科學教育應從區分科與技開始

摘" 要" 不對科學與技術進行嚴格區分，或將成為科學教育的最大障礙。從科學與技術的本質出發，區分科學與技術、科學教育與技術教育，并進一步分析我國與美國在科學教育標準上的差異性，提出我國現階段科學教育應該關注和改革的問題，指出“雙減”中做好科學教育加法的關鍵性要素，并討論科學教育中的技術干擾現象，最后提出現階段科學教育的改進措施。

關鍵詞 科學教育；技術教育；科學教育標準；科學課程標準；技術干擾

中圖分類號：G633.98" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）23-000-05

0" 引言

2023年5月發布的《教育部等十八部門關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》提出，要通過3～5年努力，達到中小學科學教育體系更加完善，科學教育質量明顯提高，中小學生科學素質明顯提升的主要目標。同年12月，教育部辦公廳又發出《關于推薦首批全國中小學科學教育實驗區、實驗校的通知》，明確了要在全國范圍內建設中小學科學教育實驗區、實驗校，探索科學教育實施有效途徑和人才培養創新模式的工作目的。本文將要論述，為了能夠達成上述目標，在中小學科學教育中必須嚴格區分科學與技術，注重科學教育與技術教育在教育理念、教學目標、教學內容與教學方法上的不同；必須認識到混淆科學與技術的教學對科學教育是十分不利的，有可能成為科學教育的一大障礙。

1" 科學與技術的本質區別

為了能夠將混淆科學與技術對科學教育的影響闡釋清楚，首先應該對科學概念與技術概念在本質上的區別進行解析。本節將從科學與技術在目的、邏輯和形態方面的不同分別進行論述。

1.1" 科學與技術在目的方面的不同

在研究目的方面，科學與技術存在著本質上的不同?？茖W的任務是發現客觀存在事物的一般性規律，科學是一種探究未知、理解世界的方法；它通過觀察、實驗和邏輯推理，發現客觀存在事物的一般性規律。科學研究的成果通常以定律、理論等形式呈現，這些成果具有普遍性和可重復性；科學的目標是揭示自然現象背后的基本原理，為人類社會的發展提供基礎理論。而技術的任務則是發明一個原本不存在的事物，通過運用科學定律和人類的科學原創，將理論轉化為實際應用。技術的成果通常以實物形式呈現。

在創新性方面，科學創新常被稱為原創，科學創新或科學發現的成果是抽象的且具有唯一性，例如，科學家牛頓將在物理學上的發現形成以數學公式形式所描述的物體運動規律——牛頓第二運動定律，在宏觀物理中是沒有其他形式可以取代的。技術創新或技術發明成果則是具象的且具有多樣性，例如，工程師能夠根據牛頓第二運動定律發明以及設計制造出火箭、航天飛行器、回旋加速器等，它們具有不同的功能和形式。

1.2" 科學與技術在邏輯方面的不同

在研究過程方面，科學與技術也有本質上的不同?？茖W研究過程是一個分析過程，是從特殊到一般的邏輯歸納；科學家通過細致觀察、邏輯思維和實驗驗證進行理論構建，揭示自然或社會規律。而技術研究過程是一個綜合與設計的過程，是從一般到特殊的邏輯演繹；工程師通過技術應用解決具體問題，以達到不同的特定目的。

科學研究是從觀察客觀現象開始的，通過實驗驗證和數據分析來揭示事物的本質，總結出普遍性的規律，再進一步發展出新的理論和方法；這是一個不斷試錯、修正和深化的過程，需要研究者具備嚴謹的邏輯推理和批判性、發散性思維。相比之下，技術研究更加注重實用性，研究者根據已有的知識和技術設計出解決方案，綜合不同的方法與技術，通過實驗來測試方法的可行性，最終發現某個實用的事物。應該注意到，科學與技術的研究過程都依靠實驗，并都通過實驗采集數據，但是科學實驗的數據是用于驗證抽象的一般性規律的正確性，是在不斷地進行證偽；而技術實驗（其實使用“試驗”一詞更加確切）的數據是用于產品功能上的完善和技術指標的提升。兩種實驗的作用對象與目的目標是完全不同的。

