美國K—12階段技術教育的發展趨勢

邵長蘭

摘 要 美國是技術和技術教育發達國家。進入21世紀，為應對新的社會、經濟問題，技術教育出現了新的發展趨勢：把技術教育培養目標轉向培養學生的技術素養再到STEM素養，建構具有技術素養乃至STEM素養的社會；把工程學及工程設計內容整合進K-12技術教育課程框架，形成多種整合的技術工程教育課程，如“準工程”課程模式和“以項目為基礎”的課程模式；“以問題為基礎”的教學策略和方法的采用等。

關鍵詞 美國；K-12；技術教育；發展趨勢

中圖分類號 G719.712 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219（2016）19-0073-06

美國技術教育有兩個顯著特征，一是與時俱進，二是技術教育與中小學教育緊密結合。在美國，技術教育始終是K-12（From Kindergarten Through 12，從幼兒園到12年級）教育內容的一部分，尤其在9～12年級，技術教育內容占有相當的比例。

2007年，根據美國再工業化戰略需求，美國技術教育及時做出調整，更改為技術和工程教育，即把工程學內容，主要是工程設計內容融入K-12技術教育課程框架，改變了工程學內容一般在中等后教育階段開設的慣例。這一發展是美國技術教育發展的一個主要趨勢。除政府推動外，為適應新技挑戰和先進制造業對人才的需求，美國技術教育界及科學和工程界等學者紛紛加入技術教育問題研究和改革的推動大軍。在此影響下，美國K-12階段技術教育從培養目標、課程設置、教學方法和師資等幾方面都出現新的發展趨勢。

一、技術教育目標轉向培養學生的技術素養再到STEM素養

（一）技術素養的提出與確定

進入21世紀，技術功能的拓展，技術影響的深遠，加上批判哲學和生態文明的理論造勢，使美國進入一個技術教育“反思和行動”的時代[1]。人、技術、社會和文化的關系進入人的視野焦點，技術的文化本質越來越被突顯出來。人們不斷追問：技術教育到底要培養什么樣的人？要傳遞什么樣的內容？在此背景下，培養具有技術素養（Technical Literacy）的人被逐漸明晰和確定下來。

“技術素養”一詞最早出現在1948年《工藝教師》雜志中。前美國工藝教育協會主席瓦特.R. 威廉姆（Walt R. Williams）指出：“在復雜的技術社會壓力下，狹義的工藝概念必須轉變為更加廣泛和靈活的概念。技術素養的需要是明顯的?！盵2]長期以來，技術素養已成為技術教育家常用的詞匯，以及技術教育專業組織的奮斗目標。

上世紀90年代，技術素養作為技術教育的目標進入操作階段。1994年，國際技術教育家協會（International Technology Educators Association， ITEA）發起“面向全體美國人的技術教育行動”（Technology for All Americans Project），得到美國國家科學基金（National Science Foundation， NSF）和美國國家航空航天協會（National Aeronautics and Space Administration， NASA）的資助，目的就是為全國開展技術教育提供一個規范的理論依據和實施框架。這個行動分為三個階段：第一階段即1994-1996年間，出版《為了全民的技術：技術學習的理據和結構》，提出民眾應該獲得使用、管理、理解技術的基本技術素養；第二階段即1996-2000年間，出版《國家技術教育標準：技術學習的內容》（Standards for Technological Literacy： Content for the Study of Technology， STL），正式確定技術教育的目的是“指導學生為一個技術世界做好準備，培養學生的技術素養”。并把“技術素養”界定為：“使用、管理、評價和理解技術的能力”。提出技術教育目標的五個方面——技術的性質、技術與社會、設計、技術的能力和設計世界，以及構成技術教育內容的各年級標準；第三階段即2000-2003年間，頒布STL的一些補充性標準，包括技術教育評估標準和技術教師專業發展標準。其中，STL是里程碑式的成果，是截至目前對技術素養及技術教育標準論述最完善的文本。STL于2000年4月鹽湖城ITEA大會上首次公布。它是近4000人集體智慧的結晶，包括教育家、行政人員、來自科學界、數學界和工程界的專家。STL同時得到國家研究理事會（National Research Council， NRC）和國家工程研究院（National Academy of Engineering， NAE）的支持。

