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第三章 技术的性质

  本章把技术作为一个过程、一种思考问题的方式以及一项在这个世界中与其他很多因素相互作用的实体来加以研究。这一章的进展图重点放在来自于设计和系统以及技术和社会之间相互作用的主题上。来自《科学素养的基准》相关章节的有关主题将在下一版《科学素养的导航图》中图示出来,以便帮助学生加强对技术性质的理解,这些主题包括技术对生态系统的影响、技术和科学的相互作用、工具和发明的一般知识等。

设计与系统 第32~35页

  有关设计与系统的基准主要集中在两个方面:一是设计技术方案来解决问题,二是把产品设计作为系统工程来考虑。“设计的约束条件”进展图与成本和收益间的权衡、设计过程中对自然因素和社会因素的考虑有关,而“设计系统”进展图提出了有关产品设计的系统观点,还引出了诸如反馈、控制和故障等概念。这两张图共用的基准相对来说很少,但它们在几个重要方面又相互联系。系统设计时所出现的问题(例如在实时控制时仍然需要加上人的判断)反映了设计所面临的约束条件。同时,考虑约束条件的目的之一是减少系统故障的可能性。

技术中的问题 第36~39页

  技术和社会通常可以作为彼此相互影响的两个系统来加以处理,更具体地说,则是社会抉择决定着技术的实现。上述这两个观点,在这一节的两张图中显示得不太清晰。社会通过对某些技术的促进、控制和缩减经费来影响技术。有关技术的抉择是很有意义的,因为技术对社会有着巨大的影响(对风险、副作用、成本和收益的估量也正是对这些影响的预测)。这两张图包括一条基准线,表示人们如何评估技术——这些评估是如何形成的,技术是如何产生的。

技术中的问题:

  设计的约束条件

  有两种相关的约束条件在设计中起作用:一是自然的约束条件,指的是由于原材料缺乏和物理原理产生的限制;二是社会的约束条件,包括人类的价值观、经济成本、安全性和其他因素。这两种约束条件的基准,随着对设计中的权衡与对选择的理解不断加深而逐步发展。

  与设计过程有关的权衡同使用技术决策的权衡(它出现在“使用技术的决定”进展图中)密切相关。在教学上,关于设计的权衡,可以与关于技术决策甚至社会抉择的权衡一起处理。设计过程的几个方面在这张图中并未明确地涉及,它们包括对过去设计的分析和修正、从失败中学习、标准化的重要性和各个部件的互换性以及建模和缩放中的问题等。上述几个方面以及其他问题将在下一版《科学素养的导航图》中图示出来。

  注 释
  “物质的约束”和“社会的约束”这两条线索,在六年级至八年级的基准上融合为一体,在这个基准中列出了各种不同种类的约束条件,但并不详尽。例如,心理的约束条件和生理的约束条件应该同等重要。这个基准还包括了这样的观点,即设计中遇到的挑战常常就是需要平衡不同的甚至是矛盾的约束条件。接着,在九年级至十二年级的基准中加上了对生产、维护和使用等方面的考虑。
  在低年级,“物质的约束”线索集中在材料及其性质上。随后,这条线索被扩展到科学和工程的原理上。鉴于科学观念的复杂性和在整合不同学科内容中的困难,《科学素养的基准》中在三年级至五年级的基准“在设计解决问题的工程方案时……”的内容,在这张图中被推迟安排到六年级至八年级的基准。
  这张图中的许多基准都包含了一个观念,即设计必须考虑约束条件。考虑约束条件包括在实际生产中设置一些限制,或者为了安全操作而向使用者提出更多有关使用条件的建议等。六年级至八年级基准的“系统失常往往是由于……”出现在这张图和“设计系统”进展图中,它提出了故障和设计系统之间的联系,并考虑了约束条件。

  《科学素养的基准》中没有可用的相关研究。

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设计与系统:

  设计系统

  考虑设计系统时,需要把对系统的整体理解与有关设计和技术的观念结合到一起。低年级阶段,本书为读者在理解系统的各个部分、它们之间的相互作用和系统故障的可能性方面打下了基础。中学阶段,有关设计系统中的反馈与控制的观念得到了发展。

  虽然这张图中的基准以非常通用的术语形式出现,但它们可以应用于或产生于对具体技术的研究中。另外,《科学素养的基准》第十一章“通用概念”中的基准,涉及建模以及由于规模变化而引起的系统性质变化,可以对这张图起到深化和补充的作用。


