科學課程標準中“工程與技術”內容變革研究

涂貝爾 魏曉東

摘? ? ? 要?教育部4月發布了《義務教育科學課程標準（2022年版）》，其中工程技術教育的內容與以往科學課程標準相比有所增加，縱觀歷年發布的科學課程標準可以發現我國始終堅持加強工程技術教育的導向。基于2011年以來三次科學課程標準的改動，結合工程技術發展對教育的宏觀與微觀影響，根據工程技術的內在屬性分析工程技術教育與科學課程的內在聯系。通過審視近十年來各省綜合科學課程改革的內容與教科書的改動，解讀課程標準中工程技術內容的發展趨勢，提出改進義務教育階段工程技術課程的建議。

關 鍵 詞 科學課程標準? 工程與技術? 工程技術教育

引用格式 涂貝爾，魏曉東.科學課程標準中“工程與技術”內容變革研究[J].教學與管理，2023（18）：79-83.

2022年4月21日，教育部發布了《義務教育科學課程標準（2022年版）》，其中所提到的技術與工程方面的課程內容相較于2011年和2017年的課程標準有所修繕。這意味著從2017年我國在高等教育領域啟動“新工科”建設后，其影響已逐漸滲透到基礎教育之中。回顧我國義務教育階段的科學課程標準的改革歷史可以發現，教育部在2001年設置義務教育階段科學課程標準時，并未設置與工程技術相關的課程內容。在2011年發布的《義務教育初中科學課程標準（2011年版）》（以下簡稱2011版初中科學課標）中，我國開始將工程與技術設置為初中科學課程內容的一部分。我國在2011年曾經有一部《全日制義務教育科學（3～6年級）課程標準（實驗稿）》，但由于其科學課程只涉及三至六年級學生，與當時科學課程從一年級開始的設置不符，因此該修訂稿未能出臺[1]。通過查閱資料發現，在2011版小學科學課程標準中與工程技術有關的內容僅僅出現在課程目標的情感態度與價值觀中，并未在學習內容中提及工程與技術知識。在2017年的《義務教育小學科學課程標準（2017年版）》（以下簡稱2017版小學科學課標）中，工程與技術首次以獨立學科領域的方式進入小學的科學課程標準中[2]。在《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱2022版科學課標）中，小學科學與初中科學不再互相獨立設置科學課程標準，而是改為以九年為整體進行課程規劃，使科學教育綜合分布至義務教育的每一年中，確保了課程設置的連貫性和一體性，到2022版的科學課程標準發布，工程教育進一步成為義務教育階段科學課程的主旋律，鞏固了工程教育在義務教育中的重要地位。

一、科學課程標準中“工程與技術”內容的變革

我國的課程標準在宏觀課程方面的作用包括規定課程性質、厘清課程基本設計理念、明確課程設計思路與課程內容，在微觀教學方面的作用主要包括制定教學目標，明確教學內容的組織形式、教學的主體、教學活動的開展方式[3]。下面將從以上方面分析工程與技術在我國科學課程標準中的歷史差異。

1.課程目標的維度與深度升級

（1）初中階段的比較

2011版初中科學課標修訂時間較早，對技術與工程方面的課程目標并未嚴格按照學段劃分，而是粗略地將技術與科學、社會、環境相整合，將工程與技術方面的課程目標獨立于科學探究、知識與技能、情感態度與價值觀之外，提出了名為“科學、技術、社會、環境”的課程目標，下設五個分目標[4]。根據加涅的學習結果分類進行分析，可以發現此版本課程標準中的工程與技術內容只涉及言語技能、智慧技能和態度。并且在智慧技能中的層次只能達到辨別與概念的層次，無法觸及規則與高級規則的層次[5]。因此，在2011版初中科學課標中，工程與技術課程目標只包含言語技能、智慧技能與態度，不包括動作技能與認知策略。