1.3" 科學與技術在形態方面的不同

從哲學本體論出發，可以清楚地區分科學與技術具有完全不同的存在形態?？茖W與技術都是客觀存在的，所以它們都是哲學本體論（亦稱“存在論”，Ontology）所謂的存在者，但是它們作為存在者卻具有完全不同的存在形態：科學的存在形態為思維形態，而技術的存在形態則為物質形態[1]。

區分科學與技術的存在形態是十分重要的，因為這將決定對科學與技術進行教育時所遵循的完全不同的教育理念。教育理念是對教育的理性認知，它是教育哲學研究的范疇[2]，是針對不同內容進行教育時應各自遵循的“公理”[1]。對科學與技術在哲學存在形態上的區分決定著它們各自的教育理念，反射出各自不同的教學觀、課程觀、教學價值觀等。

2" 科學教育中對“科”“技”的區分

在中小學科學教育中需要對科學與技術進行區分，以保證科學教育不偏離正確的軌道，從而能夠達成最初設定的科學教育目標。科學教育中對“科”“技”的區分最終應使人們清楚科學教育與技術教育的本質區別、我國科學教育與國外科學教育的差異性以及我國中小學科學教育所最應該關注的東西。

2.1" 科學教育與技術教育

技術教育不是一個常用詞，本文使用它是為了強化對科學教育本質特征的闡釋。其實在我國各級學校中進行的信息技術、通用技術、教育技術等課程教學應該都屬于技術教育的范疇?？茖W教育與技術教育具有完全不同的教育理念。

2.1.1" 教育理念的不同

教育理念是人們對教育的理性認知。所以科學教育理念與技術教育理念都應該被理性哲學所規定，也就是分別被科學的哲學存在形態與技術的哲學存在形態所決定。

科學的存在形態為思維形態，所以科學教育的教育理念在教學觀上必須強調對學生邏輯思維的訓練，在課程觀上應該注重學生對科學知識的歸納以及科學知識的理論性與體系性，而在教學價值觀方面要體現學生理性科學思想的建立。技術的存在形態為物質形態，所以技術教育的教育理念在教學觀上必須強調學生形象思維的訓練，在課程觀上應該注重學生對技術過程的演繹以及技術的規范性與設計性，而在教學價值觀方面要體現學生技能的提高與技術創新能力的建立[1]。

2.1.2" 教學目標、教學策略的不同

教育目標在學校的科學教育與技術教育中體現為各自課程的教學目標，不同的教育理念決定了完全不同的教學目標，而不同的教學目標又必須通過不同的教學策略來實現。通常教學目標一般分為知識目標與能力目標（或顯性知識目標與隱性知識目標），同樣對于這兩種不同性質的教學目標也會采取不同的教學策略。

目前，中小學科學教育的知識目標和內容一般定位在物質科學、生命科學、地球與空間科學這三個領域；而技術教育的知識目標和內容則一般定位在信息通信技術、計算機軟件技術、人工智能技術以及通用技術這幾個方面。科學教育的能力目標應定位于學生邏輯思維能力的建立與科學實驗能力的養成；而技術教育的能力目標則應定位于學生綜合設計能力的提高。在教學策略方面，科學教育采取的教學策略多為：通過觀察發現問題→根據問題提出假設→依據假設建立模型→運用邏輯思想實驗→組建實驗進行驗證→根據數據歸納理論→相互協作宣講研討→撰寫報告總結規律；技術教育采取的教學策略多為：提出目標（任務導向）→目標綜合（理論運用）→工程設計（技術搭建）→進行試驗（成品檢測）→總結改進→撰寫報告。

