通用技術課程本體知識框架
——兼論STEMx和創客教育

柳 棟，沈 涓，武 健

(1.上海市虹口區教師進修學院，上海 200081；2.上海市寶山中學，上海 201900；3.北京市和平里第九小學，北京 100013)

通用技術課程本體知識框架
——兼論STEMx和創客教育

柳 棟1，沈 涓2，武 健3

(1.上海市虹口區教師進修學院，上海 200081；2.上海市寶山中學，上海 201900；3.北京市和平里第九小學，北京 100013)

該文從已有的學習和實踐出發，提出由六部分八個模塊構成的基礎教育通用技術課程本體知識框架；從課程實施的角度辨析了STEMx、創客教育、信息科技課程和通用技術課程的相互關系，以期引發同行們更多的探索與實踐，進而促進我國技術課程的建設與發展。

通用技術；STEMx；創客教育；本體知識

一、引言

我們國家基礎教育的通用技術課程，可能需要兼顧關注中等職業教育領域的一些發展。數十年以來中等職業教育中技術類課程的建設，基本遵循著“本科簡化為專科、專科簡化為中職”路徑，突出了工具操作與相關技能訓練，這樣的做法鋪墊了技術從業人員入門訓練的基礎，但是對職業能力持續性深度發展的支持，還不太符合今天社會發展的需求。在基礎教育領域STEMx、創客教育推進的過程中，如今又出現了3D打印、Scratch、機器人“創客教育三劍客”的說法。這些做法和想法的存在是社會發展中自然規律，自有它適度的積極意義。但是，就課程教學建設來說，僅憑熱情，不開展更多更深入的理性思考，那是遠遠不夠的，還是需要我們回到知識論領域，就通用技術學科基本概念、基本框架、基本方法開展元勘。這樣的工作是我們對技術教育科學性的認知探索，對通用技術課程的建設者來說這是必不可少的一步。

二、兩類技術概念與技術的分類

2007年我們就技術的定義、分類和通用技術課程可能的課程目標開展了相關研究[1]，這里就技術概念和技術分類再次明晰一下，以便下文闡述。

(一)兩類技術概念

在公眾的日常生活中，基本上認為“技術＝工具操作與操作的技藝”，這類認識其實是工具論的技術觀，這類技術觀出發自實然的課程建設，工具的使用自然是重點。美國“2061計劃”的核心文獻《面向全體美國人的科學》中描述到：技術是發展人類文明的強大動力，與科學緊密聯系。技術與語言、宗教、社會準則、商業和藝術一樣，是人類文化系統不可分割的一部分，并且，它還塑造和反映了這個系統的價值。在當今世界，技術變成了一項復雜的社會事業，不僅包括研究、設計和技巧，還涉及財政、制造、管理、勞動力、營銷和維修[2]。這個定義從一個總類層面系統地闡述了技術這個概念。廣義的技術概念包括了狹義的技術和工程兩個領域。

現象學、技術批判理論[3][4]則認為技術的本質是人主觀世界對客觀世界的主動構造，這種構造導致了我們使用工具；普通人是技術過程的內在參與者，技術是一類普通人與客觀世界的互動手段與互動途徑；技術是一類社會實踐的結構，通過將實踐情境化具體化，積極地達成人與自然、社會和諧的整體性。工具的選用取決于我們的思想。這類技術概念下的技術課程建設，盡管仍然會涉及工具操作與操作的技藝，但最終落到了思維方式、生活方式和問題解決能力等素養培育上了。

(二)技術的分類

我們按照貝爾納的科學與技術研究組織體系圖[5]對科學與技術進行了聚類分析，生活中的技術大致可以分為社會管理軟技術、和自然科學相關學科結合得非常緊密的門類技術、具有基礎作用的基礎技術三類，如下頁圖1所示。

圖1 技術的聚類列舉

以制造、電子等為核心的機械制造與自動化技術是一類基礎性技術。通用技術課程是基礎性技術在基礎教育中的具體體現。像服裝設計、裝潢設計、園藝技術、種植技術等都屬于門類技術，不應歸入基礎教育的通用技術課程，但可以放入校本課程(比如國家課程方案中的綜合實踐課程、上海課程方案中的拓展探究兩類課程)之中。

