美国K-12技术教育的工程转型缘起进展与启示
美国K-12技术教育的工程转型缘起进展与启示 近年来，以美国为代表的国际技术教育正在从强调培养 技术素养的形态转向技术素养和工程思维、工程兴趣并重的 技术／工程教育形态。技术教育的新形态为该学科的发展提 供了新的价值取向，构造了新的内容结构，注入了新的活力。[1]本文意在讨论美国K-12阶段从技术教育转向技术／工程 教育的缘起与进展，以期对我国包括通用技术课程在内的基 础教育技术课程的发展提供借鉴。
一、转型的缘起 (—)技术教育实施面临的困境 美国K-12技术教育最早可追溯到19世纪60年代的手工 教育，大致经历了手工训练、工艺技术、技术教育等形态。
过去几十年来，该领域已经拓宽了对技术教育的理解，将技 术学习视为“学会动手，经历设计过程，学习如何解决问题， 学会正确使用和保养技术产品”，将目标确定为“指导学生 为一个技术世界做好准备，培养学生的技术素养”。[2]尽 管当前美国K-12技术教育已有很大的发展，但仍面临着许多 困难，例如被接受的程度非常缓慢，包括教育者在内的许多 人仍将技术教育与教育技术混淆；
只有一小部分州将技术教 育课程作为高中毕业要求；
技术教师人数比科学和数学教师 少很多，学习技术教育课程的学生也是如此：难以得到政策 决策者青睐。[3]美国K-12技术教育转向技术／工程教育旨 在解决这些困难。美国技术教育专家希欧多尔，路易斯(Theodore Lewis) 认为，技术教育工程转向的深层次原因在于学科自身的抉择， 其要求从学科历史、社会学和认识论的角度一起寻找途径， 使技术教育合法化。[4]历史角度来说，手工训练发展到今 天的技术教育，技术学科一直努力成为合法的学校知识。因 为从根源上来说，技术学科被假设为以蓝领知识为前提，其 内容源白手艺人的实践。这种假设使得技术学科被视为只用 于培养蓝领，并非是对所有儿童有用的合法教育。从社会学 和认识论角度来说，工程转向使技术学科能够得到学校管理 层以及那些准备让孩子上大学和从事更专门化职业的中产 阶级和上层阶级的认同。因此工程为技术教育提供了从蓝领 的手工传统向白领的专业传统迈进的机会。
工程进入技术教育领域可追溯到1947年华纳( Warner) 发表的《反映技术的课程》，但直到20世纪80年代，技术教 育对工程的回应才有关键性转变。[5]一方面，技术教育团 体开始与重要的科学和工程团体进行了积极的合作，例如美 国技术教育研究的主要协会一一国际技术教育协会( ITEA) 在美国国家科学基金会(NNSF)和美国航天航空局( NASA)的 资助下，开始“面向全体美国人的技术”( TfAAP)的项目研 究。另一方面，技术教育从“基于制造技术、动力与能源技 术等技术领域的课程”发展为“强调设计过程的课程”。在 2000年颁布的《美国国家技术教育标准》中，五部分标准有 两部分涉及到设计，工程设计成为二十条标准中的一条。该标准的颁布，体现了技术教育的工程转向，确立了技术教育 存在的合法性。2010年，美围国际技术教育协会改名为国际 技术与工程教育协会（ITEEA），随后技术教育实践者的标 杆性刊物《技术教师》也改名为《技术与工程教师》，这些 都从一个侧面证实了技术教育工程转向的趋势。[6] （二）STEM教育改革的推动 20世纪80年代以来，美国为了在经济全球化国际竞争日 益激烈的情况下能够继续保持国家经济的全球领导地位，提 出了STEM教育(STFVM是科学( Scicnce)、技术(Technoiogy)、 工程(Engineering)和数学(VlatHcmatics)的缩写）。美国 人相信，提高K-12STFEM教育能够使学生更好地适应科学和 技术领域相关的职业，提高公民的科学和技术素养，最终提 高国家竞争力。[7]然而，近年来美国K-12STEM教育水平落 后于其他国家，学生对STEM学科掌握程度不佳，缺乏对相关 领域的兴趣，而愿意选择工程作为职业的人数也在减少。[8] 在此背景下，美国不断加大投入，并出台一系列重要法案、 议案来加强K-12STEM教育。