同時，技術教育委員會（Committee on Technology Literacy， CTL）的努力對推動技術教育目標的確定和進一步清晰化功不可沒。CTL由多學科專家組成，得到NAE和NRC教育中心的支持。CTL工作的目標主要有三個：在相關的學界之間達成一個什么是技術素養的共識；闡明培養全民技術素養對國家的重要性；以及如何達成這一教育目標。經過兩年（2000-2002年）的研究工作，2002年1月，在國家研究院召開的專題研討會上，CTL首次發布研究報告《嚴格來說》（Technically Speaking），在報告中指出了具有技術素養的人的特征，見表1，以及達成這一培養目標的一些具體建議[3]。

這些建議主要針對四個方面：正式和非正式教育；研究；決策制定；教學和教育改革。具體建議如下：聯邦和州政府幫助建立教育政策，鼓勵把技術教育內容整合進K-12和技術教育無關的科目的教育標準、課程、教學材料和學生評估中；州政府應該把K-12教育標準、課程框架、科學、數學、歷史、社會科學、家政、藝術、語言等學科方面的學生評價更好地與強調這些科目和技術聯系的國家教育標準協調一致。同時，國家科學基金（NSF）和教育部（Department of Education， DoEd）資助的教學資源和非正式教育改革也應該強調這一聯系；NSF和DoEd，州教育委員會，以及其他參與K-12科學教育的機構應該在適當的地方把“技術”一詞加入科學標準、課程和教學材料的標題和內容中；NSF和DoEd，以及教師教育正式認可的機構，鼓勵高等教育機構在教師準備中使他們能更好地教授所有課程中的技術內容；NSF應該支持發展一種或多種監測美國學生或公民技術素養狀態的評估工具；NSF和DoEd應該資助關于人們如何學習技術的研究，并把研究結果運用到正式或非正式教育中；工業和聯邦機構有責任實施基礎設施項目，建立科學和技術博物館，為非技術民眾提供更多機會參與關于技術發展的討論；聯邦和州政府中具有指導、支持國家科學和技術事業的機構，以及關注好的政府的私人基金組織應該支持發起教育項目，以便提高政府和工業組織領導的技術素養；美國工程學社團應該為建立政府和媒體組織項目融資，這些項目為了創建一個有工程學背景的政策專家和編輯骨干隊伍；與工業組織有合作的NSF應該資助設立創新精神提議獎，來提高學生和大多數民眾的技術素養；白宮應該添加一個“總統優異獎”到技術教學中，授予那些目前提供數學和科學教學的人。

這些建議反映了技術對于美國公民生活中的各種影響，以及開展一些有組織行動的必要性，以使技術素養惠及所有美國民眾。這一報告使人們能更好地理解如何建構技術素養社團，從組織和機構的視角更好地呼吁技術素養的培養。

（二）從技術素養到STEM素養

在美國，STEM教育的開展由來已久，其不僅僅是一個單純的學科或課程層面的事情，更是美國的一種教育發展戰略，甚至是一種國家戰略。2007年，美國州長協會（National Governors Association， NGA）頒布的“創新美國：擬定科學、技術、工程與數學議程”共同綱領指出，在知識經濟時代，只有具備STEM素養的人才能在激烈競爭中取得先機，贏得勝利。他們認為，STEM素養是個體在科學、技術、工程和數學領域以及相關交叉領域中運用個人關于現實世界運行方式的知識的能力。STEM素養包含科學素養、技術素養、工程素養和數學素養，但并不是四者的簡單組合，其包含運用這四門學科的相關能力、把學習到的零碎知識與機械過程轉變成探究真實世界相互聯系的不同側面的綜合能力。