2.2" 中美之間的科學教育差異性

在現階段的科學教育中，我國中小學應該使用中國式的教育內容與教育模式，盲目地照搬西方國家科學課程的教學內容與方法，或者固守中國傳統的教學內容與方法都是不應該的。西方國家在科學和科學教育的認知上與我國存在巨大差異，這里以美國科學教育為代表，通過對中美之間科學認知與科學教育的差異性分析將問題厘清。

2.2.1" 我國在科學認識上存在的問題

在我國歷史上，科學與技術的發展是非常不平衡的，著名英國學者李約瑟認為技術的發展在中國十分突出，中國古代在技術發明上的成就十分輝煌，并非常深刻地影響著西方，但在科學上的表現卻乏善可陳[3]?！犊茖W是什么》的作者吳國盛教授指出，在對科學的認識上，中國人心目中是“科”“技”不分的，當談到科學時會不由自主地使用“科技”一詞，人們口中的“科技”其實本質上指的是“技術”[4]。而對于影響我國科學認識與科學發展的原因，愛因斯坦有一個著名的論斷，他認為西方科學的發展是以兩個偉大的成就為基礎的，一個是形式邏輯體系，另一個是系統的科學實驗，中國則缺乏這兩個東西[5]。我國在科學與科學教育的認識上存在著兩個最大的問題，第一是科學與技術不分，過多地強調技術的作用，用技術取代科學；第二是在科學教育的認識上缺乏對邏輯思維和科學實驗的重視。

2.2.2" 美國中小學科學教育的特征

能夠反映美國中小學科學教育特征的就是美國政府頒布的一系列科學教育標準，較早的有《國家科學教育標準（1996）》[National Science Edu-cation Standards（1996）]，其后有《K-12科學教育框架：實踐、交叉概念和核心思想（2012）》[A Framework for K-12 Science Education： Prac-tices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas （2012）]，再后是簡稱NGSS的《下一代科學標準：各州（2013）》[Next Generation Science Stan-dards： For States， By States（2013）]。這些標準有一個共同的特點，就是在強調科學教育的教學內容同時也對技術、工程的教學內容提出了要求。

《國家科學教育標準（1996）》首先區別了科學與技術，指出科學的目標是理解自然世界，技術的目標是對世界進行修改以滿足人類的需要；該標準中技術教育則是為幫助學習科學而設計的[6]24。另外，該標準中科學內容標準部分規定的科學教育內容除了物質科學、生命科學、地球與空間科學以外，還有“科學與技術”這一重要內容[6]6。《K-12科學教育框架：實踐、交叉概念和核心思想（2012）》將科學教育框架劃分為三個維度：科學和工程實踐（實驗教學）、交叉概念（跨學科教學）、學科核心思想；其中學科核心思想的四個領域為：物質科學（PS）、生命科學（LS）、地球與空間科學（ESS）、工程技術和科學應用（ETS）[7]3。該框架指出，工程技術內容的加入是為學生提供了一條對科學作用理解的加強途徑[7]11?！断乱淮茖W標準：各州（2013）》則是基于上述K-12科學教育框架建立起來的科學教育標準[8]，幾乎繼承了K-12科學教育框架的全部內容和思想，但更加規范化、具體化，并提倡科學教育中采用STEM教學策略[8]。綜上，美國科學教育標準反映出他們能夠清晰地區分出科學與技術、科學教育與技術教育，同時將技術教育作為科學教育的助力，而不僅僅是平行于科學教育的一個內容。