  注 释
  “故障”线索中的两个基准在“设计的约束条件”进展图中再次重复。故障的种类与约束条件的种类至少一样多。一项设计若是在一个产品中得到实现以前就失败了,原因可能是它耗资太大,或者违反了某些法律,或者仅仅是因为人们不喜欢它。
  六年级至八年级的基准比较多,这是由于“反馈与控制”线索从此开始。设计系统中的反馈建立在“相互作用的部分”这条线索的基准上,并扩展了反馈链的输入和输出概念。在九年级至十二年级,学生应该把对反馈的理解与关于控制的概念结合起来。
  “相互作用的部分”线索与“系统”进展图(第十一章)共用了很多基准。系统的复杂性在这张图中有所暗示(正如基准“一个系统的组成部分和连接部分越多,出错的可能性就越大”所表达的含义),但是有关内容将在“系统”进展图中更完整地涉及。

  《科学素养的基准》中没有可用的相关研究。

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技术中的问题:

  技术和社会的相互影响

 广泛的社会状况和社会力量影响着技术如何发展、何时发展以及是否得到发展和实现。反过来,技术实施也影响着社会状况。通过这张图所标注的线索来表示上述这两个相互补充的方面,也并非十分清晰。社会试图控制技术是由于技术具有深远的社会影响,而一些影响技术的社会条件正是从技术本身中成长起来的。

  这些基准与第七章“人类社会”中“对社会变革的影响”进展图中的基准之间的联系,可以用在不同的课程或教学方案中。另外,《面向全体美国人的科学》和《科学素养的基准》第十章“历史展望”中的“动力的利用”、“原子的分裂”、“发现细菌”等节为这张图提供了背景。当然,这张图中出现的基准与第八章“被改造了的世界”中的有关具体技术的基准也相关。

  有关具体技术和人类社会方面的主题将在下一版《科学素养的导航图》中图示出来,它们包括健康技术、材料和制造、政治和经济系统。

  注 释
  线索间的许多联系显示了它们之间的密切关系和相互依赖的关系。例如,三年级至五年级的基准“运输,通信,营养……”被安排在“评估技术”线索中,但是又与“技术影响社会”线索之间有着几条重要联系。
  三年级至五年级的基准“技术是人类文明中的特别部分”对后面的四个基准有帮助。这个基准非常粗略,学生们首先通过联系一些简单例子来学习它,然后再把他们对这个基准的理解扩展到其他许多相互影响及其相互作用上去。

  《科学素养的基准》中没有可用的相关研究。

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技术中的问题:

  使用技术的决定

  要理解有关使用技术的决策中所涉及的复杂且相互关联的因素,就需要学生建立和发展有关成本、收益、权衡、副作用以及人们如何评估技术等方面的概念。还有一个微妙之处是:有关成本、收益和权衡方面的判断,既受到风险认识的影响,又受到这几组相互冲突的因素中哪个被优先考虑的影响。

  这张图与《科学素养的基准》第八章“被改造了的世界”中具体技术的主题之间的联系,能够在教学中为这里提出的基准提供背景支持。人类的发明对生态系统的潜在影响显然是技术决策中需要着重考虑的因素,但在这张图中并未完全涉及。环境的影响将在下一版《科学素养的导航图》中图示出来,它沟通了生命科学中的许多主题(例如,生命的相互依赖、生态系统中的物质流和能量流等)。


  注 释
  在线索进展图中,具体例子之所以通常放在归纳概括之前,是考虑到具体例子会为学生理解归纳打下基础。而“权衡”线索中关于技术决策的三年级至五年级基准,大体上要比“成本和收益”线索中有关技术决策的具体例子的三年级至五年级基准更早出现,这主要是由于在考虑技术的使用时存在许多复杂因素,一般概括的例子更容易被接受。
  在“成本和收益”线索中,六年级至八年级的基准“新技术在增加风险的同时……”不是简单重复三年级至五年级的基准“技术常常在带来利益的同时……”。三年级至五年级的基准要求学生知道技术可以帮助一些人,同时也能伤害另外一些人,而六年级至八年级基准包含了更加微妙的观念:技术也许会增加一些风险,同时也会减少其他一些风险。
  对成本和收益的权衡与考虑,在“设计的约束条件”进展图中出现得不多(在产品设计期间),而在“社会的决策”进展图(第七章)中则出现得较多。这张图中的基准也和还未图示出来的关于人类社会的主题有联系,这些主题包括社会的权衡和社会的冲突等。


与基准相关的研究成果

  对导致技术系统失败的风险,学生们持有两种观点,可行性研究给出了某种解释。第一种观点认为,如果失败有导致巨大的破坏的可能性,则失败不可接受;但如果失败仅仅涉及某些个人,并且他们本人要承担这种失败,把它当作生活的一部分,别人就无需关注它。第二种观点认为,如果失败的
风险包含了对本人利益的伤害,那么,这仅是他们个人的问题。在此观点中,对别人的伤害完全被忽
略掉了(Fleming,1986a,1986b)。
  一些高中生认为,科学家和工程师在对涉及科学和技术的公共问题作出决策时,具有比普通大众更强的判断力。他们认为科学家和工程师知道所有的事实,并且不会受到个人动机和利益的影响(Fleming,1987; Aikenhead, 1987)。

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