鑽石舞台

《技術與工程素養標準》為PreK-12教育利益相關者提供了一份發展技術與工程素養的「地圖」，可指引其更為嚴謹地研製PreK-12技術和工程課程。該標準大體由核心學科標準（Core Disciplinary Standards）、技術與工程實踐（Technology and Engineering Practices）、技術與工程環境（Technology and Engineering Contexts）三層結構及其分析描述構成，其基本架構如圖1所示。

圖1 《技術與工程素養標準》的基本架構

1.第一層：指向融合發展的核心學科標準

《技術與工程素養標準》的第一層結構是具有同等地位的八個核心學科標準，規定了PreK-12學生在不同年齡段應掌握的基礎知識，為開展技術與工程教學活動提供了必要指導。

①技術與工程的性質和特點（Nature and Characteristics of Technology and Engineering）。了解技術與工程的性質和特點，是PreK-12師生開展教與學活動的前提。本部分內容要求學生認識到：技術與工程知識涉及自然世界和人類世界；技術與工程是一項跨學科的人類活動；學生實施技術與工程活動時，需對產品/系統進行了解、使用、評價和創造，並形成相應的思維模式。

②技術與工程的核心概念（Core Concepts of Technology and Engineering）。技術與工程課程包含7個可以反映技術與工程特點的核心概念，分別是系統、資源、需求、權衡、優化、過程和控制。這7個核心概念不僅是區分技術與工程領域和其他領域的關鍵，也是技術與工程素養的重要組成部分。

③知識、技術和實踐的融合（Integration of Knowledge, Technologies, and Practice）。為促進學生深入了解知識、技術和實踐的關係，本部分內容指出：技術與工程是跨學科的；技術與工程領域和其他領域相互影響；其他領域的進步會促進技術與工程領域知識、實踐的不斷發展。

④技術的影響（Impacts of Technology）。本部分內容認為學生應從四個方面理解技術與工程對人類社會的影響：技術與工程會對社會、環境產生積極或消極的影響；當技術與工程活動涉及做出最優選擇時，必須充分考慮技術的使用成本與最終效益；在使用已有技術或者提出新技術時，要考慮資源的可持續發展；技術的使用能促使個人、人類文化和環境發生根本改變。

⑤社會對技術發展的影響（Influence of Society on Technological Development）。每個社會所具有的獨特價值觀、社會分工和倫理規範都會影響技術發展，故本部分內容要求學生在理解社會對技術發展的影響時應知道：社會需求比個人需求更能影響技術和工程；社會的價值觀和信仰決定了人們對技術的態度；處於不同發展階段的社會有不同的代表性技術。

⑥技術史（History of Technology）。技術會隨時代進步而不斷發展，學生在學習技術發展歷程時要明確：文藝復興時期，技術在科學、數學及人文藝術等領域的推動下實現快速發展；人們經常通過技術的進步來定義某個時代；技術史充分反映了其對人類社會的積極和消極影響。

⑦技術與工程教育中的設計（Design in Technology and Engineering Education）。設計是所有技術和工程活動的基礎。本部分內容要求學生從以下八個方面理解技術：設計是人類的基本活動；設計可以不斷完善和改進，故技術和工程設計不存在唯一正解；設計具有迭代性；技術與工程設計要求學生掌握一系列技能；產品的設計包含多種屬性且需要遵循設計原則；動手製作是技術與工程設計的固有部分；設計的優化受約束條件的限制；設計的方法是多樣的。

⑧應用、維護、評估技術產品和系統（Applying, Maintaining, and Assessing Technological Products and Systems）。讓學生學會如何正確應用、維護和評估技術產品的目的，是讓其能夠以安全、適當、高效的方式使用和維護技術產品。本部分內容包括三個主要觀點：有技術素養的人更有能力學習、使用技術產品和系統；技術產品、系統或程序的維護對保證其正常工作至關重要，當發生故障時要給予適當的維修；綜合分析收集到的數據之後再對產品、系統進行評估。

《技術與工程素養標準》面向PreK～2年級、3～5年級、6～8年級和9～12年級四個階段的學生，設計了他們在不同核心學科標準中應掌握的具體知識，即基準（Benchmark）。這就意味着教師可以根據基準對不同年齡段學生實施個性化培養與評價，以實現其能力的螺旋式發展。

