张红霞：我国科学教育中的技术思维陷阱

导 读：在国际科学教育出现STEM和 “科学与工程实践” 理念背景下，我国科学教育发展面临错综复杂的局面。从理论上讲，一方面科学哲学和学习科学新进展强调本土社会实践的价值，另一方面又需要强调普遍意义的科学思维核心素养；从一线教学活动看，一方面探究活动热火朝天，另一方面存在重技术轻科学、重活动轻思维的趋势。

最近十几年国际科学教育的最大变化在于工程技术领域的加入，早期主要作为教学模式加入，近年来转化为综合课程，如STEM课程，尽管综合的程度各异。这种综合的理念不只以校本课程或课外活动的定位出现，而是已经上升为国家层面的课程理念。

美国2012年发布的《新一代科学教育标准》（简称NGSS）将 “科学与工程实践” 与“学科核心概念” “跨学科概念” 一道，共同构成三维课程内容结构，并以 “实践” 统领科学教学活动的全过程；一些新近出版的教材，如《科学维度》（Science Dimensions）、《科学融合》(Science Fusion）也将工程技术和生涯教育内容放在突出的位置 [1]。

我国对这一国际趋势也做出了积极的反映，然而，正如一些学者所指出的那样，科学探究活动出现了重技术轻科学、重活动轻思维的倾向，一些STEM课程被称为 “大手工课” [2]。没有将科学探究作为基本环节整合进课程，更没有基于科学知识的推理形成创新性设计并对新设计进行试验。

许多学校在展示自己的科学教育成果时都以拥有3-D打印机为荣，追求将人工智能等高科技产品用于教学。有学者担忧科学教育会变成培养“能工巧匠”的技术教育 [3]。

刚刚发布的《义务教育科学课程（2022年版）》提出了 “科学观念、科学思维、探究实践、责任态度” 四大素养新目标，其中 “探究实践” 意指 “科学探究” 和 “技术与工程实践” [4]。

尽管科学思维和科学探究被置于基础性地位，但学界较少对科学思维、科学探究与工程技术实践的关系在学科本体论和认识论层面进行阐述，较少对那些重技术轻思维现象的认识论根源进行深入剖析，本文就是针对这个问题而展开。

科学教育视角下的科学与工程技术关系

从教育原理上讲，国际科学教育界将 “实践” 作为最新科学教育改革的关键词，主要是基于科学哲学界在本体论和认识论上的新认识、学习科学界在情境理论研究上的新进展。

在“工程”作为学科出现之前，人们通常只在科学与技术之间加以区分。早在古希腊时期亚里士多德就认为：科学是研究自然实体和 “类”（category）的普遍性质与原因的知识，是为了科学自身的目的而存在，而技术是 “关于生产的知识”，其目的在自身之外 [5]。

当代哲学家波兰尼指出，技术是功利主义的，技术追求的目的是为了获取某种利益 [6]。因此他呼吁不能把技术的功利主义思想带入科学研究中，否则人们热爱纯粹科学的情操就会发生变化甚至消失 [7]。

关于先有技术还是先有科学的问题，今天普遍认为是互为因果的辩证关系。不过在亚里士多德眼里，科学和技术是没有必然联系的，在出现的时间顺序上是技术在前、科学在后，因为科学只会出现在那些人们解决了温饱问题、有了闲暇的地方 [8]。

不过，在科学实践内部，当代科学与技术的关系更符合英国皇家学会前会长布莱克特（P.Blackett）提出的公式：纯科学-应用科学-发明-开发-制造样品-生产-市场销售与赢利 [9]。这一点与2022年版我国新课标观点一致：在肯定相互影响的同时，更强调科学是工程技术的基础、工程技术是对科学的应用。

今天，由于科学知识的应用转化速度加快，技术反哺科学的现象越来越多，问题变得更加复杂起来，甚至使人误认为，技术可能具有像科学一样的本体论意义，是人类认识世界的一种独特的知识体系。

然而，我们必须清楚：没有科学原理的支持，技术走不远。事实上今天的火箭、卫星制造仍然要依靠牛顿力学理论来计算轨道、进行各种力学的设计；飞行器在太阳系里飞行还要考虑相对论的效应。科学和技术有相互统一的方面，但统一性不等于同质性 [10]。这好比盐与水的关系，不能因为盐溶于水形成了盐水溶液，就将盐与水混为一谈。

认识论关心的是世界是否可知、知识从哪里来、怎样获得可靠的知识等问题。而这些问题正是科学哲学的核心，也是科学思维的逻辑起点。

从 “学科” 定义来看，一个研究领域必须具备四大要件才能回答这些问题，进而称得上一门学科：（1）具有一套特殊的概念体系；（2）这些概念之间形成一个关系网使得经验可以被理解，从而产生独特的逻辑结构；（3）对知识的陈述能够被经验验证；（4）具有特殊的技术进行解释和教学活动 [11]。

显然，“科学” 是一门（或几门分支）学科，而技术不然；因为技术不关心认识论问题，只关心怎样应用科学原理满足人的需要、制造有形的产品；技术在很大程度上属于熟能生巧的 “默会知识”，不具备独特的逻辑体系等学科要件 [12]。

美国国家研究委员会在一项关于STEM教育调查报告中也承认，技术不是一门最严格意义上的学科 [13]。在STEM概念形成过程中，“T”的加入除了因为它与 “S” “E” “M” 有一定联系，还因为它有助于构成一个便于发音的英文缩略语 [14]。由此可见，在综合课程框架里，“技术” 最适合定位在教学法层面和知识应用阶段，而不是课程内容主体层面。

至于 “工程” 领域，的确可以称为一门学科。但如果排除其中对科学的应用而言，它是集管理学、经济学等学科特点的新兴学科，因而不适合构成义务教育阶段科学课程内容。

事实上，最早提出STEM教育的专家主要来自于职业技术教育领域；目前卓有成效的STEM实践也主要存在于职业技术院校 [15]。

尤其值得注意的是，著名科学教育专家奥斯本（J.Osborne）在2011年美国科学教育学会年会上的应邀报告，和他在2014年发表的对NGSS进行解读的论文中，只字未提工程和技术的作用。

他对 “实践” 理念的解释是：它更好地代表了当代科学哲学对科学本质的新认识，即科学是一种社会和文化的实践；实践的综合性特点使得科学与工程技术产生了关联；实践还由于文化环境等因素的影响表现出不确定性，进而导致了学术共同体有条理的争辩与理论建构的必要性和动态性特点。他还提出，具备一定的科学认识论知识是未来合格科学教师的必要条件 [16]。

几十年来科学认识论上的新进展也对学习科学产生了很大影响。简言之，实用主义的三个经典原则在认知科学上得到了经验验证：（1）观念是有机体与环境相互作用的产物；（2）认知通过探究活动和推理而得到发展；（3）探究活动和问题解决始于情境中蕴含的纠缠不清的争议 [17]。结合上述奥斯本的论述可以推论，NGSS的实践理念主要指科学实践；工程技术可以为科学实践提供真实、有效的情境。