馬克·德福瑞著 吳瑕譯

一、技術教育的挑戰(zhàn)

20世紀70年代,一些國家開始在其學校課程體系中引入技術教育。大部分情況下,這其實是對手工教育的延續(xù),只不過其中包含了一些諸如電子與機器人之類的新元素。①Marc J.de Vries,“Technology Education:An International History,”in Marc J.de Vries,Ed.,Handbook of Technology Education,Dordrecht:Springer,2018,pp.73-84.一些國家采取了一種強有力的基于設計的方法,其他國家擴展了科學教育以涵蓋技術應用。在20世紀80年代到90年代,經驗交流開始對各國的技術教育的統(tǒng)一性產生影響,例如設計的概念傳播到其他國家。一系列國際會議,如學生對技術態(tài)度(PATT)的會議、國際技術和工程教育者協(xié)會(ITEEA)的年度會議、設計和技術協(xié)會(DATA)的會議以及國際技術教育(ICTE)的會議的召開,以及國際上有關技術教育的學術期刊的創(chuàng)辦,如《國際技術與設計教育期刊》《設計與技術教育(國際期刊)》《技術教育期刊》和《澳大利亞技術教育期刊》對技術教育的發(fā)展起著重要作用。在2000年后,一些國家的技術教育面臨危機。這是因為政治家們要求直接可見的結果而不顧及其現(xiàn)實性,致使很少有年輕人選擇技術教育專業(yè)并從事相關工作。與此同時,STEM教育的理念也初具雛形。為了捍衛(wèi)自己的地位,技術教育者們開始聲稱他們做的實質上就是STEM教育。但是這種主張通常很難得到證據(jù)的支持,因為在許多情況下,科學和數(shù)學并不屬于技術教育教師的學科專長。在那些質疑技術教育地位的國家中,STEM教育作為現(xiàn)實的選擇有幸存活了下來。為了更好地開展STEM教育,需要一種新的以設計為核心的STEM教育方法。

顯然,由于一系列國際會議(特別是PATT會議)的召開和多家國際學術期刊的創(chuàng)辦,技術教育在國際領域的聯(lián)系日益增多,而這一趨勢也促成了(學者對)更多國際性主題與關注點的研究。不過,這并不意味著技術教育的發(fā)展就可以高枕無憂了。一些國家的技術教育地位正岌岌可危,因此特別需要繼續(xù)努力發(fā)展技術教育的教學論,而這一發(fā)展需要教育研究的有力支持。這表明,技術教育能憑借自身特殊的學科教學論成為學校課程中的重要組成部分,并且它不能被科學教育所取代。技術教育者要證明技術教育對學生有所改變,這是一個挑戰(zhàn),他們需要通過證據(jù)消除一些人認為技術教育是應當結束的一個實驗的看法,因其迄今為止并未成功。幸運的是,至少已經有大量研究表明技術教育確實產生了影響。未來提高技術教育的地位仍然是一項挑戰(zhàn)。

二、STEM:一個可能的未來選項

STEM中技術教育的整合首先可以從哲學的角度進行論證。②Marc J.de Vries,“Philosophy of Technology:Themes and Topics,”in Marc J.de Vries,Ed.,Handbook of Technology Education,Dordrecht:Springer,2018,pp.7-16.與科學和數(shù)學相關聯(lián),這一點是技術的本質。過去,人們錯誤地認為技術只是在開發(fā)新產品和新流程中對科學的應用。但是,技術哲學家已經證明這是錯誤的。技術具有自己的知識體系,而且它們并非都來自科學知識。③Verkerk,M.J.,Hoogland,J.,Stoep,J.van der and Marc J.de Vries,Philosophy of Technology.An Introduction for Technology and Business Students,New York:Routledge,2016.④Marc J.de Vries,Teaching about Technology.An Introduction to the Philosophy of Technology for Non-philosophers.Second Edition,Dordrecht:Springer,2016.特別是,許多技術知識中的規(guī)范性概念對科學而言是陌生的,因為科學描述的僅是實然的世界,而非應然的世界。在那些不發(fā)達國家,技術教育通常與科學教育相距甚遠。技術教師沒有科學知識背景,因此難以與科學學科的同事一起工作。與科學之間缺乏聯(lián)系,也使得校董會、家長、教師和學生在印象中將技術教育歸入手工教育、音樂教育等學科教育領域中,而非一門更重要的學校科目。這即是將技術綜合到STEM中的第二個目的,它可能會提高技術教育的地位。①Marc J.de Vries,“The T and E in STEM:From Promise to Practice,”in Marc J.de Vries,Fletcher,S.,Kruse,S.,Labudde,P.,Lang,M.,Mammes,I.,Max,C.,Münk,D.,Nicoll,B.,Strobel,J.and Winterbottom,M.,Eds,Research in Technology Education,Münster/New York:Waxmann,2018,pp.11-20.在STEM中整合技術的第三個目的是旨在解決人們對科學學科的刻板印象,即由于科學的抽象性而不受學生歡迎。即使是科學學得很好的學生(根據(jù)ROSE項目的結果),也特別是這一群學生,其實是不喜歡科學教育的。學生學習科學時會發(fā)現(xiàn)它似乎與日常生活沒有聯(lián)系;正因為如此,學生學習科學主要是因為它是許多學術研究所必需的,而不是因為他們對它的內容感興趣。