STEM教育改革推动了技术教育的工程转向。—方面，技 术教育与工程教育的联系得到了加强。在原来的教育中，代 表工程的“E”往往受到了忽视，被认为是沉默的“E”。K-12 课程中，科学、数学以及技术都已经建立了学习标准，而工 程却没有相关标准，也缺乏全国性或州层面的评价，这引起 了大家对K-12，工程教育的关注。2004年，美国工程教育协会（ASEE）成立了叫“K-12和准工程分会”，一部分成员就 来自技术教育领域。20042009年，在美国国家科学基金会 (NSF)资助下，由技术教育、工程及相关领域背景的专家组 成的国家工程和技术教育中心(NCFTE)开展积极的研究和实 践，其目的之一就是通过技术教育将工程设计、问题解决和 分析技能渗透到K-12学校中，并提高工程和技术教师的数量、 质量和多样性。[9] 另一方面，一些STEM项目的开发和实施使技术教育借助 工程教育拓展了实施范围。由于工程没有相关标准，技术教 育和工程教育的课程开发者往往都以《美国国家技术教育标 准》为指南。因此该标准不仅仅是技术教育的标准，实际上 被默认为K-12工程教育的标准。[10]例如，“项目引领方向” (PLTW)项目是以技术标准为基础，并整合了科学、数学和语 言艺术教育标准开发的，开发过程中每门课程都涉及工程领 域。该项目目前己在全美范围得到使用。因此，有学者认为， 一些STEM项目的开发和实施“有助于技术教育超越常规边界， 使之转化为学习者拥有的高阶知识，并且有助于弥补技术课 程在中学高年级没有开设的空白”。[11] （三）下程教育进入K—12学校的需求 在STEM教育改革背景下，2006年美国国家工程院（NAE） 和美国国家研究理事会教育中心（NRCCE）成立了K-12工程 教育委员会(Commnitteeon K-12 Engineering Educat)on)， 其职责是确定K—12工程教育的范围和性质，并于2009年发布了 《K-l2教育中的工程教育：了解现状和改进前景》。
美国国家工程院(ME)还赞助来向多个领域的专家组成了 K-l2工程教育标准委 员 会(Comittee on SLandards hr K-12Engineering EducatiOn)，评估开发和实施K—12工程 教育的潜在价值和可行性，委员会在长达两年的研究后于 2010年发布了《K-l2工程教育的标准》。
在这些报告和相关研究中，K-l2工程教育的价值得到了 厂一致的认同，包括可以改进学生学习尤其是科学和数学成 绩、提高对工程和工程师职业的认识和兴趣、培养技术素养 等，甚至叮以作为促进美国K—12STEM教育更有效的催化剂， 等等。而且工程教育所培养的工程思维习惯被认为与2l 世 纪公民必备技能是相一致的，这些技能包括系统思考能力、 创造力、乐观、合作、沟通能力以及道德思考能力。[12] 此外，工程教育如何进入K-l2学校也得到了讨论，美国 K-12工程教育委员会提出“注入(Infusion)”、“单设 (stand-alone)”和“集成(1ntegrated)”三种途径，K-12 工 程教育标准委员会主张采用“注入(1nfusion)”、“映射 (Mapping)”两种途径，笔者把它们综合为四种途径（见表1）。
在分析之后，“注入”、“映射”被认为属于比较直接、简 单的选择。
