张红霞：我国科学教育中的技术思维陷阱

我国科学教育中技术思维的陷阱

美国将工程技术引入科学教育的原因除了上述科学哲学和学习科学的影响外，还有一条功利主义原因：促进普遍就业 [18]。2011年发布的《K-12科学教育框架》明确将生涯教育纳入科学教育课程目标之中。

而我国情况完全不同，不少人拥抱STEM教育是因为对STEM的误解，觉得比从前的科学探究更容易操作，甚至以孩子们参与度更高为良好效果的佐证。在一些融入中国传统文化的科学教育校本课程中，如《陶艺》《桥》《榫卯结构》，有回归中国古代技艺教育的趋势。那么，如何实现“消除国人不善于进行超越现实、远离实用功能的科学思考这一弱点，将科学教育由 ‘做’ ‘用’ 向 ‘思’ 扩展？[19]”

科学思维的定义有多种版本，包雷等从概念、行为和认知操作三个层面给出了综合性定义：在概念上指在知识形成和修正时，基于数据协变和机制解释建构因果关系的认知过程；在行为上表现为进行科学探究的一系列活动，通常包括系统地分析问题、确定可研究的问题、制定和评估假设、预测、设计和评估实验、分析数据、识别证据、验证假设和基于证据的决策等；在认知操作上指进行问题聚焦、变量控制、数据分析和因果判断等所需的一系列特定的推理技能 [20]。

而技术思维不同，一般指提出创造物或改造物的方案或意见，如技术发明、技术设计、工艺或施工措施、技术管理决策等 [21]。技术思维主导科学教学，产生了一些常见的问题。

第一，探究实践活动缺乏科学思维参与。技术活动的特点之一是追求圆满结局，而不像科学研究那样承认任何理论或模型都只是暂时的、相对的。因此，在课堂教学上追求每节课都要经历所有探究环节并得出正确结论；在选择探究活动材料时，最重视的不在于它是否能够揭示自然现象中蕴含的科学概念，而是孩子们是否能够在一节课里顺利完成活动步骤或做出产品来。

技术活动的另一个特点是具有固定的操作步骤。科学探究的一系列思维活动被异化成技术操作的固定步骤；好教师就像好师傅一样，不遗余力地将这些技巧完整地传递给徒弟们；好学生也像好徒弟一样，掌握的知识点越多心里越踏实。有一项调查显示，有学生甚至误以为自然科学的科目就是由一些难于理解的概念和令人生厌的公式堆叠起来的，学习这些科目的目的无非是记住这些概念和公式去解题而已 [22]。

教师培训也是如此，主要内容是教学技巧和政策解读；教师专业发展的过程本质上是熟能生巧的过程。与此相应，学生们也变成高效地配合老师上课的 “好学生”。

教师们在异地进行赛课时都希望能够遇到 “会上课” 的班级，因为专家评课的标准非常重视各个环节的时间控制、完整与流畅。加拿大专家 Samson Nashon 考察后说到对中国STEM教育的印象：目前的STEM课堂是一种 “形式”，学生像按照教师设定好的程序重复老师思维的小机器人 [23]。

奥斯本曾经批评美国学生的问题是：太多学生没有认识到 “理论是科学的最高荣耀” 而不是数据；科学从根本上讲是思想（ideas）而不是实验 [24]。

而国内学生自己很少拥有真实数据，因此很少有机会独立地针对问题设计一个有效的实验，那么拥有自己的思想便无从谈起。

第二，缺乏真实情境导入的课堂教学。学习科学研究发现，对于新知识的学习，只有在学习者准确知道它用在什么情境以及在新情境中如何加以修正时才是有效的、可迁移的学习 [25]。只有真实的情境、真实的问题才能够引发一系列真实的、灵活应用已有知识的探究行动 [26]。

而技术不需要关注情境，只需要知道给定的材料、经费和时间的限制，以及便于加工的场地。我们大多数小学科学课堂缺乏有效的情境导入环节；通过情境引导出探究问题的环节只有2-3分钟，而美国对一个主题单元的情境导入花费整整一节课的时间；而且即便是那2-3分钟的情境，往往不是“真情境”。

例如，为了探究 “水为什么会蒸发？” 老师放置水温不同的两杯水，让学生观察比较；但这不是真情境，而是问题本身。如此直接 “空降” 问题的课堂屡见不鲜。

再如，让孩子们到试验田里捡石头，以此为情境进行岩石分类活动；这也不是情境，因为完成捡石头任务不需要进行分类。有人认为，孩子们的好奇心被激发了、参与程度提高了，就是真探究。但被忽视的问题在于：好奇心没有得到回报——留下科学思维的烙印。“情境” 的作用是通过调动好奇心达到聚焦问题的目的。

第三，缺乏批评和争辩的 “研讨” 活动。2011年美国《K-12科学教育框架》提出的 “八项科学实践” [27] 与1996年国家课程标准提出的 “八项探究能力” 在内容上几乎相同，但内容间的相互关系差别很大：八项科学实践活动之间不是线性关系，而是以批评、争辩为 “枢纽” 将各项能力连成一体，科学争辩贯穿于科学探究的全过程 [28]。

这正是 “科学实践” 超越了Hands-on的关键标志，也是科学教育区别于技术教育的重要特点：强调以批评和争辩为特征的 “研讨” 活动在理论和模型建构中的核心作用。

我国目前科学课堂研讨环节主要出现在探究活动之后 [29]，客观原因可能是我们的科学课时仅为美国的1/3。然而，这仅有的研讨时间还经常是名不副实，突出表现为如下三点。

（1）研讨题目由老师钦定，研讨内容常常是复习、巩固知识和概念。例如：“我们今天学习了哪些植物类型？”（2）学生缺乏自己的数据和记录——争辩的根据；或者即便有数据、记录，但由于没有矛盾和冲突蕴含其中，研讨和争辩就难以发生，因为实验设计由老师统一设计，观察对象、观察方法相同，过程结果也必然相同。那么对于讨论题“你观察到什么？”，孩子们的回答必然是异口同声。（3）研讨题与探究记录的现象缺乏紧密联系。例如，学生记录了一周七天的气温变化，以及早晚温差、阳光下与阴凉处的温差，并绘制出图表，但讨论题却是：“我们怎样预测天气？”

第四，技术操作被推崇为有效的评价方法。新课标或STEM理念倡导在科学实践过程中评价学生的学习，但现实中科学实践常常被工程技术实践代替。为了评价学生的科学探究能力，老师（而不是学生）应用科学知识、理论设计一项技术性操作任务，作为评价工具。这项评价工具的客观作用是帮助学生理解和巩固已有的科学概念，训练动手能力，反映不出科学思维的高下。

例如，在 “运动与力” 的学习中，要求学生小组在5分钟内，通过调整小车的拉力让其在1.40秒以内行驶55厘米（即课桌长度）；拉力大小是通过小车拉绳的另一端经过桌边缘的滑轮连接不同的重物来估算；计时工具是普通秒表；评价标准是误差在0.20秒之内计为合格。

这个活动不是科学探究活动，因为孩子们必须已经掌握运动与力的关系的概念才能进行这样的操作。而且，考虑到难以避免的较大测量误差和各种环境因素，得分合格的学生对力与速度关系的理解不一定比得分不合格的孩子更好。然而，这种竞赛式活动设计很受教师们欢迎，因为课堂气氛活跃，评价标准清晰明了。