科学课程标准中“工程与技术”内容变革研究

涂贝尔 魏晓东

摘      要 教育部4月发布了《义务教育科学课程标准（2022年版）》，其中工程技术教育的内容与以往科学课程标准相比有所增加，纵观历年发布的科学课程标准可以发现我国始终坚持加强工程技术教育的导向。基于2011年以来三次科学课程标准的改动，结合工程技术发展对教育的宏观与微观影响，根据工程技术的内在属性分析工程技术教育与科学课程的内在联系。通过审视近十年来各省综合科学课程改革的内容与教科书的改动，解读课程标准中工程技术内容的发展趋势，提出改进义务教育阶段工程技术课程的建议。

关 键 词 科学课程标准  工程与技术  工程技术教育

引用格式 涂贝尔，魏晓东.科学课程标准中“工程与技术”内容变革研究[J].教学与管理，2023（18）：79-83.

2022年4月21日，教育部发布了《义务教育科学课程标准（2022年版）》，其中所提到的技术与工程方面的课程内容相较于2011年和2017年的课程标准有所修缮。这意味着从2017年我国在高等教育领域启动“新工科”建设后，其影响已逐渐渗透到基础教育之中。回顾我国义务教育阶段的科学课程标准的改革历史可以发现，教育部在2001年设置义务教育阶段科学课程标准时，并未设置与工程技术相关的课程内容。在2011年发布的《义务教育初中科学课程标准（2011年版）》（以下简称2011版初中科学课标）中，我国开始将工程与技术设置为初中科学课程内容的一部分。我国在2011年曾经有一部《全日制义务教育科学（3～6年級）课程标准（实验稿）》，但由于其科学课程只涉及三至六年级学生，与当时科学课程从一年级开始的设置不符，因此该修订稿未能出台[1]。通过查阅资料发现，在2011版小学科学课程标准中与工程技术有关的内容仅仅出现在课程目标的情感态度与价值观中，并未在学习内容中提及工程与技术知识。在2017年的《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》（以下简称2017版小学科学课标）中，工程与技术首次以独立学科领域的方式进入小学的科学课程标准中[2]。在《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称2022版科学课标）中，小学科学与初中科学不再互相独立设置科学课程标准，而是改为以九年为整体进行课程规划，使科学教育综合分布至义务教育的每一年中，确保了课程设置的连贯性和一体性，到2022版的科学课程标准发布，工程教育进一步成为义务教育阶段科学课程的主旋律，巩固了工程教育在义务教育中的重要地位。

一、科学课程标准中“工程与技术”内容的变革

我国的课程标准在宏观课程方面的作用包括规定课程性质、厘清课程基本设计理念、明确课程设计思路与课程内容，在微观教学方面的作用主要包括制定教学目标，明确教学内容的组织形式、教学的主体、教学活动的开展方式[3]。下面将从以上方面分析工程与技术在我国科学课程标准中的历史差异。

1.课程目标的维度与深度升级

（1）初中阶段的比较

2011版初中科学课标修订时间较早，对技术与工程方面的课程目标并未严格按照学段划分，而是粗略地将技术与科学、社会、环境相整合，将工程与技术方面的课程目标独立于科学探究、知识与技能、情感态度与价值观之外，提出了名为“科学、技术、社会、环境”的课程目标，下设五个分目标[4]。根据加涅的学习结果分类进行分析，可以发现此版本课程标准中的工程与技术内容只涉及言语技能、智慧技能和态度。并且在智慧技能中的层次只能达到辨别与概念的层次，无法触及规则与高级规则的层次[5]。因此，在2011版初中科学课标中，工程与技术课程目标只包含言语技能、智慧技能与态度，不包括动作技能与认知策略。

2022版科学课标将初中三年划为一个学段。与2011版初中科学课标相比，细化了具体的学段目标要求，使课程目标更易于理解操作。在每一个学段使用科学观念、科学思维、探究实践、态度责任四个维度对工程技术水平进行规定。初中阶段的技术工程课程目标进一步深化为“理解、分析、处理、建构、检验、评价、反思、设计、实施、自主学习”。在2022版科学课标中将义务教育阶段的工程技术课程目标从“了解”变为“应用”“设计”“反思”[6]，实现了从世界观到认识论与方法论的升级。

