張軍霞

摘要隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，技術(shù)產(chǎn)品不斷迭代，技術(shù)與工程和人類生活更加息息相關(guān)，國際科學(xué)教育開始倡導(dǎo)STEM教育，技術(shù)與工程進(jìn)入科學(xué)教育者的視野并受到重視，也成為《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》新增加的學(xué)習(xí)領(lǐng)域?？茖W(xué)、技術(shù)與工程是人類三種不同的社會實(shí)踐活動，如何理解技術(shù)與工程領(lǐng)域中科學(xué)、技術(shù)與工程的內(nèi)容是廣大科學(xué)教師面臨的新問題。理解科學(xué)、技術(shù)與工程，把握技術(shù)與工程領(lǐng)域中科學(xué)、技術(shù)與工程的區(qū)別與聯(lián)系，對于開展技術(shù)與工程領(lǐng)域的教學(xué)具有重要意義。

關(guān)鍵詞 科學(xué) 技術(shù) 工程教學(xué)

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.24.007

Grasp the Teaching in the Field of Technology and Engineering

ZHANG Junxia

（Institute of Curriculum and Teaching Materials， People’s Education Press， Beijing 100081）

Abstract： With the rapid development of science and technology and the continuous iteration of technical products， technology is more closely related to engineering and human life. International science education began to advocate stem education. Technology and engineering have entered the vision of science educators and re？ ceived attention. It has also become a new learning field in the curriculum standard of minor subjects of com？ pulsory education. Science， technology and engineering are three different social practice activities of human be？ ings. How to understand the contents of science， technology and engineering in the field of technology and engi？ neering is a new problem faced by science teachers. Understanding science， technology and engineering and grasping the differences and relations between science， technology and Engineering in the field of technology and engineering are of great significance for teaching in the field of technology and engineering.

Keywords： science； technology； engineering； teaching

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，技術(shù)產(chǎn)品不斷迭代，技術(shù)與工程和人類生活更加息息相關(guān)，國際科學(xué)教育開始倡導(dǎo)STEM教育，技術(shù)與工程進(jìn)入科學(xué)教育者的視野并受到重視，也成為《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》新增加的學(xué)習(xí)領(lǐng)域?？茖W(xué)、技術(shù)與工程是人類三種不同的社會實(shí)踐活動，如何理解技術(shù)與工程領(lǐng)域中科學(xué)、技術(shù)與工程的內(nèi)容是廣大科學(xué)教師面臨的新問題。理解科學(xué)、技術(shù)與工程，把握技術(shù)與工程領(lǐng)域中科學(xué)、技術(shù)與工程的區(qū)別與聯(lián)系，對于開展技術(shù)與工程領(lǐng)域的教學(xué)具有重要意義。

科學(xué)、技術(shù)與工程的內(nèi)涵

1.科學(xué)

《現(xiàn)代漢語詞典》這樣解釋科學(xué)：“反映自然、社會、思維等的客觀規(guī)律的分科的知識體系。”這一定義比較寬泛，包括自然科學(xué)、社會科學(xué)、思維科學(xué)等。我們探討的科學(xué)，一般屬于自然科學(xué)的范疇。

中科院原院長周光召對科學(xué)的解釋是：“科學(xué)主要是對客觀世界的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動規(guī)律、相互間的作用在理論方面的規(guī)律性了解，最后上升為系統(tǒng)的理論；科學(xué)成果是用一種系統(tǒng)的、理論的、知識的形態(tài)反映出來；簡單地說，科學(xué)是認(rèn)識世界?！彼€指出，科學(xué)工作是非常艱巨的、長期的、復(fù)雜的勞動，需要一個(gè)穩(wěn)定支持的環(huán)境，科學(xué)不一定馬上就可以產(chǎn)生效益。對一些基本性的研究應(yīng)給予足夠的重視，尤其是要能自立于世界民族之林，而不是亦步亦趨地跟著別的國家，一定要具備自己獨(dú)立進(jìn)行這些基本的科學(xué)研究的能力。

