美國(guó)NAEP兩輪技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)透視及其啟示

蘇洵??丁邦平

相較于數(shù)學(xué)和科學(xué)，技術(shù)與工程教育一直以來(lái)是STEM教育中的薄弱環(huán)節(jié)，而學(xué)生STEM素養(yǎng)的發(fā)展，離不開(kāi)技術(shù)與工程素養(yǎng)（Technology and Engineering Literacy，簡(jiǎn)稱TEL）水平的提升。為了解學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)發(fā)展水平，美國(guó)著名的教育評(píng)價(jià)項(xiàng)目——國(guó)家教育進(jìn)步評(píng)價(jià)（The National Assessment of Education Progress，簡(jiǎn)稱NAEP）于2014年和2018年分別面向美國(guó)八年級(jí)學(xué)生實(shí)施了兩輪技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)^[1]。我國(guó)于2017年發(fā)布了《中國(guó)STEM教育白皮書(shū)》^[2]，開(kāi)始將STEM教育納入創(chuàng)新型人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，但對(duì)于學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)的評(píng)價(jià)尚處于探索中。因此，研究美國(guó)NAEP對(duì)技術(shù)與工程素養(yǎng)的評(píng)價(jià)，對(duì)我國(guó)設(shè)計(jì)并開(kāi)展技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)、提升學(xué)生的STEM素養(yǎng)具有重要的啟示意義。

一、技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)的內(nèi)容

美國(guó)技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)是在《NAEP技術(shù)和工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)框架》（簡(jiǎn)稱《框架》）的基礎(chǔ)上開(kāi)展的?！犊蚣堋穼?duì)技術(shù)與工程素養(yǎng)的評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)過(guò)程、評(píng)價(jià)問(wèn)題類(lèi)型和評(píng)價(jià)方式都做出了詳細(xì)規(guī)定，以保障能準(zhǔn)確測(cè)評(píng)出K-12年級(jí)學(xué)生所需掌握的有關(guān)技術(shù)與工程的核心知識(shí)和技能^[3]。2018年的《框架》內(nèi)容與2014年基本一致，只在參考文獻(xiàn)中增加了最新的國(guó)家立法、國(guó)家評(píng)價(jià)管理委員會(huì)行動(dòng)和NAEP活動(dòng)^[4]。這體現(xiàn)了技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)的延續(xù)性，以便對(duì)學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)水平進(jìn)行縱向比較。

兩輪技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)的內(nèi)容都由評(píng)價(jià)領(lǐng)域、實(shí)踐和情境三個(gè)部分構(gòu)成（如圖1）。

評(píng)價(jià)領(lǐng)域包括“技術(shù)和社會(huì)”“設(shè)計(jì)和系統(tǒng)”“信息和通信技術(shù)”。“技術(shù)和社會(huì)”領(lǐng)域主要關(guān)注技術(shù)對(duì)社會(huì)和環(huán)境的影響及其相關(guān)的道德問(wèn)題 ;“設(shè)計(jì)和系統(tǒng)”領(lǐng)域主要關(guān)注技術(shù)的本質(zhì)、開(kāi)發(fā)技術(shù)的過(guò)程、日常技術(shù)的基本原理;“信息和通信技術(shù)”領(lǐng)域包括各類(lèi)軟件以及評(píng)估、創(chuàng)造、交流信息所使用的系統(tǒng)，以促進(jìn)創(chuàng)造性表達(dá)。

實(shí)踐包括“理解技術(shù)原理”“生成解決方案并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)”“溝通和合作”?！袄斫饧夹g(shù)原理”主要關(guān)注學(xué)生對(duì)技術(shù)知識(shí)的應(yīng)用能力;“生成解決方案并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)”關(guān)注學(xué)生能系統(tǒng)地運(yùn)用技術(shù)知識(shí)、工具和技巧解決問(wèn)題，并達(dá)到情境要求的目標(biāo);“溝通和合作”則主要關(guān)注學(xué)生能在多大程度上獨(dú)立工作或與同事和專(zhuān)家合作，并為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)而使用技術(shù)開(kāi)展多種方式的溝通。

技術(shù)與工程素養(yǎng)的評(píng)價(jià)領(lǐng)域中始終貫穿著實(shí)踐，學(xué)生需要通過(guò)實(shí)踐處理評(píng)價(jià)領(lǐng)域中的相關(guān)問(wèn)題。表1呈現(xiàn)了每個(gè)技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)領(lǐng)域中學(xué)生需要具備的三種實(shí)踐能力。這些具體要求展示出該評(píng)價(jià)期望學(xué)生具備的全部有關(guān)技術(shù)與工程的知識(shí)和技能。以此為基礎(chǔ)，《框架》編寫(xiě)形成了技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)的任務(wù)類(lèi)型和每個(gè)任務(wù)中具體的測(cè)試問(wèn)題。