2.2.3" 中美科學教育標準比較

我國于2022年中小學開始施行《義務教育科學課程標準（2022年版）》，該標準的課程內容部分規定義務教育科學課程設置13個學科核心概念和四個跨學科概念[9]16。這13個學科核心概念可以歸納為四個學科領域：物質科學（1～4）、生命科學（5～8）、地球與空間科學（9～11）、工程技術（12～13）。它們與美國科學教育標準的學科核心思想四個領域相一致，而四個跨學科概念則又與美國科學教育標準的交叉概念部分基本相同。所以，我們認為美國制定的科學教育標準對我國義務教育科學課程標準有一定的參考性。但在科學與技術的關系上，我國義務教育科學課程標準沒有強調工程技術內容是為了促進學生對科學的學習，卻在課程性質部分指出“科學也包括技術與工程”[9]1，或者說技術也屬于科學，這反映出我們對“科”“技”的認知是不夠清晰的。

2.3" 現階段科學教育的特點

《教育部等十八部門關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》是指導我國現階段科學教育的政策文件，該文件中強調指出要在教育“雙減”中做好科學教育加法。該文件包含兩個重要的核心概念：第一個是“雙減”，“雙減”的對象是義務教育階段的學生，“雙減”的目的是減輕學生的課業負擔，而“雙減”的結果是使學生在校的15：30～17：30這段時間空余出來；第二個是“加法”，“加法”所加的內容應該屬于科學教育教學內容，實行“加法”的目的是彌補義務教育科學課程標準之不足，科學教育“加法”實施的時間則是學生在校期間的15：30～17：30。

根據前文的對比分析，現階段實施科學教育的具體內容應該包括（且不限于）以下這些。

1）在教育教學中應該納入對科學與技術概念進行根本區別的相關內容，以彌補在這方面認知上的不足。

2）應該增加科學發展史的內容，并與技術發展史進行對照比較，從中了解科學的本質。

3）應該加強科學實驗教學，并與工程技術實驗做嚴格區分。需要指出的是，相對于美國科學教育標準的三個維度，我國義務教育科學課程標準僅強調了交叉概念（跨學科）和學科核心思想（核心學科概念）這兩個維度，而沒有強調科學和工程實踐（科學實驗）維度。

4）應該加強邏輯思維訓練，建議增加在頭腦中進行科學實驗設計的過程，即通過思想實驗來實現邏輯思維訓練。

我國現階段的科學教育是中國式科學教育，它的特點應該是在區分科學與技術的基礎上開展的科學教育教學，它不能完全照搬西方的科學教育標準，也不能固守自己傳統的教學內容和方法，應實現如上所述“雙減”中的加法，才是科學教育的創新。

3" 科學教育中技術的干擾

在現階段的中小學科學教育中，“科”與“技”混淆，不對科學與技術進行區分的表現是很多的，在這里將它們統稱為科學教育中的技術干擾。分析科學教育中的技術干擾現象，對技術干擾的結果做出判斷，提出克服技術干擾的措施，是本節討論的重點內容。

3.1" 技術干擾的表現

科學教育中的技術干擾現象至少可以分為三個方面：教學內容方面、科學實驗方面、教學評價方面。它們分別表現為用STEM（或STEAM）代替科學教育內容，用工程技術實驗代替科學實驗，用工程技術制品代替科學教育成果。

3.1.1" 用STEM（或STEAM）代替科學教育

由于《義務教育科學課程標準（2022年版）》提出了跨學科的教學理念，一些學校就將STEM的教學內容直接搬進課堂，認為這就是科學教育。STEM教學包括科學內容（S）、技術內容（T）、工程內容（E）和數學內容（M），STEAM在STEM的基礎上又增加了一個藝術內容（A）。需要說明的是，跨學科教學絕不是混淆學科界限，而是要讓本學科的知識在其他學科中得到應用、起到作用。例如，用力學知識解決搭橋技術和工程問題、用物理現象解釋數學定律等。其實，美國的科學教育標準中的跨學科概念（Crosscutting Concepts）更加注重社會科學的融入，它的核心思想第四個領域ETS部分特別指出了科學與社會的關系[7]?？茖W教育不是STEM，不能將STEM作為科學教育的教學內容，STEM只能以教學策略的形式出現。