2022版科學課標將初中三年劃為一個學段。與2011版初中科學課標相比，細化了具體的學段目標要求，使課程目標更易于理解操作。在每一個學段使用科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任四個維度對工程技術水平進行規定。初中階段的技術工程課程目標進一步深化為“理解、分析、處理、建構、檢驗、評價、反思、設計、實施、自主學習”。在2022版科學課標中將義務教育階段的工程技術課程目標從“了解”變為“應用”“設計”“反思”[6]，實現了從世界觀到認識論與方法論的升級。

（2）小學階段的比較

2017版小學科學課標將技術與工程的課程目標以兩年為一個階段劃分為三個階段。首先是將“科學、技術、環境、社會”改為了“技術與工程”[7]這一改動將工程這一概念正式加入了科學課程標準中。2017版小學科學課標中增加了“動手”“設計”“解決”等動詞，其中“設計”這一詞語是工程區別于技術的本質特征，至此科學、工程、技術真正在課程標準中全部體現。

首先，2017版小學科學課標的課程目標的制定在一定程度上借鑒了2011版初中科學課標，沿襲了“科學、技術、社會、環境”的主題表述，將總目標設定為了解科技在日常的應用、科技對社會發展的影響、了解科技與自然的關系三個方面。其次，在課程目標的闡述方式上，由于工程內容的加入和工程技術地位的提高，2017版小學科學課標的課程目標以兩年為一個學段設立三個學段目標，將工程技術目標按照總目標的三個維度進一步細化闡述，目標設置較為具體，可操作性較強。再次，2017版小學科學課標每一階段的課程目標在實施上并不與前一階段相互獨立，而是在上一階段的基礎上加以豐富和提升，課程內容排布呈現出螺旋上升的態勢。2017版小學科學課標的難度已經與2011版初中科學課標難度相當，雖然難度僅僅是“了解”，但因為學段的不同，已經可以視為工程技術課程的一次下沉與普及。但是其深度仍局限于“知道”“了解”和“簡單任務”，并未體現出工程技術所具有的復雜性和條件性。最后，課程目標首次將人工世界與自然世界區分開來，意味著工程技術已經獲得了與科學不同的獨特的學科特征與研究方向，具體表現為科學傾向于研究何為自然世界，工程技術傾向于研究如何改變世界。

2022版小學科學課標在小學工程技術課程目標方面設置與2017版小學科學課標相同的三學段制。在小學階段的學段目標表述上，從“意識到、了解到”擴充為“能運用、能提出、能制定、能講述”[8]，此階段的小學學段的課程目標已經超越了以往的初中工程技術課程目標的難度。從課程目標的變化可以得知，工程技術課程目標的實現難度逐漸提高，2022年的小學工程技術課程目標相較于2017年的小學工程技術課程目標，在維度與深度上進一步加強，是工程技術課程的第二次下沉。

2.課程內容的框架更加完善

2011版初中科學課標在課程內容方面關于工程與技術方面的課程內容被分為四個主題，分別為：科學、技術、社會、環境的關系，科學技術史，技術設計與當代重大課題。其中在技術設計主題中，明確提到了三點，分別為“按照技術設計過程制作簡單的作品、設計地球儀和直流電機模型、利用簡單機械的有關原理設計實用的玩具或裝置”[9]。

2017版小學科學課標在課程內容方面將工程技術課程內容大致分為“了解人工世界、了解和使用技術、了解和運用工程設計”三個方面。在1～2年級側重了解人工世界，3～4年級在三個方面均有涉獵，5～6年級側重理解技術和工程設計[10]。在課程內容后附以相應年級的學習目標，幫助教師把握每個學段學生工程技術應達到的水平。該版本的課程內容將技術與工程的定義與特征分離開來，點明了技術的核心是發明，工程的關鍵是設計。隨著技術與工程的清晰界定，工程與技術在課程中各自所占的比例得以量化，有利于教師把握工程技術課程設計的重點與難點。

2022版科學課標在課程內容方面將工程技術相關內容分為兩章，每章分三節，共六節進行闡述。第一章為技術、工程與社會，偏重工程理論知識的傳授和科學工程技術態度的培養，內容涉及技術與工程的含義、技術與工程的作用、科學技術工程之間的相互影響。第二章為工程設計與物化，偏重工程技術的實踐方向，課程內容涉及工程問題的界定、工程的設計、工程的物化。與2011版和2017版課程標準相比，2022版科學課標的課程內容更傾向于安排學生自己動手設計、制作、檢驗與改進。2022版科學課標在課程內容后附加了對每個學段學生的學業要求，每個學段的學業要求都是一個完整的工程設計與物化活動框架[11]，從低學段到高學段賦予這個框架不斷豐富的內涵和外延。