三、通用技術課程本體知識框架

我們從知識論、實踐論的視角，分析了通用技術課程可能的學習內容并梳理出了下述內容框架。該內容框架還需要通過更多更深入的研究予以證實、證否和修正。同時，在課程建設的時候，相關學習內容分學段安排還需要從學習心理學角度開展研究，從實踐的角度梳理，形成相關的接受梯度。本文僅陳述相對靜態的本體知識框架。

(一)測量與表達

測量與表達主要是識圖、制圖和機械測繪，屬于工程圖學的學習內容，由于“形”信息的重要性，通用技術用圖形來表達觀察測量的結果，用圖形來表達設計。測量不僅是對客觀事物描述的支持手段，也是加工過程中重要的監控環節。

手繪草圖和CAD都是繪圖的方法，各有其適用的條件。當然隨著技術水平的發展，數字化繪圖工具還能夠方便地呈現3D模型，支持設計者更快捷有效地開展工作。同時，圖學還是技術界各類交流的通用語言，用于同行間的專業交流、用于設計者、制造者與計算機的交流，如CAM。

(二)需求與設計

需求與設計主要是需求的調查分析、問題澄清與設計的一般流程。對客觀世界的主動構造，那就必須了解人的需要、社會的需要，這樣才能夠設計出滿足需要的物體的方案。滿足需求的過程就是問題解決的過程。

現代設計大師蒙荷里·納基(Moholy Nagy)指出：“設計并不是對制品表面的裝飾，而是以某一目的為基礎，將社會的、人類的、經濟的、技術的、藝術的、心理的多種因素綜合起來，使其能納入工業生產的軌道，對制品的這種構思和計劃技術即設計”[6]。設計是一類創造的行為，通過深思熟慮的系列行為，澄清人類的相關需求，將解決問題的方案顯性呈現，并通過制作的過程形成人工制成品，最終滿足人類的需求。設計是技術領域的基本方法論。在技術教育領域，常常過于強調“做”，結果是“拉起來就做”，就是不一定清楚“先想后做、做什么、怎么做”，技術不是簡單“動手做”，而是一個手腦并用、不斷探究的過程。

如何感知需求、表述需求、剔除偽需求等等問題，澄清過程、需求分析過程是設計流程的第一步，這一步是我們大陸各界極其容易忽視的環節，這個環節的缺失、弱化將極大地削弱設計的基礎。這個環節也是基礎教育的研究型課程中無意中常常弱化的一個環節。對設計的忽視是技術教育前進的過程中亟待糾偏的東西。

(三)知識與基礎

1.結構與材料。主要是常見結構受力和傳力的規律，常見材料在各種外力作用下產生的應變、應力、強度、剛度、穩定和導致各種材料破壞的情況。

2.機構與傳動。主要是動力機械能與工作效用的轉化、運動方式的轉化以及典型零件、機構和機器(統稱機械)，如機械傳動、液壓傳動、電氣傳動、復合傳動等傳動方式、連桿機構等典型機構，齒輪、齒條、渦輪、蝸桿、皮帶輪等典型零件，以及蒸汽機、飛機等機器。

3.控制與反饋。主要是指一類技術手段，能夠根據系統狀態的變化，自動調控相關參數進而控制系統的運行，這是自動化的基本機制。在基礎教育中的“機器人教育”常常是這類學習內容的一類呈現方式。這個領域常常涉及到傳感器、效應器、運算器、算法與程序等內容。

這三個部分是設計中重要的基礎知識，沒有這類知識的支撐，設計能力的形成、發展和應用無從說起。

(四)制造與工藝

主要是利用工具將各種原材料、半成品通過一定的設備，按照一定的順序連續進行加工，最終使之成為成品的方法與過程，這是技術的手段論。它會涉及到如車工工藝、鉗工工藝、木工工藝等系列工藝方法；會涉及到如切削成型、剪切成型、模壓成型、壓折成型、鑄模塑型、堆積塑形(3D打印是其中一種具體手段)等加工手段；會涉及到公差配合、互換性要求、平衡制作與使用的矛盾。制作涉及工藝，而制造包含了工程的含義。各類工藝方法、各類加工手段相互之間，并不是簡單的替代性演進，更多的是相互并存、豐富性發展，根據具體實踐的條件制約來選擇當下適用的工藝方法、加工手段。這個原則應該是技術課程中重要的學習內容。特種部隊的野外生存訓練就體現了這個原則的應用，盡管擁有了各種先進食品技術，仍然需要掌握鉆木取火。3D打印、Scratch、機器人是“創客教育三劍客”的說法，就與這個基本規律相違背了，實踐應用效益極其局限。