技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)是以情境為依托開(kāi)展的。情境包括“社會(huì)問(wèn)題”“設(shè)計(jì)目標(biāo)”“學(xué)校和社區(qū)問(wèn)題”^[7]。學(xué)生不僅需要理解技術(shù)，還需要識(shí)別生活中的技術(shù)，理解技術(shù)與工程以及它們帶來(lái)的社會(huì)影響之間的復(fù)雜關(guān)系，并且能夠運(yùn)用技術(shù)原理和工具來(lái)生成解決問(wèn)題的方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。因此，NAEP中的技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)是在和技術(shù)相關(guān)的社會(huì)問(wèn)題情境中、設(shè)計(jì)問(wèn)題的情境中、學(xué)校和社區(qū)問(wèn)題的情境中考查學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)。由于技術(shù)與工程素養(yǎng)三個(gè)評(píng)價(jià)領(lǐng)域中存在不同的問(wèn)題、目標(biāo)和情境，所以測(cè)試學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)的情境是存在區(qū)別的。

二、技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)的實(shí)施

技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)是完全依托計(jì)算機(jī)來(lái)完成的，測(cè)試時(shí)間共60分鐘^[8]。測(cè)試題目的設(shè)計(jì)使得學(xué)生能通過(guò)完成每道題目而獲得一定的進(jìn)步，即便學(xué)生只能理解題目的部分含義或給出錯(cuò)誤的答案，他們?nèi)匀豢梢岳^續(xù)回答后續(xù)的相關(guān)問(wèn)題^[9]。測(cè)試題目分場(chǎng)景題和獨(dú)立題兩種題型。場(chǎng)景題通過(guò)場(chǎng)景中的多項(xiàng)任務(wù)來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的技術(shù)和工程素養(yǎng)，這有助于保證評(píng)價(jià)的信度。獨(dú)立題中的情境不同于場(chǎng)景題，能減少學(xué)生對(duì)同一場(chǎng)景的依賴，有助于保證評(píng)價(jià)的效度。

場(chǎng)景題是基于多媒體場(chǎng)景化任務(wù)（multimedia scenario-based tasks，簡(jiǎn)稱MSBT）來(lái)設(shè)計(jì)的，旨在評(píng)估學(xué)生在解決模擬真實(shí)的技術(shù)與工程問(wèn)題時(shí)的素養(yǎng)與能力表現(xiàn)。MSBT的優(yōu)勢(shì)不僅在于它比典型的紙筆測(cè)試更能激發(fā)學(xué)生的興趣，還在于它能夠在虛擬情境中呈現(xiàn)出學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)的細(xì)節(jié)，讓學(xué)生仿佛置身于真實(shí)的情境中解決問(wèn)題。這樣設(shè)計(jì)的場(chǎng)景題，能夠考查出學(xué)生在一到三個(gè)技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)領(lǐng)域和實(shí)踐中的水平。例如，信息和通信技術(shù)評(píng)價(jià)領(lǐng)域針對(duì)13歲學(xué)生的一道場(chǎng)景題是這樣設(shè)計(jì)的：先以動(dòng)畫(huà)的形式為學(xué)生呈現(xiàn)問(wèn)題情境——人們想要在加拿大一座被野兔占領(lǐng)的公園重新引入猞猁，以控制野兔的數(shù)量;緊接著，向?qū)W生呈現(xiàn)公園管理員估算的過(guò)去四年野兔數(shù)量的變化情況。學(xué)生的任務(wù)是選擇一種工具，可以是文字處理器，也可以是表格等，根據(jù)已有數(shù)據(jù)推算出引入猞猁后野兔數(shù)量的變化趨勢(shì)^[10]?？梢钥闯觯谀M真實(shí)的情境中，學(xué)生為了解決技術(shù)和工程問(wèn)題，必須依靠情境中的多個(gè)渠道來(lái)獲取信息，并將信息整合，這與現(xiàn)實(shí)世界中解決技術(shù)和工程問(wèn)題的方式相近。此外，基于情境的任務(wù)使得教師無(wú)法專(zhuān)門(mén)針對(duì)考試開(kāi)展教學(xué)和練習(xí)，因此它也成為保證評(píng)價(jià)信度的有效手段之一^[11]。