盡管抱有這些期望,為實現(xiàn)STEM教育并從技術、科學和數(shù)學之間的這些聯(lián)系中獲得最好的結果的種種努力,已經表明人們依舊很難找到一種真正的整合方式。教師開展的研究性項目通常只是將技術設備作為一種提升動機的工具,教師真正關注的是利用學生調查研究的某種自然現(xiàn)象而發(fā)展科學知識。技術設備本身的設計和發(fā)揮作用的方式則是隱而不彰的。在這種情況下,技術僅處于應用層面,在科學學習與技術學習之間缺乏真正的聯(lián)系。另一種選擇是,教師讓學生進行設計挑戰(zhàn),其中在某一時刻需要進行一場實驗來調查某種現(xiàn)象,該現(xiàn)象與“設計裝置”的功能發(fā)揮有關。但此類實驗的結果往往僅是一張漂亮的表格或圖形,而沒有提供有關如何改進設計的任何線索?？茖W與技術之間依然沒有真正的聯(lián)系。因此,我們需要的設計挑戰(zhàn)是必須對某些自然現(xiàn)象進行深入了解才能開展設計工作(或對其進行改進),我們需要的研究挑戰(zhàn)是必須設計和制造某些東西才能完成研究。

設計過程是一個可以豐富已經學習過的知識(科學和數(shù)學)并學習新的知識(科學和數(shù)學)的過程。設計是適合于一種建構主義的方法,這是因為“我”是允許認知沖突和信念重建的。為了實現(xiàn)這一目標,教師需要有關設計的學科教學知識(design PCK)。與自然科學或數(shù)學教師相比,技術教師自然具備更多這樣的知識。這就是技術教育者將必須在此類(整合的)STEM教育中發(fā)揮至關重要作用的原因。但是,科學和數(shù)學教師也必須具有其各自學科的學科教學知識(PCK)。教師需要認識到,將研究與設計結合到整合的STEM課程項目中時,STEM才能使人真正認識到科學與技術的真實性。②Driel,J.H.van,Vossen,T.E.,Henze,I.and Marc J.de Vries,“Delivering STEM Education through School-Industry Partnerships:A Focus on Research and Design,”in Barkatsas,T.,Carr,N.and Cooper,G.,Eds,STEM Education:An Emerging Field of Inquiry,Dordrecht/Leiden:Sense/Brill,2018,pp.31-44.

那么,可以將這種工程實踐“轉化”為教育實踐嗎?是的,可以,以下給出的示例可以作為說明。紙飛機和紙直升機有可能成為研究與開發(fā)相結合的有力方式的例證。紙飛機易于制作和改變。飛行測試有些棘手(必須一致地投飛機,以使飛行行為的變化相對獨立于投的動作),但這是可以通過一些練習來實現(xiàn)的。通過折疊紙張可以輕松更改翼展,重心可以簡單地通過將回形針放在紙飛機上并前后移動來進行操縱。因此,學生可以研究什么變量對飛機的飛行時間和行進距離有影響。紙質直升機也許更簡單,在教學中也同樣具有可行性。是什么使紙質直升機旋轉?決定轉速的因素是什么?是什么決定飛行的持續(xù)時間?如何延長飛行時間或增加旋轉速度?剪折一架新的紙質直升機非常容易,但要獲得這些問題的初步答案都需要相當?shù)闹R。它雖然很簡單,但確實能給學生留下深刻的現(xiàn)實印象,還會為學生帶來很多樂趣。過去,這曾經是百無聊賴的學生尋找機會取笑老師的活動,現(xiàn)在他們卻獲得了快樂與學習的雙贏。我們稱之為全面“飛行”的STEM教育。