（2）小学阶段的比较

2017版小学科学课标将技术与工程的课程目标以两年为一个阶段划分为三个阶段。首先是将“科学、技术、环境、社会”改为了“技术与工程”[7]这一改动将工程这一概念正式加入了科学课程标准中。2017版小学科学课标中增加了“动手”“设计”“解决”等动词，其中“设计”这一词语是工程区别于技术的本质特征，至此科学、工程、技术真正在课程标准中全部体现。

首先，2017版小学科学课标的课程目标的制定在一定程度上借鉴了2011版初中科学课标，沿袭了“科学、技术、社会、环境”的主题表述，将总目标设定为了解科技在日常的应用、科技对社会发展的影响、了解科技与自然的关系三个方面。其次，在课程目标的阐述方式上，由于工程内容的加入和工程技术地位的提高，2017版小学科学课标的课程目标以两年为一个学段设立三个学段目标，将工程技术目标按照总目标的三个维度进一步细化阐述，目标设置较为具体，可操作性较强。再次，2017版小学科学课标每一阶段的课程目标在实施上并不与前一阶段相互独立，而是在上一阶段的基础上加以丰富和提升，课程内容排布呈现出螺旋上升的态势。2017版小学科学课标的难度已经与2011版初中科学课标难度相当，虽然难度仅仅是“了解”，但因为学段的不同，已经可以视为工程技术课程的一次下沉与普及。但是其深度仍局限于“知道”“了解”和“简单任务”，并未体现出工程技术所具有的复杂性和条件性。最后，课程目标首次将人工世界与自然世界区分开来，意味着工程技术已经获得了与科学不同的独特的学科特征与研究方向，具体表现为科学倾向于研究何为自然世界，工程技术倾向于研究如何改变世界。

2022版小学科学课标在小学工程技术课程目标方面设置与2017版小学科学课标相同的三学段制。在小学阶段的学段目标表述上，从“意识到、了解到”扩充为“能运用、能提出、能制定、能讲述”[8]，此阶段的小学学段的课程目标已经超越了以往的初中工程技术课程目标的难度。从课程目标的变化可以得知，工程技术课程目标的实现难度逐渐提高，2022年的小学工程技术课程目标相较于2017年的小学工程技术课程目标，在维度与深度上进一步加强，是工程技术课程的第二次下沉。

2.课程内容的框架更加完善

2011版初中科学课标在课程内容方面关于工程与技术方面的课程内容被分为四个主题，分别为：科学、技术、社会、环境的关系，科学技术史，技术设计与当代重大课题。其中在技术设计主题中，明确提到了三点，分别为“按照技术设计过程制作简单的作品、设计地球仪和直流电机模型、利用简单机械的有关原理设计实用的玩具或装置”[9]。

2017版小学科学课标在课程内容方面将工程技术课程内容大致分为“了解人工世界、了解和使用技术、了解和运用工程设计”三个方面。在1～2年级侧重了解人工世界，3～4年级在三个方面均有涉猎，5～6年级侧重理解技术和工程设计[10]。在课程内容后附以相应年级的学习目标，帮助教师把握每个学段学生工程技术应达到的水平。该版本的课程内容将技术与工程的定义与特征分离开来，点明了技术的核心是发明，工程的关键是设计。随着技术与工程的清晰界定，工程与技术在课程中各自所占的比例得以量化，有利于教师把握工程技术课程设计的重点与难点。

2022版科学课标在课程内容方面将工程技术相关内容分为两章，每章分三节，共六节进行阐述。第一章为技术、工程与社会，偏重工程理论知识的传授和科学工程技术态度的培养，内容涉及技术与工程的含义、技术与工程的作用、科学技术工程之间的相互影响。第二章为工程设计与物化，偏重工程技术的实践方向，课程内容涉及工程问题的界定、工程的设计、工程的物化。与2011版和2017版课程标准相比，2022版科学课标的课程内容更倾向于安排学生自己动手设计、制作、检验与改进。2022版科学课标在课程内容后附加了对每个学段学生的学业要求，每个学段的学业要求都是一个完整的工程设计与物化活动框架[11]，从低学段到高学段赋予这个框架不断丰富的内涵和外延。

