时间：2023-09-20 15:23:22
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇科学和技术的概念，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
关键词：和谐 融洽 民主 快乐 激发热情
学习兴趣是学生学习主动性的体现，也是学生学习活动的动力源泉。新课程标准倡导教师要改变传统滞后的教学模式，以学生为本，让学生在实践中自主探究、合作学习，激发学生的学习兴趣，让学生充分发挥自己的主体作用，从而发展学生的综合能力。那么在小学数学课堂教学中，如何激发学生的学习兴趣、提高课堂效率呢？下面结合自己的教学实践谈谈我在这方面的做法与体会。
一、建立融洽、和谐的师生关系
教师是教学活动的组织者、指导者和参与者。在教学过程中，教和学是一对矛盾，作为矛盾双方的代表教师和学生如何和谐融洽关系，对完成教学目标至关重要。如果学生对某个教师有好感，他们便会对这位教师的课感兴趣并分外重视，肯下功夫、花大力学这门课程，这种现象就是我们常说的“亲其师，信其道”；反之，如果他们不喜欢某位老师，由于逆反心理，他们也就不愿学或不学这位老师的课了。所以，我注重深入学生，和学生打成一片，了解他们的兴趣、爱好、喜怒哀乐情绪的变化，时时处处关心、爱护、尊重他们，让自己在学生心目中不仅是一位可敬的师长，更是他们可亲可近的亲密朋友。只有这样，师生才能关系和谐、感情融洽。例如：在倾听完学生的不同意见后，说“我真荣幸，我和某某的意见相同”，话虽然简单，但足以说明教师已经把自己视为学生中的一员，由此建立起来的师生关系更加融洽。
二、改进教学方法，激发学生的学习兴趣
作为一名小学数学教师，课堂上必须注重教学的艺术性和科学性，善于利用不同的教学方法，创设各种教学情境，活跃数学教学课堂。这样才能激发学生的兴趣和求知欲，引起学生的共鸣，集中学生的注意力，使学生愿意听下去，并启发学生的思维，培养解决问题的能力。课堂上教师可以通过教具、学具以及多媒体等电教手段，开展数学游戏或竞赛，让学生走出课堂，联系学校、家庭和社会进行学习；低年级还可以结合教学内容编插童话故事等来营造生动活泼的学习气氛，可以说一个幽默笑话、一则故事，或让学生进行课前两分钟总结，自由发言，从而活跃课堂气氛，激发学生的学习兴趣，完成教学前的预热活动。在课堂教学中，不能只搬课本的例题讲一遍和做一两题练习就算是教学了，要善于利用教学用具、直观教具如图片模型等来进行教学。教具和教师的讲解结合在一起，这样才能给学生比较深刻的印象。
三、激发动机，培养兴趣
在教学过程中，要重视学生的好奇心，结合教材适时地向学生介绍些古今中外著名的专家、学者，介绍他们多思多问、自问自答、刻苦努力、创造发明的事例，培养学生的学习兴趣，激发他们的求知欲。一个没有求知欲、学习不主动、懒于思考、不会问的学生，也就无创新可言。提问能力的提高可以促使学生敢于质疑、敢于提问、敢于挑战权威，积极主动去探索知识的奥妙，成为自觉的学习者。数学的定义和概念是怎么得来的？定理和公式是怎么得来的？条件和结论分别是什么？作用是什么？可能有哪些变化？如何应用？……要让学生产生一种悬念，提供展示自我的机会，让学生体验成功，使学生感到学数学并不难，从而引发学生对学习数学的兴趣，进而在求知欲的驱动下，养成想问题、提问题和延伸问题的良好习惯。教师要引导学生换个角度思考，还能深层次提出哪些问题？让学生带着问题学习，凡事多问个“为什么”。通过师生双边民主和谐的活动，要让课堂焕发出创新的生机和活力，让问题进课堂，切实变革发展学生智能的行为方式。