三、研究基于設計的整合性STEM教育

在德爾夫特理工大學,已有研究探索如何實現(xiàn)這種基于設計的學習方式,以及為實現(xiàn)這一學習方式,教師要知道什么、能夠做什么,還研究了諸如形成性評價和支架式教學之類具體的教學論。

將設計作為概念學習的一種教學策略,這是科學教育研究計劃的核心。針對不同的學?？颇亢筒煌淖又黝},這一核心得到了精心設計。除了這一重點外,還有許多其他研究活動涉及其他相關主題,例如游戲化以及從數(shù)學學習到物理學習的遷移。

聚焦設計的概念學習與技術大學針對單個STEM學科和一些綜合性STEM學科的教師教育計劃的背景非常吻合,因為技術大學擁有豐富的設計工作的經驗。它也很好地契合了目前概念學習中大家非常感興趣的所謂“概念-背景方法”,因為設計被視為一種學生可以參與的社會實踐。科洛德納(Janet Kolodner)等人的研究表明,教師在基于設計的概念學習中的作用至關重要。這使得這一研究主題與我們的教師教育計劃更加相關。設計情境可以用來喚起學生的前概念與科學概念之間的認知沖突(例如:根據(jù)有關沉浮的錯誤觀念設計出的船舶可能會導致沉船)。設計在教育上也很有趣,因為它可以用于多種目的:學生學習設計,他們可以應用以前學到的知識,還可以通過設計活動來學習新知識。研究計劃中的核心問題是如何將設計情境有效地用于概念學習以及對科學技術本質的學習。

這方面的大多數(shù)研究都與中等教育有關,因為它們主要是培養(yǎng)科學教育與傳播方面的師資。但是,還有許多涉及初等教育的研究。這些研究是在“科學中心”(Science Hub)的背景下進行的,此類中心致力于小學科學技術教師的專業(yè)化。

布洛克肯(Dave van Breukelen)研究了如何將設計活動運用于中學物理教師的師資培訓中,以提升他們對物理概念的理解以及將這些經驗轉化為中學的課堂教學。他證實了科洛德納的研究發(fā)現(xiàn),即需要教師的積極作用來激發(fā)學生在設計工作中使用這些概念。①Breukelen,D.van,Smeets,M.and MarcJ.de Vries,“Explicit Teaching and Scaffolding to Enhance Concept Learning by Design Challenges,”Journal of Research in STEM Education,vol.1,no.2,2015,pp.87-105.②Breukelen,D.van,Meel,Avan,and MarcJ.de Vries,“Teaching Strategies to Promote Concept Learning by Design Challenges,”Research in Science&Technological Education,vol.35,no.3,2017,pp.368-390.布洛克肯在他稱為FITS的流程(聚焦、調查、技術設計、協(xié)同)中闡述了這一策略。③Breukelen,D.H.J.van,Michels,K.J.,Schure,F.A.and Marc J.de Vries,“The FITS Model:An Improved Learning by Design Approach,”Australasian Journal of Technology Education,vol.3,2016.④Breukelen,D.H.J.,Marc J.de Vries and Schure,F.,“Concept Learning by Direct Current Design Challenges in Secondary Education,”International Journal of Technology&Design Education,vol.27,no.4,2017,pp.407-430.

