通用技术课程本体知识框架——兼论STEMx和创客教育

柳 栋，沈 涓，武 健

(1.上海市虹口区教师进修学院，上海 200081；2.上海市宝山中学，上海 201900；3.北京市和平里第九小学，北京 100013)

通用技术课程本体知识框架
——兼论STEMx和创客教育

柳 栋1，沈 涓2，武 健3

(1.上海市虹口区教师进修学院，上海 200081；2.上海市宝山中学，上海 201900；3.北京市和平里第九小学，北京 100013)

该文从已有的学习和实践出发，提出由六部分八个模块构成的基础教育通用技术课程本体知识框架；从课程实施的角度辨析了STEMx、创客教育、信息科技课程和通用技术课程的相互关系，以期引发同行们更多的探索与实践，进而促进我国技术课程的建设与发展。

通用技术；STEMx；创客教育；本体知识

一、引言

我们国家基础教育的通用技术课程，可能需要兼顾关注中等职业教育领域的一些发展。数十年以来中等职业教育中技术类课程的建设，基本遵循着“本科简化为专科、专科简化为中职”路径，突出了工具操作与相关技能训练，这样的做法铺垫了技术从业人员入门训练的基础，但是对职业能力持续性深度发展的支持，还不太符合今天社会发展的需求。在基础教育领域STEMx、创客教育推进的过程中，如今又出现了3D打印、Scratch、机器人“创客教育三剑客”的说法。这些做法和想法的存在是社会发展中自然规律，自有它适度的积极意义。但是，就课程教学建设来说，仅凭热情，不开展更多更深入的理性思考，那是远远不够的，还是需要我们回到知识论领域，就通用技术学科基本概念、基本框架、基本方法开展元勘。这样的工作是我们对技术教育科学性的认知探索，对通用技术课程的建设者来说这是必不可少的一步。

二、两类技术概念与技术的分类

2007年我们就技术的定义、分类和通用技术课程可能的课程目标开展了相关研究[1]，这里就技术概念和技术分类再次明晰一下，以便下文阐述。

(一)两类技术概念

在公众的日常生活中，基本上认为“技术＝工具操作与操作的技艺”，这类认识其实是工具论的技术观，这类技术观出发自实然的课程建设，工具的使用自然是重点。美国“2061计划”的核心文献《面向全体美国人的科学》中描述到：技术是发展人类文明的强大动力，与科学紧密联系。技术与语言、宗教、社会准则、商业和艺术一样，是人类文化系统不可分割的一部分，并且，它还塑造和反映了这个系统的价值。在当今世界，技术变成了一项复杂的社会事业，不仅包括研究、设计和技巧，还涉及财政、制造、管理、劳动力、营销和维修[2]。这个定义从一个总类层面系统地阐述了技术这个概念。广义的技术概念包括了狭义的技术和工程两个领域。

现象学、技术批判理论[3][4]则认为技术的本质是人主观世界对客观世界的主动构造，这种构造导致了我们使用工具；普通人是技术过程的内在参与者，技术是一类普通人与客观世界的互动手段与互动途径；技术是一类社会实践的结构，通过将实践情境化具体化，积极地达成人与自然、社会和谐的整体性。工具的选用取决于我们的思想。这类技术概念下的技术课程建设，尽管仍然会涉及工具操作与操作的技艺，但最终落到了思维方式、生活方式和问题解决能力等素养培育上了。

(二)技术的分类

我们按照贝尔纳的科学与技术研究组织体系图[5]对科学与技术进行了聚类分析，生活中的技术大致可以分为社会管理软技术、和自然科学相关学科结合得非常紧密的门类技术、具有基础作用的基础技术三类，如下页图1所示。

图1 技术的聚类列举

以制造、电子等为核心的机械制造与自动化技术是一类基础性技术。通用技术课程是基础性技术在基础教育中的具体体现。像服装设计、装潢设计、园艺技术、种植技术等都属于门类技术，不应归入基础教育的通用技术课程，但可以放入校本课程(比如国家课程方案中的综合实践课程、上海课程方案中的拓展探究两类课程)之中。