(五)工程與系統

工程是一類社會化的活動，通過這類活動使物質和能源通過各種結構、機器、產品、系統和過程，以最短時間和最少人力做出高效、可靠且對人類有用的東西。工程過程涉及一系列復雜性系統，包括了由物質構成的設備工具子系統、由人構成的人力資源子系統，以及其他子系統，工程過程將直面各類自然條件和社會條件的制約，需要系統集成調試，這是真實的系統整合過程。在這個領域的學習中，將涉及工程管理、專利與其他法律、商務，涉及多主體合作協作等等社會性活動。因此，合作學習一定是通用技術課程中重要的學習方式之一。

(六)技術與自然、人類和社會

主要是了解技術既能夠幫助人類改善生活，也能夠給人類和大自然帶來不良的后果。我們在運用技術的時候，要權衡需求滿足于個體現實和長遠的合理性、滿足于社會現實和長遠的合理性，這是技術、倫理與價值選擇的學習內容。

以上通用技術課程本體知識框架六個部分的內容、作用等要素，可以用語言論、方法論、知識論、手段論、系統論和價值論來隱喻。學科本體知識框架梳理清晰了，課程目標、課程內容和基本學習方式就可以初步確定。

四、STEMx、創客教育與技術課程

(一)三個概念之間的相互關系

1.STEMx與創客教育

“STEMx”的這種命名方式強調技術領域學習的綜合性，“創客教育”的這種稱呼更強調技術領域學習中“制成”這一特征；一些STEMx學習活動，并不是創客教育范疇的學習活動，但創客教育的學習活動一定是STEMx學習活動。從創客運動的發展來看，創客教育={STEMx | x=B or E}(B:商業，E:經濟)。

2.通用技術課程與信息科技課程

通用技術和信息技術都是基礎性技術，在歐洲的一些國家課程標準中，這兩個領域的學習常常融合在“技術課程”體系中實施[7][8]。在我國目前是兩類課程分別實施，兩種做法各有其使用條件。針對新的高考改革，在實踐中浙江省的一些地區正在將這兩類師資合序。僅從筆者提出的通用技術本體知識框架來看，信息科技和通用技術確切無誤地存在交融點。就信息科技課程來說，至少有兩類思路：一類是計算機科學的課程建設思路；一類是信息科學的課程建設思路。無論哪類思路建設的信息科技課程，“問題建模—算法實現”是共同的關鍵方法，通用技術課程為這類學習提供了很好的問題情境和學習空間。當信息科技課程承擔更多任務的時候，通用技術與信息科技課程要分列開設。當縮小信息科技課程任務的時候，兩類課程可以很好地融合。

3.STEMx、創客教育與技術課程

如圖2所示，STEMx各領域之間的融合有賴于技術體系和工學概念。基于這個關鍵點，STEMx、創客教育方向的各種努力，一是啟示我們通用技術課程需要重構課程學習內容和學習方法，二是提醒我們通用技術課程要為多樣化的技術領域學習打好扎實的基礎，STEMx、創客教育畢竟還是技術領域的學習活動。盡管可以由語文、音樂等學科老師來驅動，但還是屬于泛技術領域的學習活動，各科教師和技術教師的合作是必不可少的。

圖2 STEM各要素與構成

STEMx、創客教育的實施中，有一些教師認為創意與靈感應該是第一位的。但是筆者認為，創意、靈感的培育離不開系統的科學與技術課程的學習，沒有扎實科技素養的創意與靈感只是“一縷青煙”而已。

(二)學習方式與學習環境

當確立了“需求與設計”這一技術基本方法是技術課程核心的學習目標與學習內容，那么現有的“知識講授+技能訓練”基本學習方式就不適應新的要求了。技術課程的學習可能由基于問題的學習(Problem-Based Learning，PBL)和基于設計的學習(Design-based Learning，DBL)雙循環構成，如圖3所示。