四、动手操作，激发学生的学习兴趣
关键词：小学数学；概念教学；问题困惑；策略思考
在小学数学教学中，概念教学不仅是重点内容之一，还是教学中最大的一个难点。小学学生处于初期发展阶段，语言表达能力和抽象思维能力都较差，难以理解抽象的数学概念。所以如何有效地进行小学数学概念的教学就成为小学数学教学研究不变的主题。那么，在现实的课堂上如何将枯燥的数学概念知识变的生动化、情境化，让学生学的轻松，学的愉悦，让课堂充满生机与活力呢？下面谈谈我在教学中的几点尝试与体验。
一、在生活情境中感悟数学概念
《数学课程标准》指出：在数学教学中一定要结合学生的实际生活，在现有的知识的生活基础上设置生动形象的学习环境，目的是激发学生的学习兴趣。让学生把全部精力投入到学习中去，让他们认识到数学知识在实际生活中具有一定的意义，且数学知识是非常有趣的。
小学生在理解新鲜事物的时候大都是通过形象思维的方式去理解，尤其是低年级的学生。教师在对低年级的学生进行教学的时候，因为学生缺乏生活阅历与基础知识，所以大都选用具体的形象事物来让学生认识并掌握所学到的知识。在所有的科目中，逻辑性最强的就是数学，尽管数学概念是最基础的知识，但对小学生来说较难理解。建议教师在对学生讲解数学概念的时候借用一些实物或联系学生生活中的实例，这样不仅可以更形象的展示出数学概念，还可以让学生对数学产生浓厚的兴趣，有利于提高教学质量。如在讲解平均数时，教师可以准备4块完全一样的木块，然后分成两堆，分别是1块和3块，然后提问学生：两堆木块中小木块数量是否一样多？哪堆多？哪堆少？待学生回答完毕，教师在将木块分为两两一堆，然后告诉学生“2”是刚才两堆小木块的平均数，学生在思考这一结论的时候教师可再次进行演示，让学生仔细观察，深入思考。教师借助木块演示的方法让学生认识并掌握平均数的概念，同时还可以通过比较大小的方式让学生们认识到原来的“1”“3”可以和平均数“2”比较大小。所以教师可以选用这一方法把“平均数”的概念很直观的讲解给学生，且学生通过观察这一演示可以得到更好的理解平均数的概念。
二、在动手操作中领悟数学概念
数学教材中概念的定义、符号和专业术语等都是权威机构规定的，教师在给学生讲解这些抽象概念时可以利用探索、发现然后验证这一方式。学生在理解数学概念的时候教学方式显得尤为重要，因此教师应选用学生便于理解的方式进行讲解，而不是机械式的概念教学。概念教学可以让学生体验到概念产生的过程，若教学方式合理，学生们会主动地去理解并构建数学知识体系。
小学生的心理发展和对事物的认知程度有限，所以小学数学教材中概念的定义不全面，但这些概念在数学教学环节的作用非常重要。教师若无法形象的给学生讲解数学概念，可以让学生自己选用折一折、摸一摸、移一移等方式自己理解数学概念。如讲解数学中“轴对称图形”的时候，可以让学生画一个正方形或长方形，然后沿线将图片剪下来，然后对折这些图形，让学生观察这些对折后的两个图形是否完全一致，引发学生的思考，从本质上展现出轴对称图形这一特征。
三、在巩固应用中强化数学概念