美國對科學素養和數學素養的重視由來已久。早在20 世紀50 年代，美國科學教育學者就提出了科學素養的概念，認為其是提升國家綜合實力的關鍵，并得到普遍認同。這與20 世紀前半葉的社會背景與科學自身發展是分不開的。隨著科學知識體系的相對穩定，以及技術和工程給生活帶來的巨大變化，技術素養等進入公眾視野。隨著技術教育和工程教育重要性的凸顯，同時在TEA以及其他組織的努力下，技術素養和技術教育培養標準（STL）被提出。至此，技術教育有了很大起色。

目前，隨著STL的普及和培訓，人們對于K-12技術教育和工程教育的熱情逐漸高漲，在STEM教育中，技術教育的作用逐步提升。2009年ITEEA曾聲明，STEM教育所要傳達的內容與《技術素養的標準》（STL）的主要內容有很大的一致性。該組織強調STL標準中的內容是學生發展21世紀STEM素養的基礎，包括學生成為優秀的問題解決者、創造者、技術專家、工程師以及有知識涵養的公民所必需的核心能力。ITEEA相信所有真正的STEM項目都必須把STL作為幫助學生達到STEM素養的途徑。同時，在K-12的STEM教學中，人們普遍通過技術教育這一平臺，把工程設計、科學和數學知識整合進來。通過更廣義的技術素養的培養，最終促進STEM素養的形成。

總之，技術素養已成為當今社會一種必不可少的基本素養，是現代社會生活中公民必備的一種基本能力。因此，要想在紛繁復雜的技術世界立足，要想成為具備STEM素養的公民，就必須具備與時俱進的必要的技術素養。

二、把工程設計內容整合進K-12技術教育內容框架

（一）工程學內容融入技術教育的趨勢

在美國，技術教育一直都是K-12教育內容的一部分，尤其在9～12年級，但工程學內容一般在中等后教育階段開設，在K-12階段，把工程設計內容融入技術教育課程框架是技術教育發展的主要趨勢?？巳R格（Craig Rhodes）和文森特（Vincent Childress）解釋了這一發展趨勢必然性的三個理由[4]：

一是支持工程師培養。他們認為，美國未來幾十年將面臨工程師的嚴重缺乏。NSF估計2010年的缺口是7萬人。同時，還列舉了9個事實，說明這一情況的嚴重性。目前有數學和科學知識背景的高中畢業生成功進修工程學位的少于15%；超過85%的學生不考慮工程師職業；100個高中畢業生中只有2人繼續完成工程學位；1000個女性或少數民族畢業生中只有5人成為工程師；歐洲是美國的3倍，亞洲是美國的5倍；全美將近一半的工程師到了退休年齡；全國范圍內，工程專業招生和保留數下降；K-12學校缺乏工程學傳統；美國學生懶惰，感覺工程學令人厭煩，聰明的孩子選擇更令人興奮的專業。他們提出，把工程教育內容融入K-12課程能填補這一鴻溝。

二是能促進和豐富STEM教學。目前，很多職業需要有更多的學術知識背景，所以，把科學和數學教育融合進技術教育和工程教育，乃至職業技術教育內容中成為美國一大教育發展趨勢，即STEM，其既可以被看成一種整合性的課程，也可以被看成是一種教學方式。雖然STEM教育進行了很多年，但其中，數學和科學受到更多的重視，技術教育和工程教育經常處于被忽視狀態。通過技術教育把工程學內容整合進來，一方面可以平衡STEM中各個學科的關系，另一方面可以促進和豐富STEM的教學內容和方式。

三是有利于培養和創造技術素養的公民和社會。他們認為，這一發展趨勢最終受供需關系影響。如果社會需要更多的工程師，就會更多關注工程教育。同時，指導美國K-12階段技術教育教學的指導性文件——《國家技術教育標準》（STL）明確指出，工程設計內容對培養學生技術素養是非常重要的。在STL列出的K-12的20個技術教育標準中有4個涉及到工程設計，還有很多與設計主題有關的內容滲透在各標準中[5]。同時，國家工程研究院（NAE）主席威廉姆斯·沃爾夫（Williams Wulf）也指出，在高中教育階段設置高水平的工程設計標準是重要的[6]。在這一趨勢之下，2007年，技術教育更名為技術和工程教育，2010年，國際技術教育家協會（ITEA）更名為國際技術和工程教育家協會（ITEEA）。在理論界，以美國《技術教育雜志》（Journal of Technology Education）為代表，近五年以專題研究形式集中探討了技術教育向技術和工程教育融合的發展趨勢。