圖3 技術課程PBL和DBL雙循環學習過程

在整個基礎教育三個學段中，學習要求不斷螺旋上升的DBL學習過程是主線，串聯各相關階段插入相應的PBL、主動接受學習、技能訓練學習模塊。技術課程主要通過以項目形式展開學習，強調學生參與到設計項目中有意義地學習科學技術知識和設計技能，通過設計與制作來解決問題，滿足人類的合理需求。

當基本學習方式發生變化的時候，原有的“橫列秧田式普通教室+金工實驗室”的學科學習環境將不敷使用。基本學習環境可能由“(1)聯入互聯網的多屏合作學習空間；(2)CAD制圖與電子裝配空間；(3)木工、金工操作空間；(4)可能的中大型裝配空間；(5)學具與零配件儲存空間等”構成。各類新型的木工工具套裝、金工工具套裝、傳感器套裝、各類結構與傳動學具套裝將進入學科基本學具序列，這就對學校校舍建設標準提出了新的需求。

(三)課程實施形態

從小學到高中，技術課程的實施，從注重體驗、到專項發展，最終通過綜合的學習，來達成領域的發展目標[9]，如圖4所示。

圖4 技術課程實施側重點隨著年級遞升的變化示意圖

從實踐的角度來看，STEMx、創客教育這類學習活動，目前在校本課程(上海課程方案中的拓展型課程、研究型課程板塊)提供了嘗試的時間和空間；STEMx、創客教育效果的深化有待技術課程的建設來支持；最后可能形成基礎型課程中的技術課程和拓展型、研究型等校本課程相結合的形態。

技術課程打基礎，拓展型、研究型等校本課程承擔興趣深入、個性化提升的學習領域。即STEMx、創客教育的價值取向，更多地融入技術課程；以STEMx、創客教育為主題的學習活動，更多地存在于拓展型、研究型等校本課程之中。

(四)師資準備的思考

1.職前培養。從未來的師資準備來說，或是在現有的師范專業中增加機械制造與自動化專業，或是建設碩士層級的職前教師培育機制，招收各類機械制造專業本科畢業，進行2-3年的教師專業培養。這類碩士層級的職前教師培育機制，并不是簡單增加課程教學等教育專業的課程，而是能夠跟崗見習實習與課堂的理論學習相結合的方式。對于沿海發達地區，教師的入職薪酬水平還需要配套提升。

2.職后培養。師資的職后培養，需要從已有的師資中選拔自愿者，或是送到工科院校開展1-2年的短期培訓，或是送到師范大學組織的暑期專業提升培訓課程；更需要通過研訓一體的學科教學研究活動，通過3-5年的時間逐步調整現有教師的專業準備狀態。

[1]沈涓,柳棟.突出思維、建構與整體性——高中技術課程建設與實施中幾個基本問題的思考[J].中小學信息技術教育,2007,(3):19-22.

[2]美國科學促進協會.面向全體美國人的科學[M].北京:科學普及出版社,2001.

[3]吳國盛.反思科學[M].北京:新世界出版社,2004.

[4]安德魯·芬伯格.技術批判理論[M].北京:北京大學出版社,2005.

[5]J.D.貝爾納.科學的社會功能[M].北京:商務印書館,1982.

[6]張君瑞.基于設計的學習理論與實踐探索[D]. 揚州:揚州大學,2011.

[7]Aki Rasinen:六國技術教育課程比較分析(上)——六國技術教育課程概觀[J].信息技術教育,2005,(7):27-30.

[8]Aki Rasinen:六國技術教育課程比較分析(下)——六國技術教育課程系統分析與討論[J]. 信息技術教育,2005,(8):34-36.

[9]柳棟,武健,魏寧. 信息科技學科基本框架與核心內容——基礎教育信息類課程建設的思考[J].中國電化教育,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

柳棟：中學高級教師，研究方向為課程教學、科技類和拓展探究類課程建設、學科教育信息化實施(beinglab@qq.com)。

2016年7月10日

責任編輯：趙興龍

1006—9860(2016)10—0079—04