把握技术与工程领域的教学

张军霞

摘要随着科学技术的迅猛发展，技术产品不断迭代，技术与工程和人类生活更加息息相关，国际科学教育开始倡导STEM教育，技术与工程进入科学教育者的视野并受到重视，也成为《义务教育小学科学课程标准》新增加的学习领域。科学、技术与工程是人类三种不同的社会实践活动，如何理解技术与工程领域中科學、技术与工程的内容是广大科学教师面临的新问题。理解科学、技术与工程，把握技术与工程领域中科学、技术与工程的区别与联系，对于开展技术与工程领域的教学具有重要意义。

关键词 科学 技术 工程教学

中图分类号：G424文献标识码：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

随着科学技术的迅猛发展，技术产品不断迭代，技术与工程和人类生活更加息息相关，国际科学教育开始倡导STEM教育，技术与工程进入科学教育者的视野并受到重视，也成为《义务教育小学科学课程标准》新增加的学习领域。科学、技术与工程是人类三种不同的社会实践活动，如何理解技术与工程领域中科学、技术与工程的内容是广大科学教师面临的新问题。理解科学、技术与工程，把握技术与工程领域中科学、技术与工程的区别与联系，对于开展技术与工程领域的教学具有重要意义。

科学、技术与工程的内涵

1.科学

《现代汉语词典》这样解释科学：“反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知识体系。”这一定义比较宽泛，包括自然科学、社会科学、思维科学等。我们探讨的科学，一般属于自然科学的范畴。

中科院原院长周光召对科学的解释是：“科学主要是对客观世界的结构、运动规律、相互间的作用在理论方面的规律性了解，最后上升为系统的理论；科学成果是用一种系统的、理论的、知识的形态反映出来；简单地说，科学是认识世界。”他还指出，科学工作是非常艰巨的、长期的、复杂的劳动，需要一个稳定支持的环境，科学不一定马上就可以产生效益。对一些基本性的研究应给予足够的重视，尤其是要能自立于世界民族之林，而不是亦步亦趋地跟着别的国家，一定要具备自己独立进行这些基本的科学研究的能力。

在加拿大安大略省的课程体系中，科学和技术合并为一门学科。在《科学与技术》的课程文件中对科学的解释是：“科学的首要目标是了解自然和人类设计的世界；科学是描述和解释自然和物质世界的方法，是人类为获得关于自然知识而使用的某些过程，以及通过这些过程获得的关于自然的知识的有组织的整体；科学是一项充满活力和创造性的活动，有着悠久而有趣的历史，许多都为科学知识和理解的发展作出了贡献；科学家通过测试规律和理论，并根据令人信服的新证据或对现有证据的重新概念化，不断评估和判断科学知识的合理性；在大多数情况下，科学的基本思想，如生命的细胞基础、能量定律和粒子概念等，已被证明是稳定的。”

综上所述，我们可以认为科学是为了了解世界，包括知识、方法、过程、活动，科学知识是相对稳定的。我国的小学科学课程标准指出：“人类观察自然、研究各种现象产生和变化的原因而产生科学，科学的核心是发现。”也就是说，科学要通过观察和研究，发现存在于客观事物的现象和变化中的规律性。

2.技术

《现代汉语词典》这样解释技术：“人类在认识自然和利用自然的过程中积累起来并在生产劳动中体现出来的经验和知识，也泛指其他操作方面的技巧。有时也指技术装备。”

周光召对技术是这样解释的：“技术是在人类的实践活动中积累起来的从事生产的一些经驗、工艺或理论等。技术与生产相联系，是生产的一部分，是生产力的一部分。简单地说，技术要解决改造世界的问题。”他认为，科学领域可以分为三大类：基础科学、技术科学和环境科学。因此，研究如何改进技术方法，提高技术水平，也属于科学研究。也就是说，发展技术也需要用科学研究的思路与方法。

在加拿大安大略省的《科学和技术》课程文件中对技术的解释是：“技术包括开发和使用解决人类问题和帮助满足人类需求和欲望的材料、工具和过程，许多技术产品帮助人类完成那些本来很难或不可能完成的任务；技术是一种认识的方式，也是一种探索和实验的过程；技术是一种知识形式，它使用其他学科（包括科学）的概念和技能，并应用这些知识来满足确定的需求或使用材料、能源和工具（包括计算机）解决特定问题；技术方法包括发明或修改装置、结构、系统或工艺，虽然技术提供了许多好处，但也产生了相关的成本和风险，我们要考虑技术的收益、成本和风险并明智地使用它。”

