育手段在工程教育中发挥作用，实际上也反证了工程教育作为一片新场域，来承载教育改革活动的能力。在K-12工程教育推行过程中要注意到其促进教育改革的价值，抱有为教育本身优化发展服务的教育本体取向，否则便发挥不出工程教育的全部价值。 在革新取向下结合我国K-12学段的特点，可以获得一些实践上的启示。由于K-12工程教育与当前教育改革趋势表现出很好的相性，在落实时可以顺势而为。例如，由于缺乏工程教育基础，要在某所学校实施工程教育可能颇受质疑，但是如果借助跨学科活动、五育融合等提法，并选取工程实践为载体，就有可能获得更多支持。此外，K-12工程教育基础的薄弱也要辩证地看待。这种开拓性任务一方面意味着更大的难度，另一方面从零开始反而不容易遭到现存框架的约束，在应对传统工程教育受到科学范式或技术范式困囿[12]，缓解应试教育的负面影响等问题上，可能有意料之外的效果。 三、K-12工程教育的实现路径 (一)因势利导：合理应用K-12工程教育策略 对于许多学校来说，推进工程教育仍然是从无到有的开拓性任务，需要解决师资、课程、设备、认可等系列难题。在这种环境下，应该充分考虑人、财、物等方面的优势和不足，因势利导采取可行的实现策略。例如在实际教学中可以优先考虑科普内容先行的教学尝试，不进行复杂的设计和实践活动，只需借助师生比较熟悉的讲授方式，就能够有效拓宽学生的视野，让学生在升学时的专业选择、就业时的职业选择上都更具主动权。许多学生，特别是欠发达地区的学生，往往面临信息渠道狭窄的问题，高度依赖来自家庭、学校的信息和来自网络的良莠不齐的信息。许多在教师、从业者看起来理所当然的情报，对学生而言可能已经属于可感范围之外，如此就造成了巨大的信息沟壑。同时，即使是缺乏实际工程经验的老师，通过阅读资料、实地参观等方法，也足以在较短时间内训练科普教育能力。 更进一步来讲，工程教育必然追求带有实践、动手特征的教学样态。对于有一定条件的学校，可以借助当前流行的教育改革趋势，开展带有实践性的工程教育。由于工程活动本身的综合性，K-12工程教育天然地契合跨学科活动、STEM教育、五育融合等提法，通过借势和同向，将工程教育视为一种实施载体，能有效推动工程教育落实并应对认可问题。从这个角度出发，教学实施者可以不说自己在进行“工程教育”，而是在进行“跨学科教育”“五育融合教育”等。在各种名义形式之下，关键是以工程实践为抓手，确保达到了工程教育和各类提法的真正意图。 (二)纵向合体：促进各级各类教育衔接 首先，就教育系统内部而言，应关注普通K-12阶段与高校之间的工程教育衔接问题。通过中学人才供给和大学人才需求更好的匹配，实现教育的系统性延续，是教育改革关注的重点[13]。以K-12工程教育促进跨学段衔接，最基本的就是通过工程内容的引入，使得学生在高校学习时有一定的先前基础。例如美国20世纪90年代早期开始出现中小学工程课程，在教学内容、方法等方面与高等工程教育表现出一致性[14]；美国纽约州为了帮助高中生应对当今时代的全球性挑战，着力于学生工程和工程技术能力培养，开发了STEMK-12项目并进行推广，帮助高中生获得了一定的专业经验甚至是大学学分，拉近了K-12与高等教育的距离[15]。 继而可以探索更多实现促进衔接和双向交流的体制机制，如让工科专业的本科生或研究生担任K-12拓展活动的导师。例如麻省理工学院和蒙特雷技术大学(TecnologicodeMonterrey)为了提高女高中生选择高等教育工程专业的比例，在2019年开展了“美丽图案2019”训练营[16]。美国国家科学基金会为了培养STEM研究生应对21世纪职业挑战的必要技能，已经设立了“STEM研究员参与K-12教育”(GraduateSTEMFellowsinK-12Education，GK-12)计划，让STEM研究生能够作为K-12学生的榜样，并传递最前沿的科学、技术、工程以及数学知识[17][18]。 其次，注重与职业教育的衔接和融通。职业教育在教学上实践性和技能性更强，并且即使在高中阶段，也素来存在教授工程的中职学校，在内容、教法等方面都能为K-12普通教育提供有益经验。此外，要设法充分发挥K-12工程教育的教育改革价值，使其充当普职加强沟通协作的连接点，可以将其作为公有课程促进普职间人、财、物等各要素的流通，作为“探索课程互选、学分互认、资源互通”的载体。 就对社会系统的影响而言，首先要意识到通过教育系统内部的优化能够产生自然的社会功能。K-12教育作为几乎所有学生都要经历的节点，这一阶段的改革带来的影响会在整个教育体系中累加，促进高等教育、职业教育等和社会产业关系更密切的教育类型的价值发挥。单就K-12阶段而言，可以将社会需求向工程教育的培养目标、教学内容转化。例如根据科技发展的形势在工程教育中强化新工科内容，根据地域产业特色开发校本课程并构造产教融合机制等。可以通过真实任务的方式对接特定项目，让学生在工程学习中也能有实际产出，此时教师必须对需求进行良好的分析，提取出K-12学生能完成的部分。这些实践要注意K-12教育的固有特性，把握好价值取向指引，意识到K-12根本上是人生发展的奠基阶段，将学生健全发展而非产业需要置于首位。 (三)横向融合：促进不同领域教育共生 当前目前许多工程教育案例还有很大的演示和探索性质，目的只在于展示工程教育如何开展，而没有形成完善的体系。工程教育单凭一次、几次的表演是不够的，必须在这些探索之上更进一步，结合我国的教育体系现实条件，形成长期、完构的K-12工程教育体系。在实现这种完构体系的过程中，我国的现状决定了将工程教育设为单独学科列出依然比较困难。因此可以先采取融入、合科等形式，逐步探讨独立开设的可能。融入可以理解为将相关内容作为知识单元或知识点出现在其他社目，合科则指作为某科目的一个子部分[19]。一般而言，我国的劳动教育、信息科技教育、科创教育、STEM教育以及职业发展教育等都是可以考虑且适合工程教育特征的学科领域，通过推动这些不