三、技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)結(jié)果分析與啟示

在學(xué)生完成技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)后，評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)以成就等級(jí)（分為基本水平、熟練水平和高級(jí)水平）和量表分?jǐn)?shù)（范圍是0～300分）進(jìn)行報(bào)告。需要說(shuō)明的是，NAEP并不會(huì)公布個(gè)人和某所學(xué)校的成績(jī)，而是報(bào)告整個(gè)國(guó)家、各州或者某個(gè)群體（如少數(shù)族裔）學(xué)生的技術(shù)和工程素養(yǎng)水平，并且學(xué)生也不必完成所有的測(cè)試題目，而是隨機(jī)抽取題目參加測(cè)評(píng)。從成就等級(jí)來(lái)看，2018年處于或高于熟練水平的學(xué)生所占比例為46%，高于2014年的43%。其中，2018年達(dá)到高級(jí)水平的學(xué)生所占比例為5%，高于2014年的3%^[12]。從量表分?jǐn)?shù)來(lái)看，2018年參與測(cè)試學(xué)生的總體平均分是152分，比2014年高出2分，學(xué)生在所有的評(píng)價(jià)領(lǐng)域和實(shí)踐方面的平均分都比2014年高出2～3分^[13]。由此可見(jiàn)，在四年期間，美國(guó)八年級(jí)學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)水平穩(wěn)中有升。究其原因，主要有以下四個(gè)方面。

（一）持續(xù)的政策支持保證了學(xué)生在校內(nèi)有更多的課程學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)

近些年，美國(guó)連續(xù)出臺(tái)STEM教育相關(guān)政策文件。在2014年開(kāi)始技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)之后，美國(guó)頒布并實(shí)施了《2015 STEM教育法案》，推動(dòng)了STEM教育發(fā)展的法制化進(jìn)程。2016年，美國(guó)發(fā)布《STEM2026： STEM教育創(chuàng)新愿景》，為STEM教育的未來(lái)發(fā)展指明了方向。2017年，美國(guó)總統(tǒng)宣布每年投資至少2億美元用于STEM教育。在持續(xù)的政策支持下，美國(guó)政府投入了大量專(zhuān)項(xiàng)資金，用于STEM教育的課程開(kāi)發(fā)、實(shí)施和教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展。大量學(xué)校因此開(kāi)設(shè)了技術(shù)與工程的相關(guān)課程，為更多學(xué)生提供了學(xué)習(xí)此類(lèi)課程的機(jī)會(huì)。

測(cè)試的附加問(wèn)卷調(diào)查也反映出，政府持續(xù)的政策支持可以保證學(xué)生在校內(nèi)有更多機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)和提升技術(shù)與工程素養(yǎng)。例如，2018年有57%的學(xué)生至少參加過(guò)一門(mén)技術(shù)與工程相關(guān)課程，顯著高于2014年的52%。以具體主題為例，至少修過(guò)一門(mén)機(jī)器人或計(jì)算機(jī)編程課程的學(xué)生比未修者高出8分^[14]。以不同學(xué)生群體為例，亞裔和白人學(xué)生參加相關(guān)課程的比例最高，相應(yīng)地他們的測(cè)試平均分也是最高的^[15]。

（二）更多的校外實(shí)踐有助于提升學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)

兩輪評(píng)價(jià)的附加問(wèn)卷都涉及“是否在校外學(xué)習(xí)技術(shù)和工程相關(guān)主題及學(xué)習(xí)頻率”的問(wèn)題。以2018年的評(píng)價(jià)為例，在“技術(shù)和社會(huì)”領(lǐng)域中，當(dāng)學(xué)生被問(wèn)及對(duì)“人類(lèi)行為對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響”的關(guān)注頻率時(shí)，選擇“經(jīng)常關(guān)注”的學(xué)生平均分比選擇“從未關(guān)注”的學(xué)生高7分;在設(shè)計(jì)和系統(tǒng)領(lǐng)域，在學(xué)生被問(wèn)到是否曾經(jīng)為了修復(fù)某個(gè)器物或觀察它的工作方式而對(duì)其進(jìn)行拆卸時(shí)，選擇“拆卸5次以上”的學(xué)生平均分比那些沒(méi)有這些經(jīng)歷的學(xué)生高11分^[16]?？梢?jiàn)，學(xué)生在校外學(xué)習(xí)與實(shí)踐的頻率與其得分呈正相關(guān)關(guān)系，在校外進(jìn)行技術(shù)與工程學(xué)習(xí)或?qū)嵺`的機(jī)會(huì)越多，其素養(yǎng)就越高。

