美国K—12阶段技术教育的发展趋势

邵长兰

摘 要 美国是技术和技术教育发达国家。进入21世纪，为应对新的社会、经济问题，技术教育出现了新的发展趋势：把技术教育培养目标转向培养学生的技术素养再到STEM素养，建构具有技术素养乃至STEM素养的社会；把工程学及工程设计内容整合进K-12技术教育课程框架，形成多种整合的技术工程教育课程，如“准工程”课程模式和“以项目为基础”的课程模式；“以问题为基础”的教学策略和方法的采用等。

关键词 美国；K-12；技术教育；发展趋势

中图分类号 G719.712 文献标识码 A 文章编号 1008-3219（2016）19-0073-06

美国技术教育有两个显著特征，一是与时俱进，二是技术教育与中小学教育紧密结合。在美国，技术教育始终是K-12（From Kindergarten Through 12，从幼儿园到12年级）教育内容的一部分，尤其在9～12年级，技术教育内容占有相当的比例。

2007年，根据美国再工业化战略需求，美国技术教育及时做出调整，更改为技术和工程教育，即把工程学内容，主要是工程设计内容融入K-12技术教育课程框架，改变了工程学内容一般在中等后教育阶段开设的惯例。这一发展是美国技术教育发展的一个主要趋势。除政府推动外，为适应新技挑战和先进制造业对人才的需求，美国技术教育界及科学和工程界等学者纷纷加入技术教育问题研究和改革的推动大军。在此影响下，美国K-12阶段技术教育从培养目标、课程设置、教学方法和师资等几方面都出现新的发展趋势。

一、技术教育目标转向培养学生的技术素养再到STEM素养

（一）技术素养的提出与确定

进入21世纪，技术功能的拓展，技术影响的深远，加上批判哲学和生态文明的理论造势，使美国进入一个技术教育“反思和行动”的时代[1]。人、技术、社会和文化的关系进入人的视野焦点，技术的文化本质越来越被突显出来。人们不断追问：技术教育到底要培养什么样的人？要传递什么样的内容？在此背景下，培养具有技术素养（Technical Literacy）的人被逐渐明晰和确定下来。

“技术素养”一词最早出现在1948年《工艺教师》杂志中。前美国工艺教育协会主席瓦特.R. 威廉姆（Walt R. Williams）指出：“在复杂的技术社会压力下，狭义的工艺概念必须转变为更加广泛和灵活的概念。技术素养的需要是明显的。”[2]长期以来，技术素养已成为技术教育家常用的词汇，以及技术教育专业组织的奋斗目标。

上世纪90年代，技术素养作为技术教育的目标进入操作阶段。1994年，国际技术教育家协会（International Technology Educators Association， ITEA）发起“面向全体美国人的技术教育行动”（Technology for All Americans Project），得到美国国家科学基金（National Science Foundation， NSF）和美国国家航空航天协会（National Aeronautics and Space Administration， NASA）的资助，目的就是为全国开展技术教育提供一个规范的理论依据和实施框架。这个行动分为三个阶段：第一阶段即1994-1996年间，出版《为了全民的技术：技术学习的理据和结构》，提出民众应该获得使用、管理、理解技术的基本技术素养；第二阶段即1996-2000年间，出版《国家技术教育标准：技术学习的内容》（Standards for Technological Literacy： Content for the Study of Technology， STL），正式确定技术教育的目的是“指导学生为一个技术世界做好准备，培养学生的技术素养”。并把“技术素养”界定为：“使用、管理、评价和理解技术的能力”。提出技术教育目标的五个方面——技术的性质、技术与社会、设计、技术的能力和设计世界，以及构成技术教育内容的各年级标准；第三阶段即2000-2003年间，颁布STL的一些补充性标准，包括技术教育评估标准和技术教师专业发展标准。其中，STL是里程碑式的成果，是截至目前对技术素养及技术教育标准论述最完善的文本。STL于2000年4月盐湖城ITEA大会上首次公布。它是近4000人集体智慧的结晶，包括教育家、行政人员、来自科学界、数学界和工程界的专家。STL同时得到国家研究理事会（National Research Council， NRC）和国家工程研究院（National Academy of Engineering， NAE）的支持。