3.課程實施的保障進一步加強

（1）課程評價維度不斷豐富

2011版初中科學課標面向初中生，在課程評價方面，建議通過課堂討論、設置行為表現任務結合傳統評價方式來評價學生對技術設計過程和環節的理解，通過聯系實際、創設情境等方式評價學生的工程技術能力[12]。2017版小學科學課標作為小學階段的課程標準，在工程技術方面的課程評價側重于考察學生對于科學、技術、社會與環境相互關系的了解[13]。

2022版科學課標在課程評價方面對小學、初中的評價方式與評價尺度進行了統一。2022版科學課標并未像前兩版一樣使用大而籠統的教育評價原則進行概括，而是采用了學業質量描述的方式，從科學觀念、科學思維、探究實踐、責任態度四個維度對學生應該達到的工程技術水平作詳細說明，這一改動明確了工程技術課程評價的維度，有助于區分工程技術活動中學生表現行為的類型，使得學校對學生的工程技術水平進行量化測試成為可能。課程標準強調，采用非紙筆測試的方式重點評價學生的科學探究能力、技術與工程實踐能力、創新解決實際問題的能力[14]。在采用紙筆測試的學業水平測試里課程標準建議試題情境有機融合科學技術社會環境要素。

（2）課程實施案例更具有指導性

首先，課程實施案例數量更多。在2011版初中科學課標中所提及的4個案例未涉及工程技術領域，2017版小學科學課標使用了“暗盒里有什么（3～4年級）”與“水火箭的制作與發射（5～6年級）”兩個與工程技術領域高度相關的案例[15]，實現了從無到有的飛躍。2022版科學課標使用“制作指南針（3～4年級）”“設計一座橋（5～6年級）”“不同的季節（1～2年級）”“制作新型液體密度測量工具（7～9年級）”“低頭看手機的危害（7～9年級）”五個工程技術領域相關案例[16]，相比于2017版的教學案例，2022版課程標準增加了為一二年級設計的工程設計教學案例，并為更高學段準備了更加豐富的工程技術課程案例。

其次，課程實施案例細節更豐富。2017版課程實施案例包含內容標準、學習目標、教學過程、案例評析四個部分。在2022版課程實施案例中增加了核心概念和教學思路兩個模塊。核心概念幫助教師設計工程技術課程時厘清課程的重點，教學思路則幫助教師串聯工程技術中紛繁復雜的知識點。在課程案例的課時數方面，2017版小學科學課標中的案例為一課時的獨立課程；2022版科學課標中的課程實施案例有單課時的設計物品的短課程，有三個課時包含認識、制作、改進三方面內容的中課程，有貫穿三個年級不斷變得復雜靈活的長課程。

最后，跨學科學習趨勢更強。2017版小學科學課標中課程案例的設計思路僅限于提升學生的工程設計和實現能力。在2022年的課程案例中，各種科學原理與技術被融合進工程技術課程中，使課程呈現出由真實問題驅動、由工程設計領導、由科學技術實現、由科學知識筑基的跨學科學習趨勢。

二、科學課程標準變革對教科書的影響

１.綜合科學課程的式微與工程技術的邊緣化

對2011版初中科學課標所產生的影響進行分析，發現2011版初中科學課標作為2003年新課改的修訂產物，雖然由教育部推出，但是其影響頗為有限。在2011年之前，上海師范大學就出版過初中《理科》教科書，此后浙江、北京、武漢都嘗試推行過綜合科學課程，由于傳統分科教師的不適應與家長的抵觸，隨著湖北武漢科學實驗課程退出和深圳南山區改革示范點回歸分科[17]，大部分地方的綜合科學課程改革不了了之，小部分作為選修課程退居一隅，僅剩下浙江省和上海市開設初中科學綜合課程。在當時作為科學課程“附庸”的工程技術課程，也只有在浙教版和華師大版的科學課程中以補充閱讀的方式存在。