3.课程实施的保障进一步加强

（1）课程评价维度不断丰富

2011版初中科学课标面向初中生，在课程评价方面，建议通过课堂讨论、设置行为表现任务结合传统评价方式来评价学生对技术设计过程和环节的理解，通过联系实际、创设情境等方式评价学生的工程技术能力[12]。2017版小学科学课标作为小学阶段的课程标准，在工程技术方面的课程评价侧重于考察学生对于科学、技术、社会与環境相互关系的了解[13]。

2022版科学课标在课程评价方面对小学、初中的评价方式与评价尺度进行了统一。2022版科学课标并未像前两版一样使用大而笼统的教育评价原则进行概括，而是采用了学业质量描述的方式，从科学观念、科学思维、探究实践、责任态度四个维度对学生应该达到的工程技术水平作详细说明，这一改动明确了工程技术课程评价的维度，有助于区分工程技术活动中学生表现行为的类型，使得学校对学生的工程技术水平进行量化测试成为可能。课程标准强调，采用非纸笔测试的方式重点评价学生的科学探究能力、技术与工程实践能力、创新解决实际问题的能力[14]。在采用纸笔测试的学业水平测试里课程标准建议试题情境有机融合科学技术社会环境要素。

（2）课程实施案例更具有指导性

首先，课程实施案例数量更多。在2011版初中科学课标中所提及的4个案例未涉及工程技术领域，2017版小学科学课标使用了“暗盒里有什么（3～4年级）”与“水火箭的制作与发射（5～6年级）”两个与工程技术领域高度相关的案例[15]，实现了从无到有的飞跃。2022版科学课标使用“制作指南针（3～4年级）”“设计一座桥（5～6年级）”“不同的季节（1～2年级）”“制作新型液体密度测量工具（7～9年级）”“低头看手机的危害（7～9年级）”五个工程技术领域相关案例[16]，相比于2017版的教学案例，2022版课程标准增加了为一二年级设计的工程设计教学案例，并为更高学段准备了更加丰富的工程技术课程案例。

其次，课程实施案例细节更丰富。2017版课程实施案例包含内容标准、学习目标、教学过程、案例评析四个部分。在2022版课程实施案例中增加了核心概念和教学思路两个模块。核心概念帮助教师设计工程技术课程时厘清课程的重点，教学思路则帮助教师串联工程技术中纷繁复杂的知识点。在课程案例的课时数方面，2017版小学科学课标中的案例为一课时的独立课程；2022版科学课标中的课程实施案例有单课时的设计物品的短课程，有三个课时包含认识、制作、改进三方面内容的中课程，有贯穿三个年级不断变得复杂灵活的长课程。

最后，跨学科学习趋势更强。2017版小学科学课标中课程案例的设计思路仅限于提升学生的工程设计和实现能力。在2022年的课程案例中，各种科学原理与技术被融合进工程技术课程中，使课程呈现出由真实问题驱动、由工程设计领导、由科学技术实现、由科学知识筑基的跨学科学习趋势。

二、科学课程标准变革对教科书的影响

１.综合科学课程的式微与工程技术的边缘化

对2011版初中科学课标所产生的影响进行分析，发现2011版初中科学课标作为2003年新课改的修订产物，虽然由教育部推出，但是其影响颇为有限。在2011年之前，上海师范大学就出版过初中《理科》教科书，此后浙江、北京、武汉都尝试推行过综合科学课程，由于传统分科教师的不适应与家长的抵触，随着湖北武汉科学实验课程退出和深圳南山区改革示范点回归分科[17]，大部分地方的综合科学课程改革不了了之，小部分作为选修课程退居一隅，仅剩下浙江省和上海市开设初中科学综合课程。在当时作为科学课程“附庸”的工程技术课程，也只有在浙教版和华师大版的科学课程中以补充阅读的方式存在。