同时，技术教育委员会（Committee on Technology Literacy， CTL）的努力对推动技术教育目标的确定和进一步清晰化功不可没。CTL由多学科专家组成，得到NAE和NRC教育中心的支持。CTL工作的目标主要有三个：在相关的学界之间达成一个什么是技术素养的共识；阐明培养全民技术素养对国家的重要性；以及如何达成这一教育目标。经过两年（2000-2002年）的研究工作，2002年1月，在国家研究院召开的专题研讨会上，CTL首次发布研究报告《严格来说》（Technically Speaking），在报告中指出了具有技术素养的人的特征，见表1，以及达成这一培养目标的一些具体建议[3]。

这些建议主要针对四个方面：正式和非正式教育；研究；决策制定；教学和教育改革。具体建议如下：联邦和州政府帮助建立教育政策，鼓励把技术教育内容整合进K-12和技术教育无关的科目的教育标准、课程、教学材料和学生评估中；州政府应该把K-12教育标准、课程框架、科学、数学、历史、社会科学、家政、艺术、语言等学科方面的学生评价更好地与强调这些科目和技术联系的国家教育标准协调一致。同时，国家科学基金（NSF）和教育部（Department of Education， DoEd）资助的教学资源和非正式教育改革也应该强调这一联系；NSF和DoEd，州教育委员会，以及其他参与K-12科学教育的机构应该在适当的地方把“技术”一词加入科学标准、课程和教学材料的标题和内容中；NSF和DoEd，以及教师教育正式认可的机构，鼓励高等教育机构在教师准备中使他们能更好地教授所有课程中的技术内容；NSF应该支持发展一种或多种监测美国学生或公民技术素养状态的评估工具；NSF和DoEd应该资助关于人们如何学习技术的研究，并把研究结果运用到正式或非正式教育中；工业和联邦机构有责任实施基础设施项目，建立科学和技术博物馆，为非技术民众提供更多机会参与关于技术发展的讨论；联邦和州政府中具有指导、支持国家科学和技术事业的机构，以及关注好的政府的私人基金组织应该支持发起教育项目，以便提高政府和工业组织领导的技术素养；美国工程学社团应该为建立政府和媒体组织项目融资，这些项目为了创建一个有工程学背景的政策专家和编辑骨干队伍；与工业组织有合作的NSF应该资助设立创新精神提议奖，来提高学生和大多数民众的技术素养；白宫应该添加一个“总统优异奖”到技术教学中，授予那些目前提供数学和科学教学的人。

这些建议反映了技术对于美国公民生活中的各种影响，以及开展一些有组织行动的必要性，以使技术素养惠及所有美国民众。这一报告使人们能更好地理解如何建构技术素养社团，从组织和机构的视角更好地呼吁技术素养的培养。

（二）从技术素养到STEM素养

在美国，STEM教育的开展由来已久，其不仅仅是一个单纯的学科或课程层面的事情，更是美国的一种教育发展战略，甚至是一种国家战略。2007年，美国州长协会（National Governors Association， NGA）颁布的“创新美国：拟定科学、技术、工程与数学议程”共同纲领指出，在知识经济时代，只有具备STEM素养的人才能在激烈竞争中取得先机，赢得胜利。他们认为，STEM素养是个体在科学、技术、工程和数学领域以及相关交叉领域中运用个人关于现实世界运行方式的知识的能力。STEM素养包含科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，但并不是四者的简单组合，其包含运用这四门学科的相关能力、把学习到的零碎知识与机械过程转变成探究真实世界相互联系的不同侧面的综合能力。

