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1、科学教育与技术教育的融合： 现代创新人才培养新路径 顾建军 国务院学位委员会教育学科评议组 成 员 教育部普通高中技术课程标准研制组 组 长 南京师范大学 教育科学学院 、研究院 院 长 科学OR技术？ 古希腊大哲学家亚里士多德（可能是最先把科学和 技术分开来的权威人物），他认为：科学是知识， 而技术则与人的实际活动相联系技艺能力或技能。 科学技术 在人类发展变化的下一个历史阶段，科 学、技术、数学是变化的中心，它们引起 社会变化、塑造社会变化，并应对社会变 化，是今日儿童应对明日世界的基础。 摘自2061计划 内容提纲 一、融合的基础：当代科学与技术“共生”生态 二、融合的使命：培养现代创新
2、人才 三、融合的路径：多元融合模式的探索 四、融合的反思：融合的限度与区分度 一、融合的基础： 当代科学与技术“共生”生态 共生与融合：科学概念内涵的变化 斯坦福大学科学教育学者赫德(P. D. Hurd)教授指出:“今日自然科学与过去四 个世纪的学科概念大不一样。” 为了揭示当代科学内涵的这种深刻变化, 国外一些学者创造了许多新词汇来 予以概括。美国科学哲学家拉涛尔(B. Latour)创造了“技术-科 学”(technoscience)一词,以示当代科学与以往科学的区分。 著名科学史学家普赖斯(D. D. Price) 则把今天的科学描述为“应用性科 学”(applied science)
3、, 旨在揭示当代科学已不再是过去的“纯”科学了。此外, 还有人创造了“科-技”(sci-tech)一词揭示当代科学内涵的变化。 上述科学概念内涵的变化标示了现代科学与技术的共生与融合的关系。 现代科学与技术的共生与融合：科学与技术发展 第三次技术革命是在现代自然科学革命的直接作用下并与其相互交叉而 发生。它以量子力学、固体物理学、数学、高分子化学、分子生物学等 为理论基础,以飞机和电子管的发明为起点 ,伴随雷达和无线电通讯技术 的发展, 机电综合体和生产流水线的产生,导致以计算机为核心 ,包括空间 技术、原子技术 、激光技术 、自动化技术 、高分子合成技术、半导体、 超导体和新型材料技术在内的
4、技术体系建立和完善起来 。 这个技术体系有个明显不同于以往的新特点 ,就是它们不仅更依赖于科学 知识 ,而且科学向技术转化的周期也愈来愈短 。 科学技术转化为生产力周期表（单位：年） 由此可知，第三次科技革命期间，由于科学和技术的 相互渗透，科研成果转化为生产力的时间越来越短。 第二次科技革命与第三次科技革命的对比 当下的技术革命带来什么？ 工业4.0 云技术 物联网 3D技术 微粒子技术 科学的形态技术的形态科学与技术的关系 前工业社会 自然哲学，对自然界 的一种总体看法（德 谟克利特） 技艺、技能简单工具 如石质器械、弓箭等 （亚里斯多德） 完全分离：从事科学研究的 是上层哲学家, 而从事
5、技术 工作则是身份较低的工匠。 传统工业社会 特 定 领 域 的 知 识 体 系，如物理、化学、 生物等（赫胥黎） 机器、知识、经验等 改造自然的工具或手 段（狄德罗、怀特海 等） 建立联系：技术为科学研究 提供先进实验设备与动力。 （马克思） 现代工业社会 科学发展高度分化与 高度融合（赫德等） 以现代科学为基础的 高新技术兴起（海德 格尔等） 共生、互动：高科技发展形 成科学和技术之间相互结 合、相互渗透新关系 科学与技术的共生互动关系对教育的影响 传统的科学教育是以理论知识为中心。近十年以来这种情况得到改变， 设计与技术、物理与技术、化学与技术、地理与技术等开始进入学生 的课程，成为科学
6、教育的一个部分； 传统的技术教育主要强调“动手做”，强调技能，注重手工，关注学生 的大肌肉、小肌肉运动，关注对技术工具的驾驭和包含材料在内的对 象物的加工，注重身体姿势、状态、力量、精度以及技术目标的达成。 而现代技术教育的项目增加了“科学含量”更高的技术设计、技术试 验、技术探究、技术体验等实践活动，主要是“动脑做”。 二、融合的使命： 培养现代创新人才 知识与技能增长方式变化 “点式”增长到“框架式”增长 “被动式”增长到“主动式”增长 人才观的历史嬗变 在工业革命以前，人们推崇百科全书式 的“知识型”人才。（夸美纽斯） 在二十世纪中叶由于科学技术的激烈竞争，社会需要的更多的是“能力 型”
7、人才。（UNESCO) 二十世纪末以来，随着知识经济时代与信息时代的到来，培养具有综合 运用多种理论与方法解决实际复杂问题、非确定性问题、结构不良问题、 进行深度学习的“创新型”人才。（OECD) 现代创新人才 的素质结构 合作、交流和 表达能力 知识与经验 结构化和良好 认知模型 创造性想象、批判性思维 权衡、优化、系统工程思维 与理念转化、物化能力 责任心与好奇心 有效的终身 深度学习 能力 综合运用知识，解 决不良问题、复杂 问题的能力 科学教育与技术教育的融合对于现代创新人才的培 养具有独特的价值 科学的本质在于“探索与发现”，技术的本质在于“发明与创造”，两者都指向 “创新”，独立形
8、态的科学教育与技术教育对于创新人才的培养都具有独立的价 值和意义。 然而，科学与技术在思维方式上有着本质不同，科学思维遵循的是“实证思 维”，其强调的是逻辑的一致性。而技术思维更多地指向“工程思维”，其强调 的是面向实践领域的“权衡、优化”等过程。科学教育与技术教育的融合有利于 科学思维与技术思维两种不同思维方式的结合，并产生1+12的叠加效应，形 成良好的认知模式，有利于创新思维的培养。 从科学教育与技术教育的过程来看，传统科学教育侧重于“内部认知”活动，而技术 教育更加强调动手操作的“外部认知”，科学教育与技术教育的融合更加有利于学生 “动手-动脑动心”，从而实现真正意义上的“做中学”培养