三、通用技术课程本体知识框架

我们从知识论、实践论的视角，分析了通用技术课程可能的学习内容并梳理出了下述内容框架。该内容框架还需要通过更多更深入的研究予以证实、证否和修正。同时，在课程建设的时候，相关学习内容分学段安排还需要从学习心理学角度开展研究，从实践的角度梳理，形成相关的接受梯度。本文仅陈述相对静态的本体知识框架。

(一)测量与表达

测量与表达主要是识图、制图和机械测绘，属于工程图学的学习内容，由于“形”信息的重要性，通用技术用图形来表达观察测量的结果，用图形来表达设计。测量不仅是对客观事物描述的支持手段，也是加工过程中重要的监控环节。

手绘草图和CAD都是绘图的方法，各有其适用的条件。当然随着技术水平的发展，数字化绘图工具还能够方便地呈现3D模型，支持设计者更快捷有效地开展工作。同时，图学还是技术界各类交流的通用语言，用于同行间的专业交流、用于设计者、制造者与计算机的交流，如CAM。

(二)需求与设计

需求与设计主要是需求的调查分析、问题澄清与设计的一般流程。对客观世界的主动构造，那就必须了解人的需要、社会的需要，这样才能够设计出满足需要的物体的方案。满足需求的过程就是问题解决的过程。

现代设计大师蒙荷里·纳基(Moholy Nagy)指出：“设计并不是对制品表面的装饰，而是以某一目的为基础，将社会的、人类的、经济的、技术的、艺术的、心理的多种因素综合起来，使其能纳入工业生产的轨道，对制品的这种构思和计划技术即设计”[6]。设计是一类创造的行为，通过深思熟虑的系列行为，澄清人类的相关需求，将解决问题的方案显性呈现，并通过制作的过程形成人工制成品，最终满足人类的需求。设计是技术领域的基本方法论。在技术教育领域，常常过于强调“做”，结果是“拉起来就做”，就是不一定清楚“先想后做、做什么、怎么做”，技术不是简单“动手做”，而是一个手脑并用、不断探究的过程。

如何感知需求、表述需求、剔除伪需求等等问题，澄清过程、需求分析过程是设计流程的第一步，这一步是我们大陆各界极其容易忽视的环节，这个环节的缺失、弱化将极大地削弱设计的基础。这个环节也是基础教育的研究型课程中无意中常常弱化的一个环节。对设计的忽视是技术教育前进的过程中亟待纠偏的东西。

(三)知识与基础

1.结构与材料。主要是常见结构受力和传力的规律，常见材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的情况。

2.机构与传动。主要是动力机械能与工作效用的转化、运动方式的转化以及典型零件、机构和机器(统称机械)，如机械传动、液压传动、电气传动、复合传动等传动方式、连杆机构等典型机构，齿轮、齿条、涡轮、蜗杆、皮带轮等典型零件，以及蒸汽机、飞机等机器。

3.控制与反馈。主要是指一类技术手段，能够根据系统状态的变化，自动调控相关参数进而控制系统的运行，这是自动化的基本机制。在基础教育中的“机器人教育”常常是这类学习内容的一类呈现方式。这个领域常常涉及到传感器、效应器、运算器、算法与程序等内容。

这三个部分是设计中重要的基础知识，没有这类知识的支撑，设计能力的形成、发展和应用无从说起。

(四)制造与工艺

主要是利用工具将各种原材料、半成品通过一定的设备，按照一定的顺序连续进行加工，最终使之成为成品的方法与过程，这是技术的手段论。它会涉及到如车工工艺、钳工工艺、木工工艺等系列工艺方法；会涉及到如切削成型、剪切成型、模压成型、压折成型、铸模塑型、堆积塑形(3D打印是其中一种具体手段)等加工手段；会涉及到公差配合、互换性要求、平衡制作与使用的矛盾。制作涉及工艺，而制造包含了工程的含义。各类工艺方法、各类加工手段相互之间，并不是简单的替代性演进，更多的是相互并存、丰富性发展，根据具体实践的条件制约来选择当下适用的工艺方法、加工手段。这个原则应该是技术课程中重要的学习内容。特种部队的野外生存训练就体现了这个原则的应用，尽管拥有了各种先进食品技术，仍然需要掌握钻木取火。3D打印、Scratch、机器人是“创客教育三剑客”的说法，就与这个基本规律相违背了，实践应用效益极其局限。