美国对科学素养和数学素养的重视由来已久。早在20 世纪50 年代，美国科学教育学者就提出了科学素养的概念，认为其是提升国家综合实力的关键，并得到普遍认同。这与20 世纪前半叶的社会背景与科学自身发展是分不开的。随着科学知识体系的相对稳定，以及技术和工程给生活带来的巨大变化，技术素养等进入公众视野。随着技术教育和工程教育重要性的凸显，同时在TEA以及其他组织的努力下，技术素养和技术教育培养标准（STL）被提出。至此，技术教育有了很大起色。

目前，随着STL的普及和培训，人们对于K-12技术教育和工程教育的热情逐渐高涨，在STEM教育中，技术教育的作用逐步提升。2009年ITEEA曾声明，STEM教育所要传达的内容与《技术素养的标准》（STL）的主要内容有很大的一致性。该组织强调STL标准中的内容是学生发展21世纪STEM素养的基础，包括学生成为优秀的问题解决者、创造者、技术专家、工程师以及有知识涵养的公民所必需的核心能力。ITEEA相信所有真正的STEM项目都必须把STL作为帮助学生达到STEM素养的途径。同时，在K-12的STEM教学中，人们普遍通过技术教育这一平台，把工程设计、科学和数学知识整合进来。通过更广义的技术素养的培养，最终促进STEM素养的形成。

总之，技术素养已成为当今社会一种必不可少的基本素养，是现代社会生活中公民必备的一种基本能力。因此，要想在纷繁复杂的技术世界立足，要想成为具备STEM素养的公民，就必须具备与时俱进的必要的技术素养。

二、把工程设计内容整合进K-12技术教育内容框架

（一）工程学内容融入技术教育的趋势

在美国，技术教育一直都是K-12教育内容的一部分，尤其在9～12年级，但工程学内容一般在中等后教育阶段开设，在K-12阶段，把工程设计内容融入技术教育课程框架是技术教育发展的主要趋势。克莱格（Craig Rhodes）和文森特（Vincent Childress）解释了这一发展趋势必然性的三个理由[4]：

一是支持工程师培养。他们认为，美国未来几十年将面临工程师的严重缺乏。NSF估计2010年的缺口是7万人。同时，还列举了9个事实，说明这一情况的严重性。目前有数学和科学知识背景的高中毕业生成功进修工程学位的少于15%；超过85%的学生不考虑工程师职业；100个高中毕业生中只有2人继续完成工程学位；1000个女性或少数民族毕业生中只有5人成为工程师；欧洲是美国的3倍，亚洲是美国的5倍；全美将近一半的工程师到了退休年龄；全国范围内，工程专业招生和保留数下降；K-12学校缺乏工程学传统；美国学生懒惰，感觉工程学令人厌烦，聪明的孩子选择更令人兴奋的专业。他们提出，把工程教育内容融入K-12课程能填补这一鸿沟。

二是能促进和丰富STEM教学。目前，很多职业需要有更多的学术知识背景，所以，把科学和数学教育融合进技术教育和工程教育，乃至职业技术教育内容中成为美国一大教育发展趋势，即STEM，其既可以被看成一种整合性的课程，也可以被看成是一种教学方式。虽然STEM教育进行了很多年，但其中，数学和科学受到更多的重视，技术教育和工程教育经常处于被忽视状态。通过技术教育把工程学内容整合进来，一方面可以平衡STEM中各个学科的关系，另一方面可以促进和丰富STEM的教学内容和方式。

三是有利于培养和创造技术素养的公民和社会。他们认为，这一发展趋势最终受供需关系影响。如果社会需要更多的工程师，就会更多关注工程教育。同时，指导美国K-12阶段技术教育教学的指导性文件——《国家技术教育标准》（STL）明确指出，工程设计内容对培养学生技术素养是非常重要的。在STL列出的K-12的20个技术教育标准中有4个涉及到工程设计，还有很多与设计主题有关的内容渗透在各标准中[5]。同时，国家工程研究院（NAE）主席威廉姆斯·沃尔夫（Williams Wulf）也指出，在高中教育阶段设置高水平的工程设计标准是重要的[6]。在这一趋势之下，2007年，技术教育更名为技术和工程教育，2010年，国际技术教育家协会（ITEA）更名为国际技术和工程教育家协会（ITEEA）。在理论界，以美国《技术教育杂志》（Journal of Technology Education）为代表，近五年以专题研究形式集中探讨了技术教育向技术和工程教育融合的发展趋势。