概念教学需遵循“从生活中来―抽象成数学模型―到生活中去”这一原则，以学生已有的阅历为基础，去学习并掌握抽象数学模型，再根据自己的理解将其应用到实际生活中，体验数学和人们生活的紧密关系。所以在数学教学中，不仅应重视给学生讲解概念知识，还应通过实践让学生更深刻的了解数学概念。加强学生对数学概念的理解能力，注重训练学生做数学题的技巧，进一步提升学生做题能力。所以每一节课都应给学生留一部分练习题。下面简单介绍一下怎样在新课程理念下设计数学练习。
首先营造“娱乐性”学习氛围，吸引学生注意力。这种做法应了那句俗语“兴趣是最好的老师”。这就对教师的教学水平提出要求，教师在布置练习题的时候应从学生感兴趣的事物着手，设置一些有趣的教学环节，引发学生的学习兴趣。在给学生机械式的灌输数学概念后，反复对知识进行温习，这难免会降低一些学生学习的积极性。教师可根据学生的年龄特点，组织“欢乐大比拼”等竞赛活动。练习题不变，但做题的氛围不同，心情不同，效果也不同。学生通过“娱乐性”活动做数学练习题，不仅可以引发学生的学习兴趣，还可以更深刻的巩固已学的知识。
其次，练习的方式与题型应多种多样。让学生可以更积极地去主动学习，掌握新知识，并将其灵活运用到实际生活中。在练习的时候应多选用动口、动手等多种感官，而不是一味儿的抄题、做题。题型也应具有多样性，如口算练习、选择练习、笔算练习、竞赛练习、选择练习等，让学生学会动手、动口、动脑。此外，还可以选用分组练习的方式。
四、结语
总而言之，新课程下的概念教学须遵循动手操作、体验生活、学习后建立数学概念这一教学原则。但应知道教无定法，所以应根据小学生的年龄特点，引发学生的学习兴趣，而不是死板的将抽象概念灌输给学生。在教学的过程中利用多种教学方式，营造一个学生乐于接受的学习氛围，让概念教学更加充实，让学习的课堂更加精彩，让学生的学习兴趣更加浓厚！
【关键词】新课改理念 高中物理教学 信息技术 整合
1 引言
高中物理新课程是以《普通高中物理课程标准（实验）》以及《基础教育课程改革纲要（试行）》为基础进行的教育整合，新的课程理念要求高中物理教学必须坚持以人为本的发展思想，培养全面发展，有健全人格和科学素养的新型人才。在新课程教育理念下，传统的填鸭式教学模式就显得有些格格不入，因此，探究一种新型的教学模式是新课程改革之下高中物理教学改革的必由之路，而信息技术的发展就为物理教学的改革提供了良好的契机，将物理教学与信息技术进行整合也成为高中物理教学的发展趋势之一。就现阶段来看，信息技术的发展已经较为成熟，很多学校也开展了信息技术教学试点工程，取得了良好的成效，高中物理教学的抽象性较高，理论知识繁多、联系性强，学生学习起来普遍有吃力感，采用单一的课堂教学模式很容易导致学生产生一种厌学情绪，将课堂教学与信息技术结合起来不仅可以提高课堂教学的效率，改善教学效果，也可以大幅提高学生学习的积极性。下面就根据高中物理教学的实际情况探讨新课程理念下高中物理教学与信息技术的整个方式，希望可以抛砖引玉，提高高中物理教学的课堂效果。
2 新课改理念下高中物理教学与信息技术的整合
2.1 高中物理教学与信息技术整合对教师和学生的要求
2.1.1 高中物理教学与信息技术整合对教师的要求
信息技术的运用对教师提出了新的要求，在课堂教学与信息技术的整合下，黑板被大屏幕取代，粉笔被电脑和鼠标取代，那么教师也必须对自身的角色进行重新的审视和定位，传统教学模式与信息技术的整合将传统的教师、学生组成的教育系统转变为现代化的由教师、学生以及计算机构成的新型教育系统，因此，教师必须要认识到这种新的发展趋势，重新定位自己在教学中的角色。在传统的教学模式下，教师是知识的传递人，也是教学的主导者，在信息技术的教学下，这就对教师主导者的地位提出挑战，面对信息更新迅速的时代，教师必须尊重学生的主体地位，增加与学生的沟通和互动，提高学生学习的主动性。