此外，2018年的附加問(wèn)卷結(jié)果顯示，隨著在校外學(xué)習(xí)與實(shí)踐的學(xué)生人數(shù)增加，學(xué)生的量表平均分也會(huì)相應(yīng)提高。例如，2014年在校外每周拆卸并組裝技術(shù)裝置3～5次的學(xué)生比例為19%，該組學(xué)生的量表平均分為150分，而2018年這類(lèi)學(xué)生的比例為22%，他們的量表平均分為151分^[17]。因此，在為學(xué)生增加參加校內(nèi)技術(shù)與工程課程機(jī)會(huì)的同時(shí)，還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生多參與校外技術(shù)與工程相關(guān)的實(shí)踐和學(xué)習(xí)。一方面，可以讓學(xué)生多觀察日常生活中小型器物的工作原理，如鬧鐘、八音盒等，對(duì)廢舊器物進(jìn)行拆卸與組裝 ;另一方面，鼓勵(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源自主學(xué)習(xí)技術(shù)與工程方面的知識(shí)和技能。從社會(huì)角度來(lái)講，應(yīng)廣泛動(dòng)員全社會(huì)的力量，如社區(qū)、企業(yè)、高校等，為學(xué)生盡可能多地提供校外學(xué)習(xí)技術(shù)與工程知識(shí)以及開(kāi)展探究實(shí)踐的機(jī)會(huì)。同時(shí)，積極宣傳技術(shù)與工程素養(yǎng)對(duì)于學(xué)生適應(yīng)未來(lái)社會(huì)生活的重要性，以凝聚全社會(huì)的共識(shí)，為學(xué)生在校外學(xué)習(xí)技術(shù)與工程知識(shí)和開(kāi)展探究實(shí)踐營(yíng)造良好的輿論氛圍。

（三）語(yǔ)言掌握水平與交流合作能力影響學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)

兩輪技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)結(jié)果均表明，已掌握英語(yǔ)知識(shí)和技能的學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)高于尚處于英語(yǔ)學(xué)習(xí)之中的學(xué)生。如2018年前者的平均分（155分）顯著高于后者（106分）^[18]。可見(jiàn)，語(yǔ)言掌握水平直接影響學(xué)生對(duì)技術(shù)與工程相關(guān)原理的理解和表達(dá)，并影響學(xué)生與他人的交流合作能力，進(jìn)而影響其技術(shù)與工程素養(yǎng)。

2014年，女生“溝通和合作”實(shí)踐的平均分（153分）比男生（147分）高6分。2018年，女生“溝通和合作”實(shí)踐的平均分（157分）比男生（149分）高8分，而在“設(shè)計(jì)和系統(tǒng)”領(lǐng)域的得分并沒(méi)有性別差異^[19]?？梢?jiàn)，男女生的交流合作能力均有所提升，但是女生的提升程度大于男生，而這正是女生的技術(shù)與工程素養(yǎng)高于男生的重要影響因素之一。也就是說(shuō)，基于語(yǔ)言的交流合作能力會(huì)影響學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)，應(yīng)注重提升學(xué)生的語(yǔ)言掌握水平和交流合作能力。

（四）女生獲得了更多的技術(shù)與工程學(xué)習(xí)和實(shí)踐機(jī)會(huì)

國(guó)際學(xué)生技術(shù)態(tài)度和觀念項(xiàng)目調(diào)查發(fā)現(xiàn)：在絕大多數(shù)國(guó)家中，與女生相比，男生更多地對(duì)技術(shù)持積極態(tài)度^[20]。但值得關(guān)注的是，兩輪技術(shù)與工程素養(yǎng)評(píng)價(jià)中，女生的平均分均高于男生，2018年高出5分，2014年高出2分，且女生在2018年的進(jìn)步比男生更顯著。美國(guó)教育統(tǒng)計(jì)中心的佩吉·卡爾（Peggy Carr）認(rèn)為，得到這樣的結(jié)果是因?yàn)?，人們更加關(guān)注女生的技術(shù)與工程素養(yǎng)提升，并讓更多女生進(jìn)入科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)職業(yè)。因此，全社會(huì)有必要重視為女生提供更多的技術(shù)與工程學(xué)習(xí)和實(shí)踐機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)她們更多地選修技術(shù)與工程課程，促進(jìn)男女機(jī)會(huì)均等。

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（作者蘇洵系首都師范大學(xué)教育學(xué)院科學(xué)與技術(shù)教育研究中心博士研究生;丁邦平系首都師范大學(xué)教育學(xué)院科學(xué)與技術(shù)教育研究中心主任，教授、博士生導(dǎo)師）