在華師大版的初中科學教科書中，與工程技術有關的內容以“科學、技術、社會、環境”的閱讀角形式呈現，并且在九年級下冊單設一章“科學與社會發展”，對科學與技術的重要性做了較為籠統的介紹。在浙教版的初中科學教科書中，工程設計所占的比重相較于華師大版更大。首先在浙教版教科書中，也有與華師大版教科書一樣的“科學、技術、社會、環境”的閱讀角呈現形式，但沒有單獨的章節介紹科學與技術，而是在每一個學期都安排四到五個研究性課題，包括設計海水凈化裝置、設計自行車摩擦力調節措施、噪聲污染控制、社會調查、設計電磁電路、設計研究植物呼吸的實驗等。在相應的課題中也明文標注了此課題的目標為培養動手操作的技能。

綜上，2011版初中科學課標在實際教學中影響的地域范圍較小，雖然在工程技術方面有所側重，但在實際執行的過程中，受應試教育評價系統的制約，導致工程技術課程往往在教學實踐中被教師和學生忽視，成為學生的“自學課程”或“興趣課程”。

２.綜合科學課程的興起與工程技術地位提升

教育部推出2017版小學科學課標之后，各地積極響應修訂教科書，發行了人教版、蘇教版、教科版的小學科學教科書。人教版教科書在每學期的最后一章獨立設置技術與工程課程，按照認識、設計、制作、測試、改進的順序推進教學，所占篇幅為每學期一章。在人教版的科學課程教科書中，工程技術已被看作是與科學課程同等重要的課程，工程技術的地位在課程標準發布后已得到進一步提升。蘇教版教科書在一年級開設技術相關的制造課程；在二三四年級開設與工程相關的“像工程師那樣”專項學習課程，以問題、要求、限制條件三類工程基本要素搭建工程教學任務；在五六年級開設建模與設計任務。總體而言，蘇教版教科書呈現出由淺入深的課程設置趨勢，較好地囊括了工程與技術的基本要素，體現了工程與技術的基本特征。但篇幅較短，且工程技術相關的學習僅作為專項學習而非正式章節存在，平均在六十頁左右的教科書中僅占三頁的篇幅。可見，蘇教版教科書的工程技術課程的地位仍屬于科學課程的附庸。教科版教科書在每一個學期的某一章科學課程中加入一小節專門開展“做一個小物品”的工程技術相關課程，到六年級之后留出四分之一的篇幅專門開展“小小工程師”和“工具與技術”課程，在低年級時工程技術課程所占課時量為每學期一節，在高年級時工程技術課程所占課時量提升為每學期一章。教科版教科書的工程技術課程特點是循序漸進，由具象到抽象，從給定制作方法到引導自行設計。可以看出，教科版教科書在給予工程技術課程足夠的尊重，將工程技術納入到科學課程中的同時，還合理考慮了學生的年齡階段特征進行工程技術課程的編排。

三、工程技術在科學課程中的發展趨勢

工程技術進入科學課程標準已有十一年，對中國科學教育和工程人才培養起到重要的推動作用。教育改革作為一個動態發展的過程，需要不斷審視歷史，發揚長處，彌補不足。縱觀工程技術內容在科學課程中的發展，呈現出四種趨勢。

１.工程技術的地位不斷提高

從2011年的工程技術作為科學課程的拓展閱讀模塊開始，到2022年工程技術知識與科學知識并列于13個科學課程內容之中。工程技術內容在課程標準中所占的比重提高，工程技術目標闡述細化，針對工程技術的教學案例設計增加。工程技術從一開始被視為發展學生科學知識的手段，到今天工程技術成為科學課程目標之一，其主要原因是工程技術在宏觀上符合人才培養的需求，在微觀上符合綜合科學課程改革的方向。數次變革證明工程技術在課程標準中的地位正在從非主流走向主流，從次要變為重要。