2.1.2高中物理教学与信息技术整合对学生的要求
在信息化的教学模式下，学生的角色与以往相比也有了较大的改变，在这种模式下，学生成为学习过程的主体，可以积极主动的进行学习，参加教学活动，为此，学生必须要掌握好信息技术应用能力，学会自主地通过网络、图书馆等各种渠道寻找和收集知识，同时，要学会使用办公软件来展示自己的学习成果、处理实验数据。除此之外，由于课堂中传授的知识十分的有限，虽然教师有着专业的教学功底，但是面对众多的学生，也难以一一的为其答疑解惑，为此，学生必须要养成自主学习的能力，通过网络教学等多种模式自主地探寻知识，提高自身的学习能力，自身物理学习水平的提升打好坚实的基础。
2.2新课改理念下高中物理教学与信息技术的整合要点
2.2.1 设置教学情景
在信息化的教学模式下要设置好一定的教学情景，引导学生在这种情景中主动地发现问题、解决问题，让学生在学生与教师、学生与学生的讨论中，经过鉴别与比较，判断和分析，在脑中建立新的物理图景。此外，教师要在设计一些内容丰富、针对性强的PPT教学课件，营造一种轻松的学习氛围，引导学生主动地参与到教学过程中，将传统的“要我学”的局面改变为“我要学”的局面，让学生真正成为学习的主人。例如，在讲授《运动快慢之速度》内容时，教师可以在课堂上播放奥运会短跑的短片，在播放完成之后将画面进行慢放，让学生仔细地观察，在头脑中形成速度的概念。这种教学模式不仅可以很好地培养学生的创造性思维，也可以在很大程度上提高高中物理教学的课堂效果。
2.2.2 再现运动情景
物理教学与其他学科的教学特点不同，在物理教学中，有一些复杂的运动过程，单纯依靠教科书的学习和自我想象，学生往往难以在头脑中建立物理图景，这就在一定程度上降低了物理教学的教学效率。在信息技术的发展下，教师可以制作一些针对性强的物理课件，将运动过程在课堂上重现，帮助学生在头脑中建立正确的运行图景，这不仅可以集中学生的学习注意力，也可以提高学生的学习兴趣。高中物理课堂中动态的物理运动很多，如小球平抛运动、卫星圆周运动、机械振动过程、弹簧振子运动等等，这些物理运动本身是教学过程中的难点和重点，通过多媒体课件进行动画模拟就可以帮助学生感受到动态运动的实际效果，让物理学习由抽象变为具体，正确地认识物理规律和现象。
2.2.3 不能摒弃传统的教学方法
在高中物理教学与信息技术的整合过程中要注意，不能盲目追求课堂教学的信息化，要将传统教学模式与信息化进行融合，注重实验的重要性，合理地设置多媒体教学课件，将传统的教学方法与信息技术进行完美的融合，从根本上提高高中物理课堂教学效果。
3 结语
近些年来，高中物理新课程改革的理念逐渐地深入人心，新课程理念将教学的重点放置于学生综合科学素养的培育上，因此，对高中物理课堂教学与信息技术进行整合也是大势所趋。在整合的过程中，教师要转变传统的角色，引导学生积极主动的探索知识，但是，也要注意，信息技术并不能完全代替传统的教学模式，必须将传统的教学手段与信息技术综合渗透，才能从根本上提高课堂教学的效果。
【参考文献】
[1]王锋. 新课程理念下信息技术与高中物理教学整合探究[J]. 辽宁师范大学，2009，03（01）.