在华师大版的初中科学教科书中，与工程技术有关的内容以“科学、技术、社会、环境”的阅读角形式呈现，并且在九年级下册单设一章“科学与社会发展”，对科学与技术的重要性做了较为笼统的介绍。在浙教版的初中科学教科书中，工程设计所占的比重相较于华师大版更大。首先在浙教版教科书中，也有与华师大版教科书一样的“科学、技术、社会、环境”的阅读角呈现形式，但没有单独的章节介绍科学与技术，而是在每一个学期都安排四到五个研究性课题，包括设计海水净化装置、设计自行车摩擦力调节措施、噪声污染控制、社会调查、设计电磁电路、设计研究植物呼吸的实验等。在相应的课题中也明文标注了此课题的目标为培养动手操作的技能。

综上，2011版初中科学课标在实际教学中影响的地域范围较小，虽然在工程技术方面有所侧重，但在实际执行的过程中，受应试教育评价系统的制约，导致工程技术课程往往在教学实践中被教师和学生忽视，成为学生的“自学课程”或“兴趣课程”。

２.综合科学课程的兴起与工程技术地位提升

教育部推出2017版小学科学课标之后，各地积极响应修订教科书，发行了人教版、苏教版、教科版的小学科学教科书。人教版教科书在每学期的最后一章独立设置技术与工程课程，按照认识、设计、制作、测试、改进的顺序推进教学，所占篇幅为每学期一章。在人教版的科学课程教科书中，工程技术已被看作是与科学课程同等重要的课程，工程技术的地位在课程标准发布后已得到进一步提升。苏教版教科书在一年级开设技术相关的制造课程；在二三四年级开设与工程相关的“像工程师那样”专项学习课程，以问题、要求、限制条件三类工程基本要素搭建工程教学任务；在五六年级开设建模与设计任务。总体而言，苏教版教科书呈现出由浅入深的课程设置趋势，较好地囊括了工程与技术的基本要素，体现了工程与技术的基本特征。但篇幅较短，且工程技术相关的学习仅作为专项学习而非正式章节存在，平均在六十頁左右的教科书中仅占三页的篇幅。可见，苏教版教科书的工程技术课程的地位仍属于科学课程的附庸。教科版教科书在每一个学期的某一章科学课程中加入一小节专门开展“做一个小物品”的工程技术相关课程，到六年级之后留出四分之一的篇幅专门开展“小小工程师”和“工具与技术”课程，在低年级时工程技术课程所占课时量为每学期一节，在高年级时工程技术课程所占课时量提升为每学期一章。教科版教科书的工程技术课程特点是循序渐进，由具象到抽象，从给定制作方法到引导自行设计。可以看出，教科版教科书在给予工程技术课程足够的尊重，将工程技术纳入到科学课程中的同时，还合理考虑了学生的年龄阶段特征进行工程技术课程的编排。

三、工程技术在科学课程中的发展趋势

工程技术进入科学课程标准已有十一年，对中国科学教育和工程人才培养起到重要的推动作用。教育改革作为一个动态发展的过程，需要不断审视历史，发扬长处，弥补不足。纵观工程技术内容在科学课程中的发展，呈现出四种趋势。

１.工程技术的地位不断提高

从2011年的工程技术作为科学课程的拓展阅读模块开始，到2022年工程技术知识与科学知识并列于13个科学课程内容之中。工程技术内容在课程标准中所占的比重提高，工程技术目标阐述细化，针对工程技术的教学案例设计增加。工程技术从一开始被视为发展学生科学知识的手段，到今天工程技术成为科学课程目标之一，其主要原因是工程技术在宏观上符合人才培养的需求，在微观上符合综合科学课程改革的方向。数次变革证明工程技术在课程标准中的地位正在从非主流走向主流，从次要变为重要。