那么通过哪个学科实现K-12工程教育“注入”、“映射” 的途径呢？有工程教育专家认为，“将工程纳入到K-12课程 中，无论作为一个领域还是作为提高其他学科学习的资源和背景，都已经势在必行，但没有比技术教育更好的地方了”。
[15]一个原因是工程教育与技术教育存在着紧密的关系。
[16]一方面，工程和技术教育都对提高公众的技术素养有浓 厚的兴趣，都将技术素养作为其在K-12教育实施的核心目标。
另一方面，工程师也需要动手操作技能，整合了工程的技术 教育能够为未来学工程的大学生在K—12阶段就具备相关的 教育背景。另一个原因与美国工程和工程教育的地位和身份 认同有关。美国工程一直为提高其作为领域和专业的认同度 而努力，目前工程已被大众所接受，但身份问题仍存在，简 单来说，工程不单单是应用科学（尽管科学原理的应用是工 程师下作的一部分）。[17]工程通过K-l2科学教育来进入学 校，往往作为学习科学的情境而存在，其首要目的是提高学 生对科学的兴趣和成绩：而工程通过K-12技术教育来进入学 校，其首要目的是技术素养，技术往往作为工程学习的工具 和手段而存在。因此，在全国范围内的K-12课程中，将工程 包含在技术教育中有助于解决身份问题。
二、转型的进展 随着工程转型，美国K-12技术教育有了很大发展。以下 将从教育框架、课程内容、课程实施、教师教育四个方面进 行介绍和分析。
（一）州技术教育框架和课程标准纳入工程 不管是技术教育自身发展的驱动，还是外部教育改革的 推动，将工程纳入到技术教育的趋势对州教育框架产生了深刻的影响。马萨诸塞州是最早将工程纳入到教育框架中的州。
[18]20世纪90年代中期，马萨诸塞州的工艺课程发展为技术 教育课程，技术教育课程首先强调发展学生的技能，其次才 强调手艺和工具使用。1996年，马萨诸塞州制订了《马萨诸 塞州科学和技术课程框架》，将技术包含到课程框架中。2001 年，马萨诸塞州对框架进行了修订，用工程设计过程取代技 术设计，将能源与动力等主题加入其中，并将框架名称改为 “科学和技术／工程”，这反映了整合技术教育和工程的视 角。
目前，美国越来越多的州将技术教育纳入到州教育框架 中，而技术课程也越来越多与工程联系在一起。美国国际技 术和工程教育协会在2011年2012年调查中发现，93%的州（共 42个）将—种或多种形态的技术和工程教育纳入到州教育框 架中，其中技术教育（25个）、技术和工程教育(23个)、工 程教育（18个）、包含技术和工程的STEM教育（18个）、其 他（10个）；
而2007年为87%（共46个），2004年为76%(共 50个)，2001年为60%(共50个)，2007年调查发现主要形态为 技术教育。[19] 一些州的技术教育课程标准开始发生变化。有学者通过 对州网站的调查，将州技术／工程教育课程标准分成两类。
第一类为反映人类创造力、技术系统、技术性质与影响等基 于技术的概念，这一类州标准与美国国家技术教育标准紧密 相关。第二类为混合类型，横跨国家技术教育标准、基于工业技术的分类、计算机素养和工程设计标准。[20]而工程内 容以怎样的形式纳入技术教育课程中，不同的州采取不同的 方法。例如，技术教育课程标准属于纽约州七个学习标准中 的一个，工程设计是该州技术教育课程标准的主要组成部 分：康涅狄格州的技术教育课程标准对工程设计有明确阐 述：还有一些州没有增加工程内容，但在教育框架中有相关 阐述：而印第安纳州则将“项目引领方向”作为州技术教育 框架的一部分。