综上所述，我们可以这样理解技术：源于生产生活需要而产生问题，解决这些问题的工具、方法和经验总称为技术。例如建造技术、显微技术、生物技术、计算机技术、航空航天技术等都属于技术。我国的小学科学课程标准指出：“对科学加以巧妙运用以适应环境，改善生活而产生技术，技术的核心是发明。”也就是说，技术是利用科学知识，发明出帮助人们改善生活的工具。

3.工程

《新牛津词典》将工程定义为：“一项精心设计计划的，为了实现特定目标的，单独或联合实施的工作。”《现代汉语词典》这样解释工程：“土木建筑或其他生产、制造部门用比较大而复杂的设备来进行的工作。如土木工程、机械工程、化学工程、采矿工程、水利工程等。也指具体的建设工程项目，如城市改建工程、京九铁路工程。也泛指某项需要投入巨大人力和物力的工作，如菜篮子工程。”

百度百科将自然科学的理论应用到具体工农业生产部门中形成的各学科的总称称为“工程学”，并给出了狭义和广义两种定义。狭义而言，工程定义为“以某组设想的目标为依据，应用有关的科学知识和技术手段，通过有组织的一群人将某个（或某些）现有实体（自然的或人造的）转化为具有预期使用价值的人造产品的过程”，如某项水利工程、某项桥梁工程。小学科学教材中的工程内容，基本上属于狭义的范畴。广义而言，工程则被定义为由一群（个）人为达到某种目的，在一个较长时间周期内进行协作（单独）活动的过程。如前面提到的城市改建工程、京九铁路工程、菜篮子工程等。

我们可以这样简单地理解工程：运用科学原理和技术手段创造人工物体的系统性的、经常反复的过程和途径，如土木工程、软件工程、通信工程、基因工程等。我国的小学科学课程标准中指出：“人类为实现自己的需要，对已有的物质材料和生活环境加以系统性的开发、生产、加工、建造等，这便是工程，工程的核心是建造。”

科学、技术与工程的区别与联系

通过对科学、技术、工程内涵的梳理和对《义务教育小学科学课程标准解读》的学习，笔者列出了科学、技术与工程的一些不同点（见下表）。

1.科学、技术与工程的区别

（1）研究对象不同

科学是由好奇心驱使，提出关于自然的问题，然后找出答案。因此，科学是对未知世界的客观规律的探索与发现。科学是以理性与客观为前提，用逻辑与实验完整地证明出来的知识和方法系统。技术是改造世界的手段、方法和过程。工程是人工改造物质世界的物质性建造的实施过程。

（2）活动核心不同

科学活动以发现为核心，科学发现可以增加人类的知识和精神财富。技术活动以发明为核心，是对可行的方法、技巧或机器的发明。工程活动以建造为核心，为人类生存发展建造所需要的人工世界与物品。

（3）社会角色不同

三者的社会角色分别为科学家、发明家、工程师。当然，科学家和工程师的职业定位比较明确，从我国评职称的角度可以比较明确地划分，有的参评研究员系列，有的参评工程师系列。按照周光召的说法，技术研发过程与一般科学研究过程相似，因此，科研人员、工程技术人员都有可能是发明家。

（4）知识形式不同

科学知识的基本形式是科学概念、原理、假说、定律、解释模型等，技术知识的基本形式是技术原理和操作方法，工程知识的主要形式是工程原理、设计和施工方案以及建造出来的物品等。

（5）研究方法不同

科学活动最典型的形式是科学探究。技术最典型的方式是技术开发，包括发明、拓展、重组、创新等。设计与制造是工程师解决问题的基本方法，设计是建造的前提。完成工程项目时，要考虑计划、预算、执行、管理、评估。

（6）验证性不同

科学、技术与工程存在一个关键区分点，科学规律和技术方法都是可以反复验证实施的，但工程项目是一次性的，其适用对象是唯一的，无法复制的。对于同一工程问题，其设计方案往往不是唯一的，没有标准答案。

2.科学、技术与工程的联系

科学和技术是紧密联系在一起的。科学通常使用并需要由技术开发的工具和过程，反之，技术通常使用科学开发的原理、定律、理论和过程。现在，科学与技术还出现了相互渗透的趋势。现代科学更加技术化，现代技术更加科学化，科学与技术逐渐融为一体。例如，一些大学生学习的是工科专业，如计算机、电子、材料等，但他们在做毕业论文或其他研究时，可能更多的是追求理论发现而不是发明。工科学子做科研这一大学中的普遍现象，表现出科学与技术的密切关系。