2.工程技術與科學的辯證關系不斷深化

2011版初中科學課標在前言中提到：“科學和技術二者的關系一方面以不斷分化的方式向縱深發展，另一方面又表現出前所未有的相互滲透。”在2022版科學課標中，將表述改為“科學、技術與工程三者相互影響相互促進”。事實上，科學是近代工業革命的產物，而工程早在原始人時期就已出現。工程、技術與科學是三個相互聯系又相互區分的概念[18]。工程指向設計與實現人工世界，科學指向探索自然世界，技術則是科學知識物化用以輔助工程實現的媒介。由課程標準認識到，工程既應該是研究科學的手段，也應該是科學研究的目的。

3.工程技術在教育領域不斷下沉

工程技術內容一開始只在2011版初中課標中有所體現，隨著2017版小學科學課標的發布，初中難度的內容開始進入小學階段。到2022版科學課準中，原屬于初中階段的工程技術內容與要求進一步下沉至小學，小學與初中整體的工程技術要求進一步提升。維果茨基認為，只有符合學生教學最佳期的教學才能最大限度地促進學生的學習，而教學最佳期是由最近發展區決定的[19]。隨著互聯網時代的到來，學生接觸新知識的途徑變多，原有的工程技術內容已不足以達到學生最近發展區的難度要求，原屬于高年級的工程技術內容必須逐級下沉才能符合新時代學生的學業發展水平。

4.工程技術逐漸成為大概念教學的重要載體

大概念教學在廣義上的含義為使用核心概念整合相關的原理、內容、活動等課程要素，形成有關聯的課程內容組塊[20]。大概念教學的重點在于引導學生自主建構。因為工程技術天生具有集成性、創造性、建構性、實踐性[21]，而科學課程涉及的要素又十分寬泛，學科之間的壁壘導致綜合化教學難以實現，綜合科學課程的實現亟需一個合理的工具。回顧科學課程標準中教學案例的發展歷史，從2011年單純的工程技術專題教學到2022年工程技術融入各個學科，將生物、地理、物理、化學通過具體情境中的工程設計串聯起來，既囊括了工程技術的要素，也體現了各學科的學科特征。

四、科學課程標準變革的反思

工程技術教育在課程標準中的變革，凸顯國家對于培養工程人才的決心。通過分析綜合科學課程與工程技術在教科書與課標中的發展歷程，可以發現綜合科學與工程技術存在一榮俱榮的關系。這種關系取決于綜合科學課程提出的動機：培養具有科學素養的人才，緩解學科割裂，改變重視物理化學而輕視生物地理等“偏門學科”的現狀[22]。工程所天生具有的統籌設計屬性，為實現跨學科教學，緩解學科之間的割裂現象提供了最富有實踐性的道路。伴隨著杜威的實用主義教育的傳播、STEM教育的興盛、2015年核心素養體系的提出，工程技術作為綜合科學課程的抓手，綜合科學課程作為工程技術的基石，二者的結合在義務教育中也會越發緊密。

在義務教育階段，課程標準的改動也對教育系統的各個環節提出了更高的要求。學校要重視開設更多工程技術有關的工程教育課程來補充課程標準中的留白。教師要提升自身工程設計與技術能力，尋找更多在真實情境中存在的工程技術問題來設計教案，同時在教學活動中要善于引導學生。在評價活動中，教師應該注重評價的維度與課程標準的學業質量描述一致，善于利用課程標準的要求設計改進課程評價方案，靈活運用形成性評價促進學生發展。在教材方面，教師要明白教材不僅僅是教科書，由于工程技術本身具有功利屬性，因此對于工程技術教育而言，生活中的經濟問題、社會管理問題、科學問題都有成為教材內容的潛力。

工業4.0時代是工程設計和產業升級的時代，通過課程標準的改革與教學方式的升級，為新工科工程技術人才的培養賦能，才能使中國在產業改革升級的時代浪潮中取得最終勝利。

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[作者：涂貝爾（1996-），男，浙江溫州人，杭州師范大學經亨頤教育學院，碩士生；魏曉東（1989-），女，黑龍江佳木斯人，杭州師范大學經亨頤教育學院，講師，博士。]

【責任編輯? 郭振玲】