（二）技术课程内容突显工程设计 强调技术素养培养的技术教育形态与美国历史卜其他 形态的技术教育相比，除了在培养目标上不同外，另一个主 要特点就是在内容上突出技术设计。随着技术／工程教育形 态的兴起，工程设计逐渐得到突显，并开始成为技术课程主 要内容之一。这主要体现在美国技术教育研究机构开发的技 术课程项目中。下面以美国国际技术与工程教育协会促进科 学和技术教学中心(ITEEA-CATTS)开发的“工程设计项目” (Engineeringby Dcsign)和“项目引领方向”为例，说明工 程设汁在技术教育课程序列中的地位（见表2）。
这两个项目都基丁国家技术教育标准，并整合了科学、 数学标准开发的，口前都在全美范围内得到使用。前者在初 中提供了3门18周的课程，在高中提供了6门36周的课程；
后 者在初中的课程名称为“技术之门”，整合了8个独立的9周 的单元，在高中的课程为“工程”，要求学习两门基础课程和一门特别课程或“顶点课程”。在“工程设计项目”中， 工程设计成为高中学段的主要内容，而在“项目引领方向” 中，工程设计成为整个高中阶段的主要内容。虽然两者都是 技术／工程课程项目，但“工程设计项目”呈现了更广阔的 技术视角，而“项目引领方向”则更专注于工程。
在《美国国家技术教育标准》中，工程设计往往与技术 设计混用，“工程设计，也指技术设计”。[23]两者包括的 过程也基本相同，是指在约束条件下解决问题的过程，包括 问题的确认、设计方案的制定、原型与模型的制作、方案的 优化等过程。[24]随着技术教育的工程转向，两者的区别得 到了关注。技木教育专家约翰·威廉姆斯(P. John Williams) 认为，工程设计过程涉及到问题因素分析，更多基于对科学 和数学的理解，这与技术设计不同。技术设计过程中，解决 技术问题所需的知识是未定义的，是在探究和设计过程中展 开的，而工程设计过程中，解决工程问题所需的知识事先由 工程的类型所确定，冈此学生探索和定义相关知识的空间较 少。[25]可见，与技术设计相比，工程设计与科学、数学有 更紧密的关系。
（三）学校技术课程实施聚焦工程 由于美国在国家层面没有要求各学校必须开设技术课 程，各州对技术教育的要求也不一样，因此在学校层面，K-12 技术教育发展差异较大。为了顺应技术教育的工程转向，部 分学校开始聚焦工程，重新规划了技术课程模块，采用了新的教学项目，并调整了技术教室及装备。下面以2011年笔者 在美国考察的Licking Valley高中和Shewsbury高中为个案 （见表3）进行介绍。
从课程名称“工业技术”、具体课程模块“木工l”、 “木工2”以及典型教学项目“家具制作”等来看，Licking Valley高中的技术教育课程具有典型的工艺技术教育的特 点。但技术教育的工程转向对该校技术教育产生了一定的影 响，例如开设了“工程导论”、“大学先修工程”等工程模 块，在“木工l”的学习要求中强调“经历设计过程，运用 工程原理来设计和制造一个木工产品”，并且配备了设计室。
可见，该校正在缓慢地向技术／工程教育形态发展。
从课程模块的设置、教室装备可见，Shewsbury高中的 技术教育课程发展较快。其课程模块主要以工程原理、工程 导论等工程教育类课程为主；
专用教室以设计室、机器人室 为主，已经看不到像Licking Valley高中那样的木工实践室。
值得一提的是，Shewsbury高中开设的“工程原理”、“工 程探索”分别属于“项目引领方向”、波士顿科学博物馆开 发的“工程创造未来”相关课程，而Licking Valley高中没 有采用，在某种意义上体现了这些项目在技术教育工程转向 过程中的重要价值。
（四）技术教师教育融入工程元素 要想工程教育取得实效，技术教师需要得到有关工程内 容、概念和相关教学法的教育。为此，美国一些技术教师培养项目修改了名称，将工程包含其中（见表4）。[26] 技术教师培养项目要求和提供的课程也开始发生变化。