(五)工程与系统

工程是一类社会化的活动，通过这类活动使物质和能源通过各种结构、机器、产品、系统和过程，以最短时间和最少人力做出高效、可靠且对人类有用的东西。工程过程涉及一系列复杂性系统，包括了由物质构成的设备工具子系统、由人构成的人力资源子系统，以及其他子系统，工程过程将直面各类自然条件和社会条件的制约，需要系统集成调试，这是真实的系统整合过程。在这个领域的学习中，将涉及工程管理、专利与其他法律、商务，涉及多主体合作协作等等社会性活动。因此，合作学习一定是通用技术课程中重要的学习方式之一。

(六)技术与自然、人类和社会

主要是了解技术既能够帮助人类改善生活，也能够给人类和大自然带来不良的后果。我们在运用技术的时候，要权衡需求满足于个体现实和长远的合理性、满足于社会现实和长远的合理性，这是技术、伦理与价值选择的学习内容。

以上通用技术课程本体知识框架六个部分的内容、作用等要素，可以用语言论、方法论、知识论、手段论、系统论和价值论来隐喻。学科本体知识框架梳理清晰了，课程目标、课程内容和基本学习方式就可以初步确定。

四、STEMx、创客教育与技术课程

(一)三个概念之间的相互关系

1.STEMx与创客教育

“STEMx”的这种命名方式强调技术领域学习的综合性，“创客教育”的这种称呼更强调技术领域学习中“制成”这一特征；一些STEMx学习活动，并不是创客教育范畴的学习活动，但创客教育的学习活动一定是STEMx学习活动。从创客运动的发展来看，创客教育={STEMx | x=B or E}(B:商业，E:经济)。

2.通用技术课程与信息科技课程

通用技术和信息技术都是基础性技术，在欧洲的一些国家课程标准中，这两个领域的学习常常融合在“技术课程”体系中实施[7][8]。在我国目前是两类课程分别实施，两种做法各有其使用条件。针对新的高考改革，在实践中浙江省的一些地区正在将这两类师资合序。仅从笔者提出的通用技术本体知识框架来看，信息科技和通用技术确切无误地存在交融点。就信息科技课程来说，至少有两类思路：一类是计算机科学的课程建设思路；一类是信息科学的课程建设思路。无论哪类思路建设的信息科技课程，“问题建模—算法实现”是共同的关键方法，通用技术课程为这类学习提供了很好的问题情境和学习空间。当信息科技课程承担更多任务的时候，通用技术与信息科技课程要分列开设。当缩小信息科技课程任务的时候，两类课程可以很好地融合。

3.STEMx、创客教育与技术课程

如图2所示，STEMx各领域之间的融合有赖于技术体系和工学概念。基于这个关键点，STEMx、创客教育方向的各种努力，一是启示我们通用技术课程需要重构课程学习内容和学习方法，二是提醒我们通用技术课程要为多样化的技术领域学习打好扎实的基础，STEMx、创客教育毕竟还是技术领域的学习活动。尽管可以由语文、音乐等学科老师来驱动，但还是属于泛技术领域的学习活动，各科教师和技术教师的合作是必不可少的。

图2 STEM各要素与构成

STEMx、创客教育的实施中，有一些教师认为创意与灵感应该是第一位的。但是笔者认为，创意、灵感的培育离不开系统的科学与技术课程的学习，没有扎实科技素养的创意与灵感只是“一缕青烟”而已。

(二)学习方式与学习环境

当确立了“需求与设计”这一技术基本方法是技术课程核心的学习目标与学习内容，那么现有的“知识讲授+技能训练”基本学习方式就不适应新的要求了。技术课程的学习可能由基于问题的学习(Problem-Based Learning，PBL)和基于设计的学习(Design-based Learning，DBL)双循环构成，如图3所示。

图3 技术课程PBL和DBL双循环学习过程

在整个基础教育三个学段中，学习要求不断螺旋上升的DBL学习过程是主线，串联各相关阶段插入相应的PBL、主动接受学习、技能训练学习模块。技术课程主要通过以项目形式展开学习，强调学生参与到设计项目中有意义地学习科学技术知识和设计技能，通过设计与制作来解决问题，满足人类的合理需求。