2.工程技术与科学的辩证关系不断深化

2011版初中科学课标在前言中提到：“科学和技术二者的关系一方面以不断分化的方式向纵深发展，另一方面又表现出前所未有的相互渗透。”在2022版科学课标中，将表述改为“科学、技术与工程三者相互影响相互促进”。事实上，科学是近代工业革命的产物，而工程早在原始人时期就已出现。工程、技术与科学是三个相互联系又相互区分的概念[18]。工程指向设计与实现人工世界，科学指向探索自然世界，技术则是科学知识物化用以辅助工程实现的媒介。由课程标准认识到，工程既应该是研究科学的手段，也应该是科学研究的目的。

3.工程技术在教育领域不断下沉

工程技术内容一开始只在2011版初中课标中有所体现，随着2017版小学科学课标的发布，初中难度的内容开始进入小学阶段。到2022版科学课准中，原属于初中阶段的工程技术内容与要求进一步下沉至小学，小学与初中整体的工程技术要求进一步提升。维果茨基认为，只有符合学生教学最佳期的教学才能最大限度地促进学生的学习，而教学最佳期是由最近发展区决定的[19]。随着互联网时代的到来，学生接触新知识的途径变多，原有的工程技术内容已不足以达到学生最近发展区的难度要求，原属于高年级的工程技术内容必须逐级下沉才能符合新时代学生的学业发展水平。

4.工程技术逐渐成为大概念教学的重要载体

大概念教学在广义上的含义为使用核心概念整合相关的原理、内容、活动等课程要素，形成有关联的课程内容组块[20]。大概念教学的重点在于引导学生自主建构。因为工程技术天生具有集成性、创造性、建构性、实践性[21]，而科学课程涉及的要素又十分宽泛，学科之间的壁垒导致综合化教学难以实现，综合科学课程的实现亟需一个合理的工具。回顾科学课程标准中教学案例的发展历史，从2011年单纯的工程技术专题教学到2022年工程技术融入各个学科，将生物、地理、物理、化学通过具体情境中的工程设计串联起来，既囊括了工程技术的要素，也体现了各学科的学科特征。

四、科学课程标准变革的反思

工程技术教育在课程标准中的变革，凸显国家对于培养工程人才的决心。通过分析综合科学课程与工程技术在教科书与课标中的发展历程，可以发现综合科学与工程技术存在一荣俱荣的关系。这种关系取决于综合科学课程提出的动机：培养具有科学素养的人才，缓解学科割裂，改变重视物理化学而轻视生物地理等“偏门学科”的现状[22]。工程所天生具有的统筹设计属性，为实现跨学科教学，缓解学科之间的割裂现象提供了最富有实践性的道路。伴随着杜威的实用主义教育的传播、STEM教育的兴盛、2015年核心素养体系的提出，工程技术作为综合科学课程的抓手，综合科学课程作为工程技术的基石，二者的结合在义务教育中也会越发紧密。

在义务教育阶段，课程标准的改动也对教育系统的各个环节提出了更高的要求。学校要重视开设更多工程技术有关的工程教育课程来补充课程标准中的留白。教师要提升自身工程设计与技术能力，寻找更多在真实情境中存在的工程技术问题来设计教案，同时在教学活动中要善于引导学生。在评价活动中，教师应该注重评价的维度与课程标准的学业质量描述一致，善于利用课程标准的要求设计改进课程评价方案，灵活运用形成性评价促进学生发展。在教材方面，教师要明白教材不仅仅是教科书，由于工程技术本身具有功利属性，因此对于工程技术教育而言，生活中的经济问题、社会管理问题、科学问题都有成为教材内容的潜力。

工业4.0时代是工程设计和产业升级的时代，通过课程标准的改革与教学方式的升级，为新工科工程技术人才的培养赋能，才能使中国在产业改革升级的时代浪潮中取得最终胜利。

参考文献

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[作者：涂贝尔（1996-），男，浙江温州人，杭州师范大学经亨颐教育学院，硕士生；魏晓东（1989-），女，黑龙江佳木斯人，杭州师范大学经亨颐教育学院，讲师，博士。]

【责任编辑  郭振玲】