（二）两种主要的技术工程教育（TEE）整合课程模式

把工程教育内容融合进技术教育，如何构建TEE课程框架成为关键问题。学者们提出各种各样的TEE课程模式。罗曼（Roman）认为，这种课程应该包括整体的设计方法，把数学和应用科学合并进工程学。更多教育家致力于整合STEM课程来达到把工程教育内容融合进技术教育的目的。越来越多的州接受STL来指导发展K-12技术和工程教育课程。更多STEM教育家也认识到工程设计和技术设计的重要性，提供有吸引力的场景，允许学生运用学来的科学、数学、技术和工程学知识来解决真实的问题。经过不断实践，两种主要的TEE课程模式为更多人所接受。

1.PEC课程模式

“准工程学”（Pre-Engineering Curriculum，PEC）课程模式旨在采用一种课程结构，即利用一种特殊的科目，如科学和数学，作为把工程学和技术进行整合的平台，或者把工程学、技术、科学和数学进行整合，即STEM课程。但不同于STEM课程，PEC课程只在高中开设，使学生有机会解决真实世界中的工程问题，帮助他们运用所学的数学、科学和技术知识。表2所示的是一些PEC课程项目的例子[7]。

2.PLTW课程模式

“项目引领”（Project Lead The Way，PLTW）课程模式，也称为“基于问题”或“基于项目”的课程模式（Problem-based or Project-based Curriculum，PBC）。PLTW是一个非盈利的组织，与公立学校、私立学校和高等教育一起合作，通过给学生提供设计解决各种问题方案的机会，提升工程师和工程技术师的数量及质量。PLTW提供多年的“基于问题”或“基于项目”的课程，这些课程在美国初中或高中开设。初中指6～8年级，只涉及技术的广度而非深度。到2010年，已经被全美50个州和哥伦比亚特区共1400所中学采纳，约占全美中学的7%[8]。

马萨诸塞州是采纳这一课程模式的最好范例。马萨诸塞州把PLTW看成一个科目——工程学的派生物，并把它与科学内容紧密相连。据路易斯（Lewis）描述，整个年级，课程设置向工程学倾斜。3～5年级，学生们主要学习工具和材料，通过使用多种工具和材料，找到或提出解决问题的办法，展示“工程设计技巧”。6～8年级，要求学生从事强调研究和问题解决的工程问题和技术方案。9～10年级，整年都要学习涵盖工程设计、建筑技术、电力和能源技术、通讯技术和工业制造技术内容的工程学和技术学课程。11～12年级，学生们能选修更高级的课程，如自动化和机器人、多媒体和生物技术。所有年级的课程开设都有一个明显的工程职业倾向，而且学生们也能选修学院水平的工程学课程[9]。印第安纳州的教师们也都拥护这一课程模式，认为其是技术教育很有价值的构成内容，对培养学生技术素养大有裨益，多数教师认为这一课程模式对培养高中生的工程能力很有效果[10]。

（三）国家工程和技术教育中心的努力和贡献

在如何把工程设计融入K-12学校技术教育方面，国家工程和技术教育中心（The National Center for Engineering and Technology Education， NCETE）做出了巨大贡献。NCETE建立于2004年9月15日，得到NSF的资助，是全美17个学和教中心（Center for Learning and Teaching， CLT）之一。NCETE由一个强大的团队组成，包括9所大学和4个专业组织。NCETE的最终目标是把工程设计、问题解决和分析技能通过技术教育融合进K-12学校，以增加工程和技术教育家的质量、数量和多样性。工程学教师和技术教育家合作，有计划、有步骤地共同完成以下四方面任务：建立一个研究者和领导者团体，针对工程和技术教育领域的新问题进行研究；创建一个研究团体，增进对工程和技术学科学和教的理解；培养本科和硕士水平的技术教育教师，使这些教师能把工程设计整合进课程；增加选择工程学、科学、数学和技术为职业路径的学生数量和多样性。目前，NCETE正在与工程和技术教育家一起帮助一线的技术教师把工程设计概念引进到9～12年级，让这些年级的学生了解在设计过程中工程分析的作用。