当基本学习方式发生变化的时候，原有的“横列秧田式普通教室+金工实验室”的学科学习环境将不敷使用。基本学习环境可能由“(1)联入互联网的多屏合作学习空间；(2)CAD制图与电子装配空间；(3)木工、金工操作空间；(4)可能的中大型装配空间；(5)学具与零配件储存空间等”构成。各类新型的木工工具套装、金工工具套装、传感器套装、各类结构与传动学具套装将进入学科基本学具序列，这就对学校校舍建设标准提出了新的需求。

(三)课程实施形态

从小学到高中，技术课程的实施，从注重体验、到专项发展，最终通过综合的学习，来达成领域的发展目标[9]，如图4所示。

图4 技术课程实施侧重点随着年级递升的变化示意图

从实践的角度来看，STEMx、创客教育这类学习活动，目前在校本课程(上海课程方案中的拓展型课程、研究型课程板块)提供了尝试的时间和空间；STEMx、创客教育效果的深化有待技术课程的建设来支持；最后可能形成基础型课程中的技术课程和拓展型、研究型等校本课程相结合的形态。

技术课程打基础，拓展型、研究型等校本课程承担兴趣深入、个性化提升的学习领域。即STEMx、创客教育的价值取向，更多地融入技术课程；以STEMx、创客教育为主题的学习活动，更多地存在于拓展型、研究型等校本课程之中。

(四)师资准备的思考

1.职前培养。从未来的师资准备来说，或是在现有的师范专业中增加机械制造与自动化专业，或是建设硕士层级的职前教师培育机制，招收各类机械制造专业本科毕业，进行2-3年的教师专业培养。这类硕士层级的职前教师培育机制，并不是简单增加课程教学等教育专业的课程，而是能够跟岗见习实习与课堂的理论学习相结合的方式。对于沿海发达地区，教师的入职薪酬水平还需要配套提升。

2.职后培养。师资的职后培养，需要从已有的师资中选拔自愿者，或是送到工科院校开展1-2年的短期培训，或是送到师范大学组织的暑期专业提升培训课程；更需要通过研训一体的学科教学研究活动，通过3-5年的时间逐步调整现有教师的专业准备状态。

[1]沈涓,柳栋.突出思维、建构与整体性——高中技术课程建设与实施中几个基本问题的思考[J].中小学信息技术教育,2007,(3):19-22.

[2]美国科学促进协会.面向全体美国人的科学[M].北京:科学普及出版社,2001.

[3]吴国盛.反思科学[M].北京:新世界出版社,2004.

[4]安德鲁·芬伯格.技术批判理论[M].北京:北京大学出版社,2005.

[5]J.D.贝尔纳.科学的社会功能[M].北京:商务印书馆,1982.

[6]张君瑞.基于设计的学习理论与实践探索[D]. 扬州:扬州大学,2011.

[7]Aki Rasinen:六国技术教育课程比较分析(上)——六国技术教育课程概观[J].信息技术教育,2005,(7):27-30.

[8]Aki Rasinen:六国技术教育课程比较分析(下)——六国技术教育课程系统分析与讨论[J]. 信息技术教育,2005,(8):34-36.

[9]柳栋,武健,魏宁. 信息科技学科基本框架与核心内容——基础教育信息类课程建设的思考[J].中国电化教育,2012,(2):6-10.

A Knowledge Framework of General Technology Curriculum Ontology—About STEMx and Maker Education

Liu Dong1, Shen Juan2, Wu Jian3
(1.Teachers Training Institute in Hongkou District of Shanghai, Shanghai 200081; 2.Baoshan High School of Shanghai,Shanghai 201900; 3.No.9 Primany school in Hepingli of Beijing, Beijing 100013)

Based on the existing study and practice, this paper proposes general technology curriculum ontology framework which consisted of six parts and eight modules for basic education. Meaning while, this paper discusses relationship among STEMx, Maker Education and general technology curriculum from the perspective of curriculum implementation in order to guide more researchers to explore and practice and contribute to the construction and development of technology courses.

General Technology; STEMx; Maker Education; Ontology Knowledge

G434

A

柳栋：中学高级教师，研究方向为课程教学、科技类和拓展探究类课程建设、学科教育信息化实施(beinglab@qq.com)。

2016年7月10日

责任编辑：赵兴龙

1006—9860(2016)10—0079—04