（二）兩種主要的技術工程教育（TEE）整合課程模式

把工程教育內容融合進技術教育，如何構建TEE課程框架成為關鍵問題。學者們提出各種各樣的TEE課程模式。羅曼（Roman）認為，這種課程應該包括整體的設計方法，把數學和應用科學合并進工程學。更多教育家致力于整合STEM課程來達到把工程教育內容融合進技術教育的目的。越來越多的州接受STL來指導發展K-12技術和工程教育課程。更多STEM教育家也認識到工程設計和技術設計的重要性，提供有吸引力的場景，允許學生運用學來的科學、數學、技術和工程學知識來解決真實的問題。經過不斷實踐，兩種主要的TEE課程模式為更多人所接受。

1.PEC課程模式

“準工程學”（Pre-Engineering Curriculum，PEC）課程模式旨在采用一種課程結構，即利用一種特殊的科目，如科學和數學，作為把工程學和技術進行整合的平臺，或者把工程學、技術、科學和數學進行整合，即STEM課程。但不同于STEM課程，PEC課程只在高中開設，使學生有機會解決真實世界中的工程問題，幫助他們運用所學的數學、科學和技術知識。表2所示的是一些PEC課程項目的例子[7]。

2.PLTW課程模式

“項目引領”（Project Lead The Way，PLTW）課程模式，也稱為“基于問題”或“基于項目”的課程模式（Problem-based or Project-based Curriculum，PBC）。PLTW是一個非盈利的組織，與公立學校、私立學校和高等教育一起合作，通過給學生提供設計解決各種問題方案的機會，提升工程師和工程技術師的數量及質量。PLTW提供多年的“基于問題”或“基于項目”的課程，這些課程在美國初中或高中開設。初中指6～8年級，只涉及技術的廣度而非深度。到2010年，已經被全美50個州和哥倫比亞特區共1400所中學采納，約占全美中學的7%[8]。

馬薩諸塞州是采納這一課程模式的最好范例。馬薩諸塞州把PLTW看成一個科目——工程學的派生物，并把它與科學內容緊密相連。據路易斯（Lewis）描述，整個年級，課程設置向工程學傾斜。3～5年級，學生們主要學習工具和材料，通過使用多種工具和材料，找到或提出解決問題的辦法，展示“工程設計技巧”。6～8年級，要求學生從事強調研究和問題解決的工程問題和技術方案。9～10年級，整年都要學習涵蓋工程設計、建筑技術、電力和能源技術、通訊技術和工業制造技術內容的工程學和技術學課程。11～12年級，學生們能選修更高級的課程，如自動化和機器人、多媒體和生物技術。所有年級的課程開設都有一個明顯的工程職業傾向，而且學生們也能選修學院水平的工程學課程[9]。印第安納州的教師們也都擁護這一課程模式，認為其是技術教育很有價值的構成內容，對培養學生技術素養大有裨益，多數教師認為這一課程模式對培養高中生的工程能力很有效果[10]。

（三）國家工程和技術教育中心的努力和貢獻

在如何把工程設計融入K-12學校技術教育方面，國家工程和技術教育中心（The National Center for Engineering and Technology Education， NCETE）做出了巨大貢獻。NCETE建立于2004年9月15日，得到NSF的資助，是全美17個學和教中心（Center for Learning and Teaching， CLT）之一。NCETE由一個強大的團隊組成，包括9所大學和4個專業組織。NCETE的最終目標是把工程設計、問題解決和分析技能通過技術教育融合進K-12學校，以增加工程和技術教育家的質量、數量和多樣性。工程學教師和技術教育家合作，有計劃、有步驟地共同完成以下四方面任務：建立一個研究者和領導者團體，針對工程和技術教育領域的新問題進行研究；創建一個研究團體，增進對工程和技術學科學和教的理解；培養本科和碩士水平的技術教育教師，使這些教師能把工程設計整合進課程；增加選擇工程學、科學、數學和技術為職業路徑的學生數量和多樣性。目前，NCETE正在與工程和技術教育家一起幫助一線的技術教師把工程設計概念引進到9～12年級，讓這些年級的學生了解在設計過程中工程分析的作用。