2004-2012年间，NCETE共开展了150多项关于把工程设计、问题解决和分析技能整合进K-12学校的研究和活动。研究的主题或领域主要包括：在技术教育中工程设计的特征；教授工程设计的技术教师的专业发展；教授工程学概念；创造力；设计问题解决过程中的认知过程；把数学和科学整合进工程和技术教育；设计评估；工程学挑战[11]。NCETE的博士成员还撰写了大量相关的博士毕业论文。

NCETE同时也指出存在的问题和挑战。2012年，在提交给NSF的一份报告中指出，最大的挑战是工程设计活动缺乏一个惩戒性的以标准为基础的评价机制，以及技术教育教师专业发展问题，帮助教师转换传统的课堂环境，创设一个崭新的课堂环境，鼓励学生接受工程设计的挑战，并确认与他们完成工程设计相关的需要和需求，架构起有实用性标准和限制条件的设计问题，提出多种解决问题的方案，做出评估，并实施设计。创设这样一个课堂环境对教师的教学提出了挑战。

三、技术教育教师及其新教学策略和教学方法的采用

无论是教育目标的达成，还是新课程的实施，都需要教师及其课堂教学环节的保障。随着美国K-12阶段TEE课程以及STEM课程的实施，教师及其教学活动，尤其是传统教学方法和教学策略受到极大挑战。为应对新情况，一种新的教学方法——“基于问题或项目”的教学方法或策略正在被广泛采用。

《技术和工程教师》（Technology and Engineering Teacher，前身为The Technology Teacher）杂志刊发的大量文章描述了教室中进行的“以问题为基础”的学习活动。《技术教育杂志》（Journal of Technology Education）和《技术学习杂志》（Journal of Technology Learning）近5年也发表了大量类似文章。这些理论研究反映了一个不争的事实：为了应对新的TEE课程，“以问题为基础”的教学方法，或称为“以项目为基础”的教学方法，得到越来越普遍的探索和运用。

美国爱达荷大学教育学院2015界博士毕业生苏珊（Susan）对这一方法进行了专题研究，并写成博士学位毕业论文，详细阐述了这一方法的概念、特征、过程、需要的技术技能及运用这一教学方法的效果等。她的调查结果显示：第一，这一教学方法无论对学生还是教师都提出了更高的要求，在学生方面，要求学生学习过程的合作、思考能力和责任分担；第二，这一教学方法能有效提高学生学习动机和学业成绩，培养学生解决问题的能力、思考能力和自我评价能力；第三，这一方法虽然在多数高中教学中运用，但还有很多教师不能很好地理解、掌握和运用，所以需要在教师教育项目中加强对这一教学方法的培训②。

这一教学方法应对的是工程设计所需要的工程设计团队理念（Team-Based Engineering Design Thinking），所以，如何在教学中分组，如何开展合作学习是最关键的问题。为满足教学分组的需要，美国教室环境布置，尤其是课桌椅的摆放都遵循了分组教学的要求。同时，建立了专门的技术教学实验室和实训室。教学合作包括学生的合作，也包括教师的合作。以一堂机器人课为例，需要数学老师、科学老师，甚至英语老师一起在技术实验室上课。通过机器人设计平台，来帮助学生运用所学到的数学和科学知识。

四、对我国技术教育改革发展的启示

（一）建立适合我国基础教育的技术教育标准

在我国基础教育领域，技术教育处于边缘地位，在教学内容上也过于偏狭。计算机技术作为信息技术的重要组成部分，被纳入基础教育课程，成为基础教育阶段主要的技术教育内容。毋庸置疑，信息技术在基础教育阶段越来越受到重视。为保障信息技术师资质量，我国颁布了《中小学信息技术师资标准》，来进行师资质量的规范。但这不足以传递技术素养内涵的全部。培养有技术素养的人也应该是我国教育的选择，把对技术本质的理解纳入素养的范畴，把更系统和适合的课程内容纳入基础教育是一种必然趋势。为此，有必要建立国家中小学技术教育标准，来保障基础教育阶段技术教育目标的实现。