科学、技术与工程的紧密联系还体现在：技术是工程的组成要素，工程是若干技术的系统集成体，它们是在科学发现的基础上，通过发明产生技术，最后通过设计将技术应用到工程实践中。

小学科学课程标准说明了技术与工程的联系：工程的关键是设计，工程中包含着技术，技术的核心是发现；在工程中可以进行技术发明；技术发明出的技术手段应用于工程建造，形成人工产品，共同创造出人工世界。小学科学课程标准列出了科学、技术与工程三者的联系：科学的发展促进技术和工程的发展，技术的发展也促进了科学的发展，技术通过工程设计而成型（如下图）。

把握技术与工程领域的教学要求

在科学课教学中，我们要注意引导学生在更宏观的背景下看待技术与工程领域中的科学、技术和工程，将它们视为人类对自身和其他生物产生重要影响的努力，并学会将所学的科学、技术与工程知识与学校以外的世界联系起来。

科学探究主要是发现客观事物的规律，教学中首要的任务是提出科学性问题，提出关于自然界的问题，以基于实证的解释的方式给出合理普遍的答案，形成反映自然、社会、思维等客观规律的知识体系。如植物的生长规律、水和空气的特征、拉力和推力的作用、材料沉浮的规律以及天气变化、昼夜交替等，都属于科学的内容。学生学习这些内容，都要提出关于自然界的问题，以基于实证的方式，探究寻找合理的答案，形成反映客观事物的概念化、规律性的理解。

在技术与工程的实践中，我们要引导学生经历工程师在设计、搭建模型和构建系统时使用的重要的工程技术实践过程。“设计与技术”主要包括四个方面教学：设计、制作、评估和技术知识。这四个方面的基本教学要求如下：

1.设计

（1）通过研究和开发设计标准，为特定个人或群体提供具有创新性、功能性和吸引力的产品设计信息。

（2）通过讨论，绘制草图、横截面图、分解图、原型、样板，利用计算机辅助设计，生成、开发、建模和表达他们的想法。

上述两句话中有一些关键词，如产品设计信息、绘制草图、横截面图、分解图等，教师较为熟悉。在人教鄂教版《科学》教材（下文介绍的内容均属于本教材）中，技术与工程单元基本都有设计这一环节，大多是通过绘图等方式呈现产品的设计方法。

2.制作

（1）选择并使用更广泛的工具和设备来准确地执行实际任务。如切割、成型、接合和精加工。

（2）根据材料和部件的功能特性和审美品质，选择并使用更广泛的材料和组件，包括建筑材料、纺织品和配料。

上述两句话中的一些关键词，如切割、成型、接合、加工、选择并使用材料和组件等，教师在教学时也有所体会。技术与工程单元基本都有制作这一步，如一年级下册的“制作指南针”。有的课在拓展与应用中有制作建议，如三年级上册《开关》一课拓展与应用中的“制作一个简易开关”。

3.评估

（1）调查和分析一系列现有产品。

（2）根据自己的设计标准评估他们的想法和产品，并考虑其他人的意见，以改进他们的工作。

（3）了解设计和技术中关键事件、个人如何帮助塑造世界。

教师对其中的一些关键词，如调查、分析、评估、改进等已经深有体会。技术与工程单元基本都有评估与改进这一环节。如一年级上册《制作小物品》中的“展示、改进笔筒”，一年级下册《制作指南针》中的“测试、改进自制的指南针”。

4.技术知识

（1）知道如何增强、巩固、加固更复杂的结构。

（2）理解机械系统，并在产品中使用，如齿轮、滑轮、凸轮、杠杆和连杆。

（3）了解电气系统，并在产品中使用，如含有开关、灯泡、蜂鸣器和电机的电路。

（4）在编程、监控和控制产品时体现对计算的理解。

以上要求中，增强、巩固、加固、机械、电、计算等是关键词。在技术与工程单元的先导课中，会介绍一些技术知识。如一年级下册技术与工程单元“制作指南针”的第一课中，引导学生观察指南针各部分是用什么制作的；三年级上册技术与工程单元“小小建筑师”的第二课研究了“哪种结构更稳定，哪种结构承受力较大”；三年级下册技术与工程单元“动力小车”中，分析可以给小车安装哪些动力装置。

教材非常重視技术与工程领域的学习，每一册的最后一个单元都专门设计为技术与工程单元。这样的设计，让学生经历长时间、完整和系统化的技术与工程的学习，使他们能够对科学、技术、工程有更深刻的理解，不仅清楚它们的不同点，还能以一种综合的、联系的思维来解决一些科学、技术与工程的问题，提高他们的科学实践能力和创新能力。