例如，历史上技术教育的职前教育仅仅要求几何和：三角学 作为教学内容，很少要求科学、工程设计、静力学、动力学 或其他工程相关的课程，而现在许多技术教师本科教育项目 将更多的数学和科学内容作为课程核心。以犹他州州立大学 为例，从2009年入学的新生开始，工程和技术教师本科毕业 要求，除了在《美国国家技术教育标准》所确定的制造过程、 结构设计和过程、交通和能源、电子／通讯等领域中学习相 关动手实践课程外，增加微积分I和II、物理I和II化学（或 生物）、静力学、动力学以及一些丁程设汁经验。[27] 美国技术教师培养的模式从传统的以技术为主的模式 发展到多种模式并存。有学者将美国技术教育教师资格证书 和执业发展项同分为基于工程的模式、有上程项日的混合模 式和无工程项目的混合模式。28]科罗拉多州州立大学开发 的由该校教育学院和工程学院联合培养的教育—工程学位 项目就属于基于工程模式。该项目要求四年半的学习，学生 先开始学习微积分、物理、化学和工程科学等传统工程项目， 到了第三、四年开始学习与技术教育证书和实践相关的教育 内容，并且深入学习包括化，学和生物、城市和环境、电子 和计算机、机械工程等传统工程领域，另外还需在这些领域 中选择一个进行一年的设计实践。最终‘学生可获得美国工 程技术鉴定协会（ABET）颁发的工程资格证和美国教师教育资格委员会( NCATE)颁发的技术教育资格证。有工程项目的 混合模式是指学校有工程学院，技术教师培养项目负责的学 院与工程学院积极合作，例如阿肯色大学将工程内容纳入技 术教师培养项目中，工程、工程设计、制造系统设计、机械 工程原理等课程都由该校的工程，学院提供。无工程项口的 混合模式指大学本身没有工程项目，但正在考虑在技术教师 教育中增加工程内容，例如伊利诺斯州州立大学与当地一所 大学的工程人员合作来提高技术教师教育。无工程项日的混 合模式也包括与美国国际技术与工程教育协会促进科学和 技术教学中心等的合作。
三、启示 我国在2003年教育部颁布的普通高中课程方案中，通用 技术课程赫然其中。经历了十年的实验，通用技术这门年轻 的课程取得了—定的成绩，但下一步该走向何方，美国K-12 技术教育的工程转型可以提供相关启示。
(一)适当增设工程内容，促进技术课程发展 美国K-12技术教育的工程转向己成为趋势，增加工程内 容有利于技术教育发展成为美国技术教育者们的共识。对于 我国技术教育的发展来说，也存在着相同的情况。
首先，有利于提高技术教育被接受的程度。我国技术教 育曾表现为综合技术教育、基本牛产技术教育、劳动技术教 育等多种形态，目前在义务教育阶段以劳动与技术课程的形 态存在，在高中以通用技术课程的形态存在。然而，不管是哪种形态，技术教育往往被人们视为培养技能的教育从而难 以进入学校或没有得到重视。在现有的高中通用技术中增加 工程内容，在义务教育劳动与技术中渗透工程内容，可提高 我国技术教育的学术水平，使其史容易被接受，从而促进其 发展。
其次，有利于加强技术课程与其他课程的联系，促进学 校应用性课程的发展。高中通用技术课程是一门高度综合的 课程，强调各学科、各方面知识的联系与综合应用。工程内 容的增加，将提高通用技术课程的综合性，提高其与科学、 数学等课程的联系，从而凸显通用技术所具有的应用性课程 的特点，这有利于改变目前普通高中学术性课程过多、应用 性课程不足的现状。
最后，有利于解决基础教育与高等工程教育的衔接问题。
我国高等教育有文、理、工等之分，文科、理科在基础教育 阶段都有对应的相关科同，而工科缺少必要的基础，中小学 学生对工程与工程师了解甚少。显然，增加工程内容的通用 技术课程可为学生今后在理工科方向提供一定的基础，并承 担着工程职业教育的使命。