2004-2012年間，NCETE共開展了150多項關于把工程設計、問題解決和分析技能整合進K-12學校的研究和活動。研究的主題或領域主要包括：在技術教育中工程設計的特征；教授工程設計的技術教師的專業發展；教授工程學概念；創造力；設計問題解決過程中的認知過程；把數學和科學整合進工程和技術教育；設計評估；工程學挑戰[11]。NCETE的博士成員還撰寫了大量相關的博士畢業論文。

NCETE同時也指出存在的問題和挑戰。2012年，在提交給NSF的一份報告中指出，最大的挑戰是工程設計活動缺乏一個懲戒性的以標準為基礎的評價機制，以及技術教育教師專業發展問題，幫助教師轉換傳統的課堂環境，創設一個嶄新的課堂環境，鼓勵學生接受工程設計的挑戰，并確認與他們完成工程設計相關的需要和需求，架構起有實用性標準和限制條件的設計問題，提出多種解決問題的方案，做出評估，并實施設計。創設這樣一個課堂環境對教師的教學提出了挑戰。

三、技術教育教師及其新教學策略和教學方法的采用

無論是教育目標的達成，還是新課程的實施，都需要教師及其課堂教學環節的保障。隨著美國K-12階段TEE課程以及STEM課程的實施，教師及其教學活動，尤其是傳統教學方法和教學策略受到極大挑戰。為應對新情況，一種新的教學方法——“基于問題或項目”的教學方法或策略正在被廣泛采用。

《技術和工程教師》（Technology and Engineering Teacher，前身為The Technology Teacher）雜志刊發的大量文章描述了教室中進行的“以問題為基礎”的學習活動?！都夹g教育雜志》（Journal of Technology Education）和《技術學習雜志》（Journal of Technology Learning）近5年也發表了大量類似文章。這些理論研究反映了一個不爭的事實：為了應對新的TEE課程，“以問題為基礎”的教學方法，或稱為“以項目為基礎”的教學方法，得到越來越普遍的探索和運用。

美國愛達荷大學教育學院2015界博士畢業生蘇珊（Susan）對這一方法進行了專題研究，并寫成博士學位畢業論文，詳細闡述了這一方法的概念、特征、過程、需要的技術技能及運用這一教學方法的效果等。她的調查結果顯示：第一，這一教學方法無論對學生還是教師都提出了更高的要求，在學生方面，要求學生學習過程的合作、思考能力和責任分擔；第二，這一教學方法能有效提高學生學習動機和學業成績，培養學生解決問題的能力、思考能力和自我評價能力；第三，這一方法雖然在多數高中教學中運用，但還有很多教師不能很好地理解、掌握和運用，所以需要在教師教育項目中加強對這一教學方法的培訓②。

這一教學方法應對的是工程設計所需要的工程設計團隊理念（Team-Based Engineering Design Thinking），所以，如何在教學中分組，如何開展合作學習是最關鍵的問題。為滿足教學分組的需要，美國教室環境布置，尤其是課桌椅的擺放都遵循了分組教學的要求。同時，建立了專門的技術教學實驗室和實訓室。教學合作包括學生的合作，也包括教師的合作。以一堂機器人課為例，需要數學老師、科學老師，甚至英語老師一起在技術實驗室上課。通過機器人設計平臺，來幫助學生運用所學到的數學和科學知識。