在加拿大安大略省的課程體系中，科學(xué)和技術(shù)合并為一門學(xué)科。在《科學(xué)與技術(shù)》的課程文件中對科學(xué)的解釋是：“科學(xué)的首要目標(biāo)是了解自然和人類設(shè)計(jì)的世界；科學(xué)是描述和解釋自然和物質(zhì)世界的方法，是人類為獲得關(guān)于自然知識而使用的某些過程，以及通過這些過程獲得的關(guān)于自然的知識的有組織的整體；科學(xué)是一項(xiàng)充滿活力和創(chuàng)造性的活動，有著悠久而有趣的歷史，許多都為科學(xué)知識和理解的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)；科學(xué)家通過測試規(guī)律和理論，并根據(jù)令人信服的新證據(jù)或?qū)ΜF(xiàn)有證據(jù)的重新概念化，不斷評估和判斷科學(xué)知識的合理性；在大多數(shù)情況下，科學(xué)的基本思想，如生命的細(xì)胞基礎(chǔ)、能量定律和粒子概念等，已被證明是穩(wěn)定的?！?/p>

綜上所述，我們可以認(rèn)為科學(xué)是為了了解世界，包括知識、方法、過程、活動，科學(xué)知識是相對穩(wěn)定的。我國的小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出：“人類觀察自然、研究各種現(xiàn)象產(chǎn)生和變化的原因而產(chǎn)生科學(xué)，科學(xué)的核心是發(fā)現(xiàn)。”也就是說，科學(xué)要通過觀察和研究，發(fā)現(xiàn)存在于客觀事物的現(xiàn)象和變化中的規(guī)律性。

2.技術(shù)

《現(xiàn)代漢語詞典》這樣解釋技術(shù)：“人類在認(rèn)識自然和利用自然的過程中積累起來并在生產(chǎn)勞動中體現(xiàn)出來的經(jīng)驗(yàn)和知識，也泛指其他操作方面的技巧。有時(shí)也指技術(shù)裝備?！?/p>

周光召對技術(shù)是這樣解釋的：“技術(shù)是在人類的實(shí)踐活動中積累起來的從事生產(chǎn)的一些經(jīng)驗(yàn)、工藝或理論等。技術(shù)與生產(chǎn)相聯(lián)系，是生產(chǎn)的一部分，是生產(chǎn)力的一部分。簡單地說，技術(shù)要解決改造世界的問題。”他認(rèn)為，科學(xué)領(lǐng)域可以分為三大類：基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和環(huán)境科學(xué)。因此，研究如何改進(jìn)技術(shù)方法，提高技術(shù)水平，也屬于科學(xué)研究。也就是說，發(fā)展技術(shù)也需要用科學(xué)研究的思路與方法。

在加拿大安大略省的《科學(xué)和技術(shù)》課程文件中對技術(shù)的解釋是：“技術(shù)包括開發(fā)和使用解決人類問題和幫助滿足人類需求和欲望的材料、工具和過程，許多技術(shù)產(chǎn)品幫助人類完成那些本來很難或不可能完成的任務(wù)；技術(shù)是一種認(rèn)識的方式，也是一種探索和實(shí)驗(yàn)的過程；技術(shù)是一種知識形式，它使用其他學(xué)科（包括科學(xué)）的概念和技能，并應(yīng)用這些知識來滿足確定的需求或使用材料、能源和工具（包括計(jì)算機(jī)）解決特定問題；技術(shù)方法包括發(fā)明或修改裝置、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)或工藝，雖然技術(shù)提供了許多好處，但也產(chǎn)生了相關(guān)的成本和風(fēng)險(xiǎn)，我們要考慮技術(shù)的收益、成本和風(fēng)險(xiǎn)并明智地使用它?！?/p>

綜上所述，我們可以這樣理解技術(shù)：源于生產(chǎn)生活需要而產(chǎn)生問題，解決這些問題的工具、方法和經(jīng)驗(yàn)總稱為技術(shù)。例如建造技術(shù)、顯微技術(shù)、生物技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、航空航天技術(shù)等都屬于技術(shù)。我國的小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出：“對科學(xué)加以巧妙運(yùn)用以適應(yīng)環(huán)境，改善生活而產(chǎn)生技術(shù)，技術(shù)的核心是發(fā)明?！币簿褪钦f，技術(shù)是利用科學(xué)知識，發(fā)明出幫助人們改善生活的工具。

