科學(xué)教育與技術(shù)教育的融合

我們今天在討論科學(xué)教育與技術(shù)教育關(guān)系的時候，與其說討論二者的關(guān)系，不如說是討論現(xiàn)代技術(shù)的特征、技術(shù)的形態(tài)、技術(shù)的結(jié)構(gòu)、技術(shù)的屬性、技術(shù)的形成方式有了哪些變化；與其說討論科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，不如說是在討論一種人才培養(yǎng)的理念——現(xiàn)在需要什么樣的人才，這些人才究竟是單一化的、碎片化的，還是綜合性的；與其說在討論科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，不如說在討論一種課程思想與模式。

本文將沿著如下的思路與問題展開。首先是科學(xué)與技術(shù)融合的基礎(chǔ)是什么。如果說沒有基礎(chǔ)，皮之不存，毛將焉附？其次是融合的使命。我們面向未來，融合走向哪里，它的價值是什么。第三是融合的路徑，實際上是講何以融合。最后是融合的反思，怎樣能把融合做得更好。

融合的基礎(chǔ)——當(dāng)代科學(xué)與技術(shù)的“共生”生態(tài)

當(dāng)代科學(xué)與技術(shù)之間有一種生態(tài)變化的關(guān)系，我在這里用“共生”的概念來反映這種關(guān)系。斯坦福大學(xué)科學(xué)教育學(xué)者P. D. Hurd教授指出：“今日自然科學(xué)與過去4個世紀的學(xué)科概念大不一樣。”為了揭示當(dāng)代科學(xué)內(nèi)涵的這種深刻變化，國外一些學(xué)者創(chuàng)造了許多新詞匯予以概括。美國科學(xué)哲學(xué)家B. Latour創(chuàng)造了“技術(shù) 科學(xué)”（technoscience）一詞，以示當(dāng)代科學(xué)與以往科學(xué)的區(qū)分。著名科學(xué)史學(xué)家D.D. Price則把今天的科學(xué)描述為“應(yīng)用性科學(xué)”（applied science），旨在揭示當(dāng)代科學(xué)已不再是過去的“純”科學(xué)了。此外，還有人創(chuàng)造了“sci-tech”一詞，揭示當(dāng)代科學(xué)內(nèi)涵的變化。上述科學(xué)概念內(nèi)涵的變化標示了現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的共生與融合的關(guān)系。

當(dāng)然，現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)共生與融合的背后實際上是科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展。比如說第三次技術(shù)革命是在現(xiàn)代自然科學(xué)革命的直接作用下，并與其相互交叉而發(fā)生的，這個技術(shù)體系有個明顯不同于以往的新特點，它不僅更依賴于科學(xué)知識，而且更重要的是科學(xué)向技術(shù)轉(zhuǎn)化的周期越來越短。工業(yè)4.0、物聯(lián)網(wǎng)、3D打印技術(shù)，還有創(chuàng)客等，這些技術(shù)對于科學(xué)與技術(shù)的融合，又帶來了很多機遇。我們可以看到科學(xué)與技術(shù)結(jié)合的能量，產(chǎn)生和釋放出來的生產(chǎn)力。

這種變化，對教育也造成了影響。傳統(tǒng)的科學(xué)教育以理論知識為中心。近10年以來這種情況得到改變，設(shè)計與技術(shù)、物理與技術(shù)、化學(xué)與技術(shù)、地理與技術(shù)等開始進入學(xué)生的課程，成為科學(xué)教育的一部分。傳統(tǒng)的技術(shù)教育主要強調(diào)“動手做”，強調(diào)技能，注重手工，關(guān)注學(xué)生的大肌肉、小肌肉運動，關(guān)注對技術(shù)工具的駕馭和包含材料在內(nèi)的對象物的加工，注重身體姿勢、狀態(tài)、力量、精度，以及技術(shù)目標的達成。而現(xiàn)代技術(shù)教育項目則增加了“科學(xué)含量”更高的技術(shù)設(shè)計、技術(shù)試驗、技術(shù)探究、技術(shù)體驗等實踐活動，主要是“動腦做”。

融合的使命——培養(yǎng)現(xiàn)代創(chuàng)新人才

融合的使命，就是培養(yǎng)現(xiàn)代的創(chuàng)新人才，這也是國家戰(zhàn)略。另一方面，為什么說人才培養(yǎng)要講究融合，實際上是現(xiàn)在知識與技能的增長方式發(fā)生了變化，由“點式”增長變成了“框架式”增長——在認知結(jié)構(gòu)上、認知框架上尋求新的知識的增長方式。也正因為科學(xué)與技術(shù)的結(jié)合，造就了一種新型的認知方式。在這個過程中，還有“被動式”增長到“主動式”增長，“可言知識與技能”增長與“緘默知識與技能”增長。