四、對我國技術教育改革發展的啟示

（一）建立適合我國基礎教育的技術教育標準

在我國基礎教育領域，技術教育處于邊緣地位，在教學內容上也過于偏狹。計算機技術作為信息技術的重要組成部分，被納入基礎教育課程，成為基礎教育階段主要的技術教育內容。毋庸置疑，信息技術在基礎教育階段越來越受到重視。為保障信息技術師資質量，我國頒布了《中小學信息技術師資標準》，來進行師資質量的規范。但這不足以傳遞技術素養內涵的全部。培養有技術素養的人也應該是我國教育的選擇，把對技術本質的理解納入素養的范疇，把更系統和適合的課程內容納入基礎教育是一種必然趨勢。為此，有必要建立國家中小學技術教育標準，來保障基礎教育階段技術教育目標的實現。

在技術教育內容選擇上，基礎教育階段技術教育內容應該由一個國家和地區的社會、經濟和技術水平決定，基礎教育階段的技術教育內容應該以此為依據，確定一個核心技術領域分類，應該由相關領域的專家學者進行調研和研究來具體確定。這一技術教育標準不僅包括由這些核心技術領域決定的主要教學內容，還包括課程建構、學生評估體系和技術教師專業發展項目，來保障實現技術教育標準所要求的學生應該達到的教育目標。

（二）重視技術教育理論研究，鼓勵技術界、科學界和工程界專家學者的參與

我國歷史上，把與技術有關的稱為“奇技淫巧”，技術教育則被排除在正規教育體制外。直到今天，我國技術教育在基礎教育階段依然薄弱，相關理論研究亦然。我國發展技術教育，需要自上而下的頂層設計，但更需要自下而上的理論研究和問題澄明，來糾正人們對技術教育的誤解，為技術教育在實踐中的困難突圍進行理論造勢，更為頂層設計提供更加專業和適當的理論依據。對技術的本質，對技術教育各種理論問題的探究，都需要有一個強大的理論隊伍，尤其是技術教育界、工程界和科學界專家學者的介入。

另外，還要使技術教育界和工程學界以及科學界，甚至職業教育界的專家學者聯合起來，以會議或研究雜志為溝通平臺，就一些相互交叉融合的問題共同探討。

（三）用整體理念開發技術教育課程，并進行相應的教學方法改革

技術教育課程設置和教學方法改革是技術教育成功的關鍵。在技術教育課程設置方面要體現系統性和整體性。這里的系統性和整體性是指，一方面理清技術教育、工程教育、職業教育以及學術教育之間的關系，使內容設計避免重復；另一方面整合幾種教育內容，尤其是技術、工程學、科學和數學之間的內容融合。只有課程內容上系統完整，才能體現技術教育的精髓，實現培養學生技術素養的目標。

另外，在技術教育的教育階段安排上，要體現連貫性和完整性，使我國中等和中等后教育階段的技術教育內容一脈相承、由易到難，使各階段學習彼此銜接。教學方法既要結合技術教育“以解決問題”為核心的特征，又要結合我國基礎教育的特點，以及中國學生的學習習慣，進行改革和調整，講究教學方法的時效性。

（四）注重技術教育師資培養

美國非常重視技術教師的培養，國家設立各種師資培養項目，有本科層次的，也有碩士和博士層次的。就我國目前情況而言，技術教育師資還比較缺乏，水平參差不齊，整體不高。培養專業的技術教育教師是我國發展技術教育的當務之急。除了職前培養，還應加強在職培訓，提高技術教師的專業素養。

參 考 文 獻

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Trends of Technology Education in American K-12 Education

Shao Changlan

Abstract The United States is a developed country in technology and technology education. In the 21st century， in response to the new social and economic problems， there are some new trends in technology education： establishing the technology literacy and STEM literacy as the technology educational goal， so as to build a technologically and STEM literate society； integrating the engineering and engineering design into K-12 curriculum framework， forming a variety of integrated technology engineering education courses， such as “pre-Engineering” curriculum and “project-based” curriculum； and adopting “issue-based” teaching strategies.

Key words America； K-12； technology education； development trends

Author Shao Changlan， associate professor of Tianjin University of Technology and Education（Tianjin 300222）