3.工程

《新牛津詞典》將工程定義為：“一項(xiàng)精心設(shè)計(jì)計(jì)劃的，為了實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)的，單獨(dú)或聯(lián)合實(shí)施的工作。”《現(xiàn)代漢語詞典》這樣解釋工程：“土木建筑或其他生產(chǎn)、制造部門用比較大而復(fù)雜的設(shè)備來進(jìn)行的工作。如土木工程、機(jī)械工程、化學(xué)工程、采礦工程、水利工程等。也指具體的建設(shè)工程項(xiàng)目，如城市改建工程、京九鐵路工程。也泛指某項(xiàng)需要投入巨大人力和物力的工作，如菜籃子工程?！?/p>

百度百科將自然科學(xué)的理論應(yīng)用到具體工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中形成的各學(xué)科的總稱稱為“工程學(xué)”，并給出了狹義和廣義兩種定義。狹義而言，工程定義為“以某組設(shè)想的目標(biāo)為依據(jù)，應(yīng)用有關(guān)的科學(xué)知識和技術(shù)手段，通過有組織的一群人將某個(gè)（或某些）現(xiàn)有實(shí)體（自然的或人造的）轉(zhuǎn)化為具有預(yù)期使用價(jià)值的人造產(chǎn)品的過程”，如某項(xiàng)水利工程、某項(xiàng)橋梁工程。小學(xué)科學(xué)教材中的工程內(nèi)容，基本上屬于狹義的范疇。廣義而言，工程則被定義為由一群（個(gè)）人為達(dá)到某種目的，在一個(gè)較長時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行協(xié)作（單獨(dú)）活動的過程。如前面提到的城市改建工程、京九鐵路工程、菜籃子工程等。

我們可以這樣簡單地理解工程：運(yùn)用科學(xué)原理和技術(shù)手段創(chuàng)造人工物體的系統(tǒng)性的、經(jīng)常反復(fù)的過程和途徑，如土木工程、軟件工程、通信工程、基因工程等。我國的小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中指出：“人類為實(shí)現(xiàn)自己的需要，對已有的物質(zhì)材料和生活環(huán)境加以系統(tǒng)性的開發(fā)、生產(chǎn)、加工、建造等，這便是工程，工程的核心是建造?！?/p>

科學(xué)、技術(shù)與工程的區(qū)別與聯(lián)系

通過對科學(xué)、技術(shù)、工程內(nèi)涵的梳理和對《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)解讀》的學(xué)習(xí)，筆者列出了科學(xué)、技術(shù)與工程的一些不同點(diǎn)（見下表）。

1.科學(xué)、技術(shù)與工程的區(qū)別

（1）研究對象不同

科學(xué)是由好奇心驅(qū)使，提出關(guān)于自然的問題，然后找出答案。因此，科學(xué)是對未知世界的客觀規(guī)律的探索與發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)是以理性與客觀為前提，用邏輯與實(shí)驗(yàn)完整地證明出來的知識和方法系統(tǒng)。技術(shù)是改造世界的手段、方法和過程。工程是人工改造物質(zhì)世界的物質(zhì)性建造的實(shí)施過程。

（2）活動核心不同

科學(xué)活動以發(fā)現(xiàn)為核心，科學(xué)發(fā)現(xiàn)可以增加人類的知識和精神財(cái)富。技術(shù)活動以發(fā)明為核心，是對可行的方法、技巧或機(jī)器的發(fā)明。工程活動以建造為核心，為人類生存發(fā)展建造所需要的人工世界與物品。

（3）社會角色不同

三者的社會角色分別為科學(xué)家、發(fā)明家、工程師。當(dāng)然，科學(xué)家和工程師的職業(yè)定位比較明確，從我國評職稱的角度可以比較明確地劃分，有的參評研究員系列，有的參評工程師系列。按照周光召的說法，技術(shù)研發(fā)過程與一般科學(xué)研究過程相似，因此，科研人員、工程技術(shù)人員都有可能是發(fā)明家。

（4）知識形式不同

科學(xué)知識的基本形式是科學(xué)概念、原理、假說、定律、解釋模型等，技術(shù)知識的基本形式是技術(shù)原理和操作方法，工程知識的主要形式是工程原理、設(shè)計(jì)和施工方案以及建造出來的物品等。