3.1.2" 用工程技術實驗代替科學實驗

科學實驗提供了理解自然現象和社會現象的手段，而工程技術實驗提供了解決實際問題的工具，兩者在本質上是不同的。用工程技術實驗代替科學實驗的第一個表現是在學校科學實驗室建設和儀器配備方面，一些單位將3D打印、開源器件、無人機、智能機器人等內容作為科學實驗室建設內容配備到學校，而這些技術開發型的儀器設備和材料與科學實驗室建設是相悖的。用工程技術實驗代替科學實驗的第二個表現是將實驗教學內容定位在硬件設計類和軟件開發類等解決實際問題的內容上，這與科學實驗探索自然或社會現象的目標是不相容的?？茖W實驗的目的是通過控制和觀察現象來驗證或推翻現有的科學假設，探索未知領域，并為理論提供實證支持，與工程技術實驗是完全不同的。

3.1.3" 用工程技術制品代替科學教育成果

對科學教育效果的評價常以展示教學成果的形式進行。一個典型的科學教育成果展是這樣的：展區分為幼兒科創區、小學科創區、中學科創區，展出的作品有腦機接口、遙控賽車、無人機、動物樂園、航模與船模、建模與機器人、電子電路設計等。顯然，這些成果都屬于工程技術設計產品，它們的共同特點是具有物質形態，與技術的存在形態一致。科學的存在形態為思維形態，科學教育成果的展現應該定位在思維的變化上，它包括邏輯思維的建立、發散性思維的提升、創新性思維的激發等，這種改變最終應體現在學生分析歸納問題的能力方面，它與技術教育的成果要求截然不同。

3.2" 技術干擾的結果

如果對現階段科學教育中技術干擾的結果進行判斷，則其結果大致可分為兩種，即顯性的和隱性的。

3.2.1" 技術干擾的顯性結果

現階段科學教育中技術干擾的顯性結果是那些可以被直接看到或感覺到的現象，它主要表現在師資培養、實驗室建設與實驗教學、課程設置三個方面。在師資培養方面，由于技術干擾使得科學教師不能在概念上理解科學，不能在理念上掌握科學教育，導致科學教育教學的正常開展不能得到保證。在科學實驗室建設方面，由于技術干擾，導致不能夠建設一個真正的科學實驗室，用工程技術實驗室代替科學實驗室，所進行的實驗也就會脫離科學實驗，脫離科學實驗教學。在課程設置方面，由于技術干擾會使得學校15：30～17：30的科學教育活動重復《義務教育科學課程標準（2022年版）》的內容，這就在客觀上超出了《義務教育課程方案（2022年版）》所規定的課時數[10]，不僅沒有減負，反而實際造成了增負。

3.2.2" 技術干擾的隱性結果

科學作為存在者，其存在形態為思維形態，所以科學教育從本質上是在解決人的思維問題，具體化為邏輯思維、發散性思維、創新性思維等，而這些東西并非具象的，它們的抽象特點決定了其必然是隱性的?，F階段科學教育中的技術干擾會使得這些思維能力的建立與提高無法實現，又由于它們的隱性特征使人們不易做出科學的判斷，也就不能對它們進行正確的測量與評價?？茖W教育中技術干擾產生的這個隱性的結果或許是對科學教育造成的最大傷害。

3.3" 克服技術干擾的措施

關于克服科學教育中技術干擾的措施雖然目前還不夠成熟，但是下面列出的五個方面的措施基本能夠反映出各種需求。

3.3.1" 加強中小學科學教師職后培訓

對于現階段中小學科學教育，依靠職前系統教育培養緊缺的科學教師不太現實，而加強現有科學教師或兼職科學教師以及科學教育管理人員的職后培訓才是最有效的。對科學教師進行培訓的內容應以科學概念、科學教育理念、科學實驗教學能力、科學教學策略、科學教學評價等為主。