关键词：智能；智能科学与技术；语义分析；知识体系；课程体系
中图分类号：G642 文献标识码：A
1 引言
“智能科学与技术”专业教育意指将“智能科学与技术的知识体系”传授给本科生或研究生。构建智能科学与技术的知识体系通常有两种途径：(1)经验归纳法，从社会实践和科学研究已经获得的知识集合中选择出若干，认为这些知识应该归属于“智能科学与技术”，且将其结构化与系统化。(2)概念演绎法。追问“智能科学与技术”的确切含义为何，由此联想其涉及的主要方面，概念推演形成的轨迹即是知识体系。两种方法的结论应是一致的。就实际操作而言，前者的主要环节是“选择知识”和“搭建体系”，而“选择什么”和“搭建成何样”就与研究者的偏好相关，常出现观点相左的情形；后者的主要环节是“明确语义”和“语义延伸”，能被称为概念的东西总是成熟的，即已有大量的先前研究，对此人们的分歧较少，而从概念出发的语义延伸又是遵循演绎逻辑的，由此而得的知识体系就易被公认。
本文的研究采用概念演绎法，具体的讨论依层次递进展开，首先明确“智能科学与技术”的中文语义，其次讨论该语义涉及的关键概念之内涵，进而合成这些关键概念的具体内容，继之概括“智能科学与技术的知识体系”，最后设计“智能科学与技术专业教育的课程体系”。
2 “智能科学与技术”的语义
尽管有逻辑上的先后，“科学”与“技术”通常被认为是并列的两种人类文化活动。“智能科学与技术”就应被分为“智能科学”与“智能技术”。
智能是某种行为主体所具有的能力和所表现的行为。这种具有智能的行为主体目前(也许永远)只有两类：生物(其中主要是人类)和机器。若以人类代表生物，智能就有两种表现形态，人类智能(human intelligence)和人工智能(artificial intelligence)，后者是对前者的模仿与延展。
科学是为了获得所考察对象的知识体系，技术则是依据某种原理设计制造各种人工系统。由此，“人类智能科学”、“人工智能科学”、“人工智能技术”是无歧义的，而“人类智能技术”就不成立(确切地说，是间接地通过“人工智能技术”的方式表现出来)。
基于上述分析，“智能科学与技术”的语义由三部分构成，“关于人类智能的科学”、“关于人工智能的科学”和“应用人工智能的技术”。根据惯常的教育与研究分工，前者是心理科学领域的重点所在，后二者则是信息科学领域的前沿方向。目前国内所开办的“智能科学与技术”专业教育大多属于理工科本科，其侧重所在自然是“人工智能”。
支撑着“智能科学与技术”及其三部分构成的关键概念是“智能”、“科学”与“技术”，对其进行深入剖析有助于推演出“智能科学与技术的知识体系”。
3 关键概念的剖析
3.1 “智”对应于Intelligence
汉语中的“智”是“知”的后起字，而“知”是“出于口者疾如矢也”，意指认识的事物可以脱口而出。“知”添加了“曰”即为“智”，再清楚不过，“智，知而道出也”。智，就是人们日常口语中的“知道”。
英语中的Intelligence源于拉丁语的动词intellegere，意思是to understand。而intellegere是inter(interl与legere(to choose)的合成词，故它所表达的是“在推理基础上的理解”。
可见，汉语的“智”关注知识(识，知也。《说文》)及其共享；英文的Intelligence则强调知识及其可靠来源。有所差异并不妨碍将不同文化系统中的这两个概念对应起来。
3.2 “智”的派生词
尽管语义十分贴切，却不可将Intelligence直接汉译为“智”。在现代汉语中，单字形式的名词一般不用于表达抽象概念，因为单音节的高频率使用在言语交流中难以通畅顺口。通常都是采用双字形式的名词。“智”需要再添加一字。处理的办法无非两类，同义重复或附加意义。前者生成的是“智慧”，后者得到的是“智能”和“智力”。