（二）完善技术课程体系，创设工程教育平台 美国K-12技术教育的工程转型过程中，非常注重核心概 念和能力，如设计、建模、约束条件、创新、系统、最优化、 试验、原型、权衡、分析、问题解决、功能、形象化、效率 等概念和发现问题、明确需求、分解系统、产生解决方法、草图与创造性表达以及试验和测试的能力。[30][31]这些核 心概念和能力构成了美国K-12工程教育的基石。应该说，我 国普通高中通用技术课程已经提出了相关的概念，但没有明 确出来，也没有形成体系。在核心能力方面，通用技术课程 提出五个目标，包括技术的理解、使用、改进及决策能力， 意念的表达与理念转化为操作方案的能力，知识的整合、应 用及物化能力，创造性想象、批判性思维及问题解决的能力， 技术文化的理解、评价及选择能力。[32]这些能力中有的与 工程紧密相关，但没有得到凸显。因此，工程内容的增加， 需完善现有的技术教育的核心概念体系和核心能力体系。
在内容上，美国K-12技术教育己从原先的能源、交通、 建筑等基本技术领域发展为工程设计、工程导论等为主要内 容。我国高中通用技术课程以技术与设计为必修模块，以电 子、建筑、服装等七块内容为选修模块。从高中通用技术选 修课程内容来看，这种基本技术领域的设置方式，一方面与 国际技术教育发展趋势有一定的差距，另一方面七个选修模 块之间缺乏层次性。因此，增加工程内容，需考虑内容体系 的完善，例如设置学术类（如工程初步）、素养类（如建筑 与设计）、职业类（如钳工）等不同层次选修模块，以满足 不同学生的需求。
体系的完善不能忽视小学、初中劳动与技术教育与高中 通用技术教育的衔接，以形成统一的体系。
目前，小学、 初中劳动与技术教育己提出培养技术素养的目标，但在内容上仍表现以技能为主。美国K-12技术教育转型的启示就是在 高中强调工程设计的同时，小学、初中劳动与技术教育需要 在内容上对技术设计有更多的强调，否则高中技术教育的实 施就缺乏必要的基础。另外，小学、初中劳动与技术教育被 纳入综合实践之中，缺乏独立的课程地位，实践中也没有很 好的操作模式，发展困难重重。在当前国际技术教育迅速发 展的背景下，我国小学、初中劳动与技术教育需要明确的地 位，正如美国国际技术与工程教育协会前主席肯达尔，斯塔 克怀特( KendallStarkweather)所说的“技术素养成为独立 学科时才能体现它的重要性”。[33] （三）培养工程相关知能，建设技术教育师资 在技术教育教师队伍建设方面，美国注重技术教育教师 学科专业知识的夯实，包括学科专业核心知识，如工程设计、 结构等；
学科专业基础知识，如静力学、动力学：学科专业 拓展知识，如建筑、交通。而且注重培养技术教育教师的学 科专业能力，让学生经历设计实践过程。这启示我国技术教 育教师的培养，需要注重学科专业知识和学科专业能力，只 有这样才能应对复杂的学生实践活动。另外，相关高校和机 构的积极行动在美国技术教育教师的培养中起到了重要作 用。反观我国，通用技术课程已经实施了十年，而开设通用 技术教师培养的相关专业或方向的高校却只有少数几个。要 发展我国技术教育，必须有一支优秀的技术教育教师队伍。
因此，一方面呼吁在国家层面设置技术教育专业，另一方面可借鉴美国技术教育教师培养模式，师范院校可在物理、化 学等科学专业增设技术教育方向，有教育学院的综合性大学、 有工程学院的师范院校可采取工程学院与教育学院的联合 培养。此外，不能忽视技术教育教师队伍的在职培训，美国 往往通过课程项目提供的机构来负责，在我国可通过国家级 培训引领，省、市、县教研跟进的方式来促进技术教育教师 专业发展。
参考文献：
[1] 顾建军，我国技术教育的学科发展及其路径选择 [J]．中国电化教育，2010, (11)：78-83.