（5）研究方法不同

科學(xué)活動最典型的形式是科學(xué)探究。技術(shù)最典型的方式是技術(shù)開發(fā)，包括發(fā)明、拓展、重組、創(chuàng)新等。設(shè)計(jì)與制造是工程師解決問題的基本方法，設(shè)計(jì)是建造的前提。完成工程項(xiàng)目時(shí)，要考慮計(jì)劃、預(yù)算、執(zhí)行、管理、評估。

（6）驗(yàn)證性不同

科學(xué)、技術(shù)與工程存在一個(gè)關(guān)鍵區(qū)分點(diǎn)，科學(xué)規(guī)律和技術(shù)方法都是可以反復(fù)驗(yàn)證實(shí)施的，但工程項(xiàng)目是一次性的，其適用對象是唯一的，無法復(fù)制的。對于同一工程問題，其設(shè)計(jì)方案往往不是唯一的，沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。

2.科學(xué)、技術(shù)與工程的聯(lián)系

科學(xué)和技術(shù)是緊密聯(lián)系在一起的。科學(xué)通常使用并需要由技術(shù)開發(fā)的工具和過程，反之，技術(shù)通常使用科學(xué)開發(fā)的原理、定律、理論和過程?，F(xiàn)在，科學(xué)與技術(shù)還出現(xiàn)了相互滲透的趨勢。現(xiàn)代科學(xué)更加技術(shù)化，現(xiàn)代技術(shù)更加科學(xué)化，科學(xué)與技術(shù)逐漸融為一體。例如，一些大學(xué)生學(xué)習(xí)的是工科專業(yè)，如計(jì)算機(jī)、電子、材料等，但他們在做畢業(yè)論文或其他研究時(shí)，可能更多的是追求理論發(fā)現(xiàn)而不是發(fā)明。工科學(xué)子做科研這一大學(xué)中的普遍現(xiàn)象，表現(xiàn)出科學(xué)與技術(shù)的密切關(guān)系。

科學(xué)、技術(shù)與工程的緊密聯(lián)系還體現(xiàn)在：技術(shù)是工程的組成要素，工程是若干技術(shù)的系統(tǒng)集成體，它們是在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過發(fā)明產(chǎn)生技術(shù)，最后通過設(shè)計(jì)將技術(shù)應(yīng)用到工程實(shí)踐中。

小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)說明了技術(shù)與工程的聯(lián)系：工程的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)，工程中包含著技術(shù)，技術(shù)的核心是發(fā)現(xiàn)；在工程中可以進(jìn)行技術(shù)發(fā)明；技術(shù)發(fā)明出的技術(shù)手段應(yīng)用于工程建造，形成人工產(chǎn)品，共同創(chuàng)造出人工世界。小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)列出了科學(xué)、技術(shù)與工程三者的聯(lián)系：科學(xué)的發(fā)展促進(jìn)技術(shù)和工程的發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)通過工程設(shè)計(jì)而成型（如下圖）。

把握技術(shù)與工程領(lǐng)域的教學(xué)要求

在科學(xué)課教學(xué)中，我們要注意引導(dǎo)學(xué)生在更宏觀的背景下看待技術(shù)與工程領(lǐng)域中的科學(xué)、技術(shù)和工程，將它們視為人類對自身和其他生物產(chǎn)生重要影響的努力，并學(xué)會將所學(xué)的科學(xué)、技術(shù)與工程知識與學(xué)校以外的世界聯(lián)系起來。

科學(xué)探究主要是發(fā)現(xiàn)客觀事物的規(guī)律，教學(xué)中首要的任務(wù)是提出科學(xué)性問題，提出關(guān)于自然界的問題，以基于實(shí)證的解釋的方式給出合理普遍的答案，形成反映自然、社會、思維等客觀規(guī)律的知識體系。如植物的生長規(guī)律、水和空氣的特征、拉力和推力的作用、材料沉浮的規(guī)律以及天氣變化、晝夜交替等，都屬于科學(xué)的內(nèi)容。學(xué)生學(xué)習(xí)這些內(nèi)容，都要提出關(guān)于自然界的問題，以基于實(shí)證的方式，探究尋找合理的答案，形成反映客觀事物的概念化、規(guī)律性的理解。