表1 技術與工程實踐在不同年級教學中的能力水平要求

2.第二層：勝任力取向的技術與工程實踐

《技術與工程素養標準》的第二層結構是「以學生為中心」的八類技術與工程實踐，旨在幫助學生將技術與工程的知識、技能應用於具體的實踐活動中，具體包括：①系統思維（Systems Thinking）。系統思維在技術的應用和開發中扮演着重要角色，是開展跨學科學習的重要方式。它要求對技術與工程的運行環境及其各部分組件之間的關係有清晰認識，以提出最優解決方案。②創新（Creativity）。在技術與工程課程中，教師培養學生創新能力的方式有兩種，一是讓學生就某一開放性問題進行集體討論，二是鼓勵學生之間進行思想交流。③製造與製作（Making and Doing）。「製造」是指創造某物的行為，而「製作」是指對技術產品/系統進行設計、建構、操作和評估的實踐過程。教師需在這一過程中對學生的探索活動給予適當指導，以保證實踐活動順利進行。④批判思維（Critical Thinking）。批判思維是指人們在做出一些決定之前，對獲取的必要信息進行評估、對比、判斷。在開放、真實的環境中開展探究性學習，是培養學生批判思維的重要方式。⑤樂觀（Optimism）。技術和工程課程中的樂觀態度能促進學生對問題開展批判性思考，有助於學生找到最優解決方案。⑥協作（Collaboration）。協作是通過互動與他人達成共同目標的活動，能幫助學生在與其他成員互動的過程中獲得分析問題的不同觀點，以更快達成既定目標。⑦溝通（Communication）。溝通是獲取、處理和傳遞信息的必要過程。師生可通過溝通分享彼此觀點，共同推動問題解決。⑧關注倫理（Attention to Ethics）。倫理要求學生系統地認識技術及其對社會產生的影響，通過迭代優化，儘可能降低技術對用戶和環境的不利影響。

需注意的是，技術與工程實踐和核心學科標準雖相互聯繫，但不同之處在於，核心學科標準規定學生要掌握的基本知識，而技術與工程實踐強調通過應用知識提升技能。另外，《技術與工程素養標準》雖未對師生如何開展這八類實踐做出具體規定，但詳細描述了不同年級學生在完成上述實踐活動後應達到的能力水平（如表1所示），可為開展技術與工程相關活動提供指引。

3.第三層：支持場景化學習的技術與工程環境

《技術與工程素養標準》的第三層結構包含八種技術與工程環境，亦可將其理解為具體的技術與工程課程主題，旨在為學生獲取知識技能和開展工程與技術實踐提供環境支持：①計算、自動化、人工智能和機器人技術（Computation, Automation, Artificial Intelligence and Robotics）。師生依託此環境，可圍繞計算思維、自動化、人工智能、機器人技術等主題開展學習討論與應用實踐，深化對這些主題的理解與認識。②材料轉換與加工（Material Conversion and Processing）。依託此環境開展學習與實踐，既有助於學生深入了解材料的選擇、設計等流程，還能夠幫助他們利用相關材料設計、加工與製作技術產品。③運輸與物流（Transportation and Logistics）。在此環境中開展技術與工程教學和實踐，有助於學生認識不同的交通運輸子系統及其協同工作機制。④能源與動力（Energy and Power）。學生在此環境中獲取知識的同時，要樹立保護能源的意識與責任，批判性地評估使用不同能源對人類社會帶來的積極與消極影響。⑤信息與通信（Information and Communication）。此環境中的教學要求教師通過示範、使用信息與通信技術，幫助學生掌握相關知識技能、了解信息技術發展對社會的影響。⑥建築環境（The Built Environment）。在此環境中，教師可以通過開展建築設計類活動的方式支持學生圍繞建築設計的相關主題開展學習與實踐。⑦醫療和衛生相關技術（Medical and Health-Related Technologies）。醫療衛生技術的發展為提高人類生活質量提供了重要支持，故推進學生對技術與醫療健康關係的認識，也是技術與工程課程的教育目標之一。⑧農業和生物技術（Agricultural and Biological Technologies）。技術與工程教師可藉助此環境，帶領學生開展與農業和生物技術相關的探索，探究農業和生物技術對人類社會的影響。

此外，《技術與工程素養標準》還給出了不同環境中的教學實踐案例。例如，在能源與動力環境中，教師通過討論和提問引導PreK-2學生對「沒有能源系統的世界是什麼樣的」進行批判性思考，以加深其對能源與動力在人類社會中的作用、地位和影響等學科知識的理解。