在工業(yè)革命以前，人們推崇百科全書式的知識型人才。在20世紀中葉，由于科學(xué)技術(shù)的激烈競爭，社會需要得更多的是能力型人才。20世紀末以來，隨著知識經(jīng)濟時代與信息時代的到來，需要培養(yǎng)的是具有綜合運用多種理論與方法解決復(fù)雜情境問題、非確定性問題、結(jié)構(gòu)不良問題，并進行深度學(xué)習(xí)的創(chuàng)新型人才。

科學(xué)教育與技術(shù)教育的融合對于現(xiàn)代創(chuàng)新人才的培養(yǎng)具有獨特的價值。從科學(xué)教育與技術(shù)教育的過程來看，傳統(tǒng)科學(xué)教育側(cè)重于“內(nèi)部認知”活動，而技術(shù)教育更加強調(diào)動手操作的“外部認知”，科學(xué)教育與技術(shù)教育的融合更加有利于學(xué)生“動手動腦動心”，從而實現(xiàn)真正意義上的“做中學(xué)”，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。科學(xué)教育與技術(shù)教育的融合能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的合作、交流與表達能力，并能夠在豐富的科技創(chuàng)新活動中發(fā)展學(xué)生的責(zé)任心，為現(xiàn)代創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。

融合的路徑—一多元融合模式的探索

課程內(nèi)容上的嵌入式融合

《美國新一代科學(xué)教育標準》（NGSS）是培養(yǎng)創(chuàng)新性科技人才的重要科學(xué)教育改革藍本，它的核心是加強了科學(xué)教育與技術(shù)教育的深度融合。NGSS尤其強調(diào)科學(xué)教育與技術(shù)、工程及科學(xué)應(yīng)用的聯(lián)系。它實際上已經(jīng)把技術(shù)與工程、技術(shù)設(shè)計嵌入到科學(xué)教育標準當(dāng)中去了。我國義務(wù)教育階段課程內(nèi)容涉及領(lǐng)域包括物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)，地球與空間科學(xué)、技術(shù)與設(shè)計等；技術(shù)教育部分內(nèi)容也嵌入在科學(xué)教育課程之中。

課程模塊上的嫁接式融合

嫁接式融合實際上就是怎么把科學(xué)和技術(shù)有機地嫁接起來，實現(xiàn)一種新的融合。舉一個課程案例，南京市一中的地理科技實踐課程基地就特別注重了科學(xué)教育與技術(shù)教育的嫁接式融合，課程分為3級。第1級在科學(xué)的基礎(chǔ)上進行，自然地理、區(qū)域地理、人文地理。第2級就有了天文、“動手做”地理。第3級是技術(shù)與科學(xué)的融合更加放得開。第1級課程如驗證溫室效應(yīng)，可以通過觸摸式電腦一體機、網(wǎng)絡(luò)互動、語音立體地圖等，另外配備了風(fēng)力地貌、流水地貌、喀斯特地貌、冰川地貌等實驗。第2級“動手做”地理，結(jié)合學(xué)生興趣、學(xué)校特色、高校資源等進行科學(xué)實驗。到了第3級內(nèi)容就更加豐富了，融入了很多因素。比如開展天文觀測，開展氣象實時監(jiān)控等。另外比如進行地理測量，讓學(xué)生測量學(xué)校的平面圖，設(shè)計月球、地球模型，制作晝夜長短演示學(xué)具等。再舉一些其他國家和地區(qū)的例子。加拿大1-9年級的科學(xué)與技術(shù)課程，菲律賓的科學(xué)與技術(shù)學(xué)習(xí)領(lǐng)域，我國香港、澳門、臺灣的資訊科技，實際上也都是把科學(xué)與技術(shù)嫁接在一起。

課程結(jié)構(gòu)的整合式融合

美國和國際流行的STEM教育，英國的SATIS課程，實際上都是在整合的基礎(chǔ)上進行的。還有STC （Science Technology andChildren）這樣的課程模式，它把科技與兒童將科學(xué)、技術(shù)、人文整合成一種新的形態(tài)。我國的綜合實踐活動課程是國家規(guī)定的中小學(xué)階段必修課，包括研究性學(xué)習(xí)、勞動與技術(shù)教育、信息技術(shù)、社區(qū)服務(wù)與社會實踐4部分內(nèi)容，其突出的性質(zhì)體現(xiàn)了綜合性、實踐性與活動性，也具有整合式的特點。

課程設(shè)計上的疊加式融合

舉幾個例子進行說明。日本1——9年級的理科課程、技術(shù)與家政課程，到了高中就是科學(xué)的分科課程、技術(shù)的分科課程，也就是在融合的基礎(chǔ)上分化、在分化的基礎(chǔ)上融合。澳大利亞2000年的中小學(xué)8大學(xué)習(xí)領(lǐng)域中就包括科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域、技術(shù)學(xué)習(xí)領(lǐng)域。我國2015年普通高中新課程也體現(xiàn)了科學(xué)教育、技術(shù)教育的疊加式融合，加拿大魁北克省一些學(xué)校大量選修課程中的40%以上是技術(shù)與科學(xué)的融合。在不久的將來，大家都能看到這種融合的趨勢和形態(tài)。