在技術(shù)與工程的實(shí)踐中，我們要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷工程師在設(shè)計(jì)、搭建模型和構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)使用的重要的工程技術(shù)實(shí)踐過程?！霸O(shè)計(jì)與技術(shù)”主要包括四個(gè)方面教學(xué)：設(shè)計(jì)、制作、評估和技術(shù)知識。這四個(gè)方面的基本教學(xué)要求如下：

1.設(shè)計(jì)

（1）通過研究和開發(fā)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為特定個(gè)人或群體提供具有創(chuàng)新性、功能性和吸引力的產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息。

（2）通過討論，繪制草圖、橫截面圖、分解圖、原型、樣板，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，生成、開發(fā)、建模和表達(dá)他們的想法。

上述兩句話中有一些關(guān)鍵詞，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息、繪制草圖、橫截面圖、分解圖等，教師較為熟悉。在人教鄂教版《科學(xué)》教材（下文介紹的內(nèi)容均屬于本教材）中，技術(shù)與工程單元基本都有設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，大多是通過繪圖等方式呈現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法。

2.制作

（1）選擇并使用更廣泛的工具和設(shè)備來準(zhǔn)確地執(zhí)行實(shí)際任務(wù)。如切割、成型、接合和精加工。

（2）根據(jù)材料和部件的功能特性和審美品質(zhì)，選擇并使用更廣泛的材料和組件，包括建筑材料、紡織品和配料。

上述兩句話中的一些關(guān)鍵詞，如切割、成型、接合、加工、選擇并使用材料和組件等，教師在教學(xué)時(shí)也有所體會。技術(shù)與工程單元基本都有制作這一步，如一年級下冊的“制作指南針”。有的課在拓展與應(yīng)用中有制作建議，如三年級上冊《開關(guān)》一課拓展與應(yīng)用中的“制作一個(gè)簡易開關(guān)”。

3.評估

（1）調(diào)查和分析一系列現(xiàn)有產(chǎn)品。

（2）根據(jù)自己的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)評估他們的想法和產(chǎn)品，并考慮其他人的意見，以改進(jìn)他們的工作。

（3）了解設(shè)計(jì)和技術(shù)中關(guān)鍵事件、個(gè)人如何幫助塑造世界。

教師對其中的一些關(guān)鍵詞，如調(diào)查、分析、評估、改進(jìn)等已經(jīng)深有體會。技術(shù)與工程單元基本都有評估與改進(jìn)這一環(huán)節(jié)。如一年級上冊《制作小物品》中的“展示、改進(jìn)筆筒”，一年級下冊《制作指南針》中的“測試、改進(jìn)自制的指南針”。

4.技術(shù)知識

（1）知道如何增強(qiáng)、鞏固、加固更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

（2）理解機(jī)械系統(tǒng)，并在產(chǎn)品中使用，如齒輪、滑輪、凸輪、杠桿和連桿。

（3）了解電氣系統(tǒng)，并在產(chǎn)品中使用，如含有開關(guān)、燈泡、蜂鳴器和電機(jī)的電路。

（4）在編程、監(jiān)控和控制產(chǎn)品時(shí)體現(xiàn)對計(jì)算的理解。

以上要求中，增強(qiáng)、鞏固、加固、機(jī)械、電、計(jì)算等是關(guān)鍵詞。在技術(shù)與工程單元的先導(dǎo)課中，會介紹一些技術(shù)知識。如一年級下冊技術(shù)與工程單元“制作指南針”的第一課中，引導(dǎo)學(xué)生觀察指南針各部分是用什么制作的；三年級上冊技術(shù)與工程單元“小小建筑師”的第二課研究了“哪種結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，哪種結(jié)構(gòu)承受力較大”；三年級下冊技術(shù)與工程單元“動力小車”中，分析可以給小車安裝哪些動力裝置。

教材非常重視技術(shù)與工程領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，每一冊的最后一個(gè)單元都專門設(shè)計(jì)為技術(shù)與工程單元。這樣的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生經(jīng)歷長時(shí)間、完整和系統(tǒng)化的技術(shù)與工程的學(xué)習(xí)，使他們能夠?qū)茖W(xué)、技術(shù)、工程有更深刻的理解，不僅清楚它們的不同點(diǎn)，還能以一種綜合的、聯(lián)系的思維來解決一些科學(xué)、技術(shù)與工程的問題，提高他們的科學(xué)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。