9、学生的探究能力。 新近的脑神经认知科学的研究也表明：科学教育与技术教育的融合有利于改善儿童 的认知分布，促进儿童“左脑”与“右脑”的和谐发展，从而为创新思维的发展打下基 础。 科学教育与技术教育的融合能够培养学生综合解决问题的能力，能够培养学生的合 作、交流与表达能力，并能够在丰富的科技创新活动中发展学生的责任心，为现 代创新素质的培养打下基础。 三、融合的路径： 多元融合模式的探索 “嵌入式”融合 “整合式”融合 “嫁接式”融合 “立交式”融合 (二)方法与着力点 课程模块的 课程内容的 课程结构的 课程体系的 “嵌入式融合”案例1 美国新一代科学教育标准（NGSS） 2010年7月NRC（
10、National Research Council）公布的K-12科学教育框架（草 案），以及1年后正式出版的K-12科学教育框架：实践、跨领域概念和核 心概念（以下简称框架）标志着美国新一轮科学教育改革已初步完成， 如今已经面世的新一代K-12科学教育标准（Next Generation Science Standards，NGSS，以下简称标准）则是该轮教育改革的标志性成果。 NGSS是奥巴马政府执政以来，采取一系列措施来提升美国在科技创新方面竞 争力，培养创新性科技人才的重要科学教育改革的蓝本，这一科学教育改革蓝 本的核心加强了科学教育与技术教育的深度融合。 美国新一代科学教育标准（NG
11、SS）：内容概要 NGSS的3个维度（Three dimensions）：即实践（practices）、 跨领域概念（crosscutting concepts）和学科核心概念 （disciplinary core ideas，即内容）。 NGSS尤其强调科学教育与技术、工程以及科学应用的联系。 “嵌入式融合”案例2 中国义务教育科学教育标准 2001年颁布公布的小学3-6年级科学课程标准（实 验）。 课程内容涉及领域：物质科学，生命科学，地球与空间 科学，技术与设计等。 技术教育部分内容嵌入在科学教育课程之中。 教育 科学教育与技术教育“嫁接”式融合 生命 化学 物质 地球 信息 能源 工艺
12、 设计 工程 材料 试验 “嫁接式融合”案例1 中国江苏省普通高中课程基地 2012年开始建立的科学与技术有机嫁接的课程基地， 在目标、内容、资源上有机嫁接。 江苏张家港梁丰中学的电子科学与技术课程基地。 江苏南京第一中学的地理科学与技术课程基地。 “嫁接式融合”案例2 加拿大、菲律宾等国家和地区的科学与技术课程 加拿大1-9年级的科学与技术课程。 菲律宾的科学与技术学习领域。 香港、澳门、台湾的资讯科技。 “整合式融合”案例1 美国兴起、国际流行STEM教育 科学（Science） 技术（Technology） 工程（Engineering） 数学（Mathematics） STEM教育就是
13、科学、 技术、工程、数学的教育。 英国的SATIS课程 SATIS (Science and Technology in Society 社会中的科学和技术)是英国科学教 育协会(Association for Science Education)在20世纪80 年代末开发的旨在进行 STS 教育的科学课程改革教材。 与传统的科学教材编写模式不同, 它以课题研究的形式呈现教材内容。在SATIS 教材中共有100 个这样的课题研究, 它们涉及到物理学、化学、生物学、医 学、心理学、天文学、地理、农业、信息科学、音乐、食品、建筑、通信、采 矿、机械、计算机等社会中几乎所有的科学和技术领域。其中每个
14、课题研究基 本上都是先提供一些背景知识或信息, 然后提出有关问题, 让学生通过讨论或 实地调查活动等自己提出解决问题的方案。 课程以社会问题为中心，将科学与技术知识以及应用能力整合起来。 STC课程(Fused Curriculum) 科学与技术的“合科课程”，是指将科学学科与技术学科按照一定的内在逻辑合 并成为一个新的学科。合并后原来的科目不再单独存在，这一点与相关课程不 同。 例如， STC课程（Science Technology and Children） “科技与儿童”就是将科 学、技术与人文融合成为一种新的课程。 “整合式融合”案例2 综合实践活动是中小学阶段国家规定的必修课，包括
15、研究性学习、劳动与技术 教育、信息技术、社区服务与社会实践四部分内容。开展综合实践活动旨在让 学生联系社会实际，通过亲身体验进行学习，积累和丰富直接经验，培养创新 精神、实践能力和终身学习的能力。其突出的性质体现了综合性、实践性与活 动性 （1）综合性：对任何主题的探究都必须体现个人、社会、自然的内在整合， 体现科学、技术、道德等内在整合。 （2）实践性：综合实践活动课程的展开往往以各种活动为载体，强调学生通 过活动或亲身体验来进行学习，但不是为“活动”而“活动”。 “叠加式融合”案例1 中国高中科学教育学科课程标准 2003年颁布公布的普通高中课程标准（实验）。 课程模块在物理、化学、生物、地理基础上增加了新的模块： 物理与技术，生物与技术，化学与技术、地理技术应用等。 技术教育部分内