在荷蘭,有兩門學?？颇空谂﹂_展此類項目:高中的“自然、生命與技術”科目(NLT)(Sek.II)和在所謂的中等教育技術學校(Technasium Schools)開展的“研究與設計”科目(荷蘭語簡稱“O&O”)。⑤Marc J.de Vries,“Rise,Fall and New Perspective for Technology Education in the Netherlands,”in Marc J.de Vries,Fletcher,S.,Kruse,S.,Labudde,P.,Lang,M.,Mammes,I.,Max,C.,Münk,D.,Nicoll,B.,Strobel,J.and Winterbottom,M.,Eds,Technology Education Today.International Perspectives,Münster/New York:Waxmann,2016,pp.109-124.在高中的“自然、生命與技術”科目中,STEM特征最為突出。因為這個主題是團隊講授的(至少在理想情況下是這樣)?？上?“研究與設計”科目僅由一名教師教,而且教師并非總是有科學專業(yè)知識背景。高中的“自然、生命與技術”學科模塊是主題式的,由至少一名科學教師、一名學科專家和一名該學科的教學論專家(通常是大學的教師教育者)組成的團隊開發(fā)。模塊可以接受認證程序,而且通過認證的模塊每四年還要進行一次修訂。這造就了高質量的模塊,并且該學科在學生和教師中非常受歡迎。“研究與設計”科目始終基于外部合作伙伴(例如:以某種方式參與技術開發(fā)的本地行業(yè)或組織)提出的任務。在某種意義上,學生獲得來自真實問題和挑戰(zhàn)的任務,這就使得該學科非常之“真實”。沃森(Tessa Vossen)正在研究學生和教師如何看待這些科目中設計與研究之間的關系。最初的發(fā)現(xiàn)是,這兩個群體都喜歡設計而非研究,并且他們能夠認識到設計與研究之間的部分關系,但肯定不是全部。⑥Vossen,T.E.,Henze,I.,Rippe,T.C.A.,Driel,J.van,and Marc J.de Vries,”Attitudes of Secondary School Students towards Doing Research and Design Activities,”International Journal of Science Education,vol.40,no.13,2018,pp.1629-1652.“研究與設計”科目似乎在學生對設計和研究的態(tài)度上有積極的影響。試圖在專業(yè)學習共同體(Professional Learning Communities)中提升教師學科教學知識的初步努力,看起來也是有成效的。

斯塔姆斯(Hanna Stammes)研究了將形成性評價用于設計活動的方法,以強化中學化學教育中的概念學習。她對為開展形成性評價教師所需要的學科教學知識以及學科教學知識如何在專業(yè)學習共同體中發(fā)展特別感興趣。初步的研究發(fā)現(xiàn)是,教師很難想象如何在化學教育的背景下開展設計活動。毫無疑問,這是因為化學設計主要是關于設計材料和過程,而不是產品。盡管如此,看起來基于設計的化學教育的專業(yè)學習共同體依然可以幫助教師在化學課上開展一些設計工作。斯塔姆斯采用了兩個項目:設計牙膏和設計用于加熱飲品的水杯。不過斯塔姆斯的研究尚未公開發(fā)表。

謝拉丹(Sathyam Sheoratan)研究如何在設計活動中使用支架式教學,以促進中學化學教育中的概念學習。他調查了中學和高等學校教師的看法。他與專業(yè)學習共同體中的化學教師合作,旨在研究如何成功地利用支架式教學來開展基于設計的化學學習。最初的發(fā)現(xiàn)表明,學生不愿設計是由于化學教師缺乏相關經驗以及實施設計教育所需的指導太復雜。為了找到指導和支持化學設計任務學習所需的特征和技能,我們與具有設計和化學經驗的中等學校和高等學校的教師進行了半結構化訪談。通過計算機輔助的質性數(shù)據(jù)分析,我們發(fā)現(xiàn):(1)教師需要具有提問的藝術和科學,無論是診斷性還是干預性措施,以激發(fā)學生做出好的設計;(2)教師應了解,設計教育和化學教育適用于不同的模型、教學的方法和學習目標,因此需要不同類型的支持,而對于化學設計教育,則必須將它們巧妙地結合在一起。這種支持在很大程度上取決于教師在設計教育中所扮演的教學角色。謝拉丹的研究也尚未公開發(fā)表。

四、結語

技術教育在課程中的地位永遠都不應被認為是理所當然的,即使是在如今技術教育做得很好的國家也不例外。在技術教育受到威脅或衰退的國家中,整合性STEM教育可以成為技術教育存活的救命稻草。當研究和設計活動在設計挑戰(zhàn)中真正結合,這種類型的教育最為有效,至少最具潛力。教育研究為此提供了初步的證據(jù)。但是,還需要做更多的工作,以期了解如何開發(fā)針對此類教育的學科教學知識。專業(yè)學習共同體似乎是實現(xiàn)這一目標的有用工具。