3.3.2" 建立中小學科學實驗室標準

現階段中小學科學教育主要呈現在義務教育階段，義務教育的強制性特點決定了實驗室與儀器設備應該建立配備標準，而我國義務教育的地域性特點又允許配備標準的形制可以為地方標準，這就給各地教育裝備管理部門提出了新的任務，需要為各個地區的中小學制訂科學教育的實驗室建設標準和實驗儀器設備的配備標準[11]。在建立這些標準時，必須把握科學實驗室的特點，嚴格區分科學實驗室與技術實驗室，區分兩種實驗室配備的儀器設備。一般來說，科學實驗室的儀器設備應以工具型設備為主，包括觀察工具、測量工具、分析工具等，并且管理應為開放形式。

3.3.3" 制訂中小學科學教育課程指南

前文談到，《義務教育科學課程標準（2022年版）》不能完全滿足現階段中小學科學教育的要求，所以制訂一個適合當前中小學科學教育的課程指南就顯得尤為重要。如前所述，這個指南應該突出科學教育理念，在科學與技術的概念區分、科學發展史、科學實驗教學以及邏輯思維訓練等方面都做出相關的教學規定，以便在此基礎上編制各地科學課程的校本教材和地方教材。

3.3.4" 研制中小學科學教育評估辦法

各個學校科學教育的效果如何，對它的判斷需要一個科學的測量與評價方法，也就需要一個科學教育評估辦法出臺。這將是一個艱巨的工作，在這方面的經驗十分不足，研制過程也會非常曲折而漫長。

3.3.5" 加強中小學科學教育管理工作

中小學?？茖W教育管理包括教育資源管理、教育質量管理、教育安全管理三個大的方面?？茖W教育資源管理包括師資管理、實驗室管理、課程資源管理；科學教育質量管理包括科學教育過程質量管理、科學教育考核質量管理、教育資源質量管理；科學教育安全管理包括科學教育活動學生安全管理制度制定、科學教育活動學生安全管理人員配置、科學教育活動安全設施配備。

4" 結束語

我國中小學現階段的科學教育必須重視嚴格區分科學與技術、科學教育與技術教育，避免用工程技術教學內容代替科學教育的教學內容，這是我國現階段科學教育成功發展的關鍵。在重視克服混淆“科”“技”的同時，還應該注意科學教育資源的建設問題?？茖W教育資源包括人力資源——科學教育教學教師的培養，包括人工物力資源——科學實驗室和科學實驗儀器設備的配備，還包括科學人工智力資源——科學教學課程的建設[12]。培養的科學教師應該能夠從本質上嚴格區分科學與技術、科學教育與技術教育；配備的科學實驗室和儀器設備應該區別于工程技術實驗室及其儀器設備；建立的科學教育校本課程或地方課程應該能夠彌補義務教育科學課程標準的不足。只有這樣，才能使我國中小學現階段科學教育的目標得以實現。

最后還需要特別指出，本文的初衷是強調科學教育中避免在概念上對科學與技術的混淆，并不是要貶低技術的作用。從科技發展的角度看，科學的進步引發了技術革命，而理性技術的發展又推動了理性科學的進一步提高。先進的技術作為科學教育的教學工具和手段，一定會使得科學教育得以長足發展。

5" 參考文獻

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[7] A Framework for K-12 Science Education： Practices，Crosscutting Concepts， and Core Ideas. Washington，DC： The National Academies Press，2012.

[8] Next Generation Science Standards： For States， By"States. Washington， DC： The National Academies Press，2013.[9] 義務教育科學課程標準（2022年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[10] 教育部關于印發義務教育課程方案和課程標準（2022年版）的通知[A/OL].（2022-04-08）[2024-03-04].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202204/t20220420_619921.html.

[11] 艾倫，劉強.中外義務教育發展政策對比研究 [J].教育與裝備研究，2023，39（4）：3-9.

[12] 艾倫，劉強.論教育資源[J].教育與裝備研究，2022，38（11）：6-12.