綜上所述，如果講路徑的話，就是4種融合方式；如果講形態(tài)的話，是科學(xué)與技術(shù)的聯(lián)絡(luò)課程、科學(xué)與技術(shù)的合科課程、科學(xué)與技術(shù)的廣域課程，以及科學(xué)與技術(shù)的核心課程。

課程理念的轉(zhuǎn)變意味著學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，如何將科學(xué)教育、技術(shù)教育融合的學(xué)習(xí)方式集聯(lián)結(jié)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、實踐學(xué)習(xí)、拓展學(xué)習(xí)等于一體呢？舉一個情境設(shè)計的例子。

高中1年級第2學(xué)期，同學(xué)們開始學(xué)習(xí)“控制及其設(shè)計”內(nèi)容。新學(xué)期一開始，教師為了改善和優(yōu)化教室的室內(nèi)環(huán)境，配置了一些不同品種的盆花，由于不同種類的盆花需要的水量不一樣，有同學(xué)提議結(jié)合控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容的學(xué)習(xí)，設(shè)計一個能夠符合不同品種盆花水量需要的人工澆水裝置。這就需要了解這些花草的習(xí)性、消耗水分等情況，思考如何實施不同水量的控制手段，以及控制裝置又是如何滿足于這種要求的。

1周時間過去了，根據(jù)不同品種盆花水量需要的人工定量澆水裝置開始使用了。但是大家發(fā)現(xiàn)，由于周六日沒有人到學(xué)校澆水，需要設(shè)計一個裝置，便于對花盆進行集中澆水。同時大家還發(fā)現(xiàn)人工澆水常常有水滲出，于是改進了原有裝置，把花盆澆水后滲出的水收集進行二次使用。

又1周過去了，同學(xué)們學(xué)習(xí)到了自動控制系統(tǒng)原理與技術(shù)，有同學(xué)建議設(shè)計一個能夠定時定量自動澆水的裝置，這樣就不會有水滲出和浪費，同時也可以節(jié)省人工管理的時間。經(jīng)過一定的設(shè)計分析和方案物化，能夠根據(jù)不同盆花品種水量需要的自動定時定量澆水裝置設(shè)計并試驗成功了。

隨著天氣的轉(zhuǎn)暖，天氣變化無常，有同學(xué)發(fā)現(xiàn)安裝了自動澆水裝置的部分盆花的根部開始霉?fàn)€，長勢很差。大家開始分析原因，并提出改進方案，提出設(shè)計一個自動適應(yīng)氣候變化的定時定量自動澆水裝置。這里，天氣問題、下雨的雨量問題、花草樹木對氣候的適應(yīng)性問題，等等，涉及到很多科學(xué)問題。

暑假到了，住在學(xué)校附近的章宇宙同學(xué)負責(zé)花卉的澆水和管理工作。但2周后章宇宙有一個遠途旅行，在同學(xué)們的建議下，章宇宙設(shè)計了自己的基于手機終端的班級花卉自動控制與遠程監(jiān)測系統(tǒng)，以便自己隨時察看盆花的狀況，實施管理。

又過去2個星期了，班上2個女同學(xué)提出她們非常想念花卉，想看看花卉的最近狀況。于是大家商量，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等，設(shè)計與制作了一個實現(xiàn)全班同學(xué)用手機遠程監(jiān)控和共同管理的遠程控制系統(tǒng)，并增加了施肥、澆水、成長記錄與分析功能，以便在系統(tǒng)與工程意義上為花卉管理系統(tǒng)的改進和優(yōu)化提供自己的建議。

融合的反思——融合的限度與區(qū)分度

科學(xué)教育與技術(shù)教育的融合并非完全消解科學(xué)與技術(shù)的差別。即使在現(xiàn)代社會，科學(xué)與技術(shù)仍然有不同的“范式”，有著諸多“不可通約性”。因此，要保持科學(xué)教育與技術(shù)教育的有機融合性和適度獨立性，實現(xiàn)二者“共生——良性互動”。此外，伴隨著現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)高度融合與高度分化兩種并行不悖的趨勢，科學(xué)教育與技術(shù)教育的融合必須有所側(cè)重，應(yīng)以某一方面為中心進行融合，而非僅僅是不分彼此的“混合”，進而形成人類知識結(jié)構(gòu)的“混沌”現(xiàn)象。

總之，從當(dāng)代科學(xué)與技術(shù)的高度融合這一科學(xué)與技術(shù)關(guān)系的最基本形態(tài)出發(fā)，應(yīng)當(dāng)確立“大科技教育”觀，采取多種路徑和策略，進一步加強科學(xué)教育與技術(shù)教育的融合，開發(fā)出多種形態(tài)、多種樣式的科學(xué)與技術(shù)融合課程，促進適應(yīng)現(xiàn)代創(chuàng)新人才培養(yǎng)的社會性需求，以此促進科學(xué)教育與技術(shù)教育的價值結(jié)構(gòu)化和教育現(xiàn)代化。