在技术教育内容选择上，基础教育阶段技术教育内容应该由一个国家和地区的社会、经济和技术水平决定，基础教育阶段的技术教育内容应该以此为依据，确定一个核心技术领域分类，应该由相关领域的专家学者进行调研和研究来具体确定。这一技术教育标准不仅包括由这些核心技术领域决定的主要教学内容，还包括课程建构、学生评估体系和技术教师专业发展项目，来保障实现技术教育标准所要求的学生应该达到的教育目标。

（二）重视技术教育理论研究，鼓励技术界、科学界和工程界专家学者的参与

我国历史上，把与技术有关的称为“奇技淫巧”，技术教育则被排除在正规教育体制外。直到今天，我国技术教育在基础教育阶段依然薄弱，相关理论研究亦然。我国发展技术教育，需要自上而下的顶层设计，但更需要自下而上的理论研究和问题澄明，来纠正人们对技术教育的误解，为技术教育在实践中的困难突围进行理论造势，更为顶层设计提供更加专业和适当的理论依据。对技术的本质，对技术教育各种理论问题的探究，都需要有一个强大的理论队伍，尤其是技术教育界、工程界和科学界专家学者的介入。

另外，还要使技术教育界和工程学界以及科学界，甚至职业教育界的专家学者联合起来，以会议或研究杂志为沟通平台，就一些相互交叉融合的问题共同探讨。

（三）用整体理念开发技术教育课程，并进行相应的教学方法改革

技术教育课程设置和教学方法改革是技术教育成功的关键。在技术教育课程设置方面要体现系统性和整体性。这里的系统性和整体性是指，一方面理清技术教育、工程教育、职业教育以及学术教育之间的关系，使内容设计避免重复；另一方面整合几种教育内容，尤其是技术、工程学、科学和数学之间的内容融合。只有课程内容上系统完整，才能体现技术教育的精髓，实现培养学生技术素养的目标。

另外，在技术教育的教育阶段安排上，要体现连贯性和完整性，使我国中等和中等后教育阶段的技术教育内容一脉相承、由易到难，使各阶段学习彼此衔接。教学方法既要结合技术教育“以解决问题”为核心的特征，又要结合我国基础教育的特点，以及中国学生的学习习惯，进行改革和调整，讲究教学方法的时效性。

（四）注重技术教育师资培养

美国非常重视技术教师的培养，国家设立各种师资培养项目，有本科层次的，也有硕士和博士层次的。就我国目前情况而言，技术教育师资还比较缺乏，水平参差不齐，整体不高。培养专业的技术教育教师是我国发展技术教育的当务之急。除了职前培养，还应加强在职培训，提高技术教师的专业素养。

参 考 文 献

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[10][11]Moye， J. J.， & Dugger， J. W. E.， & Starkweather K. N. The Status of Technology and Engineering in the USA： A Fourth Report of the Findings from the States（2011-2012）[R]. Technology and Engineering Teacher，2012，71（8）：25-31.

Trends of Technology Education in American K-12 Education

Shao Changlan

Abstract The United States is a developed country in technology and technology education. In the 21st century， in response to the new social and economic problems， there are some new trends in technology education： establishing the technology literacy and STEM literacy as the technology educational goal， so as to build a technologically and STEM literate society； integrating the engineering and engineering design into K-12 curriculum framework， forming a variety of integrated technology engineering education courses， such as “pre-Engineering” curriculum and “project-based” curriculum； and adopting “issue-based” teaching strategies.

Key words America； K-12； technology education； development trends

Author Shao Changlan， associate professor of Tianjin University of Technology and Education（Tianjin 300222）