智慧之“慧”，一方面与“智”同义(知或谓之慧。《方言》)，另一方面又与佛教名词“般若”(Praina)相连，在中国的文化传统中，佛是高深至上的，这样，智慧的真理性就毋庸置疑。作为汉语词汇的“智慧”固定下来之后，除了与英文的Intelligence相对应，还与英文的wisdom(wise“聪明的”+dom“性质或状态”)相一致。更重要的是，wisdom就是希腊语的sophy，由此构成了philosophia(英文philosophy)。“智慧”连接着中国的佛教(与中国哲学相通)和西方的哲学。智慧是哲学层面的。
“智能”和“智力”都是“智的能力”的简称。推敲其中的意味饶是有趣。作为物理学概念的“能”和“力”，二者是一种源流关系，因而在汉语的习惯中，“能”更本质，“力”则外显，暗含着有高下之分。这样，智能有“智能人”、“智能机器”、“智能科学”等，智力则是“智力游戏”、“智力玩具”、“智力商数”等。层次的感觉是明显的。智能和智力是科学层面的。
“智”的派生词最常用的有三个：智慧、智能和智力，它们均可英译为Intelligence，但在汉语中分别属于三个层次，即哲学领域、科学领域(较高层次)和科学领域(较低层次)。
3.3 关键概念的文化比较
将与“智”相关的中文概念和与Intelligence相关的英文概念进行对比，可看出中西方文化的相通与差异，有助于更深刻明晰地理解“智能”的语义。表1是基于英语概念的文化比较。从中可见，“智能”较高于“智力”在西方文化中表现为对现在分词的偏爱。
表2是基于汉语概念的文化比较。英语的Intelligence可以笼统地表示汉语的“智、智慧、智能、智力”。现限定“构建智能科学与技术的知识体系”是一项科学研究(即不考虑“智慧”)，再用“智能”作为“智能”和“智力”的统称，这样，“智能”就成为将要继续讨论的唯一概念。
3.4 智能之“能”
前已阐明，智能就是“智的能力”。这种能力究竟为何，学者们曾有过大量的讨论。其中一种通俗简洁的表述 被包含于后者之中。在人工智能中将二者分开，缘于它们的对象不同，前者针对的是自然界，后者则面向人类已有的知识积累。“推理”是生命体存在的基本前提。所以，关于人工智能的科学只有两个分支：机器感知／发现理论(派生于人的认识论)和机器推理理论(基于人脑推理理论的讨论)。
(4)应用人工智能的技术。第3.6节说明，技术就是应用手段、技能和方法设计与制造人工系统。图4模型所示意要设计与制造的人工系统只有专家系统和机器人。所以，应用人工智能的技术主要有两个：专家系统技术和机器人技术。
(5)基于现状的人工智能科学与人工智能技术的内容调整。前面将“机器感知”和“知识发现”归于科学范畴，其根据就是因为它们均是客观存在。然而，现在的“机器感知”还非常简单，对于诸如表情、语气等稍微复杂的客观现象就无能为力：“知识发现”也主要依赖于基于语法的关键词匹配，而对于如何有效地理解语义特别是语用还差得很远。鉴于如此现状，将“机器感知”和“知识发现”归于技术更合适一些。
(6)智能科学与技术的知识体系。集成上述的观点可得图5所示的知识体系。理论是概念、原理的体系(《辞海》)，本身就是知识体系。技术包括手段、技能和方法，也是知识或知识指导下的操作。所以，智能科学与技术的知识体系由两个理论和四种技术构成。
图5的表示是粗线条的。正是因为它没有将与“智能”有关的科学理论和技术方法全部罗列出来，才有了一个简洁的框架，以便在此基础上进一步细分和添加，最终形成一个系统的图景。
6 “智能科学与技术”专业教育的课程体系
“智能科学与技术”专业教育的使命就是将图5所示的知识体系教授给本科生或研究生。学校教育总是以课程方式进行的。智能科学与技术的知识体系必须转化为课程体系。基于图5所示模型、兼顾目前大学课程设置的现状、特别是参照国内学者的研究成果和国内率先开办智能科学与技术专业的大学的探索性经验，提出“智能科学与技术专业教育的课程体系”的一种方案，见表3。
如表3所示，“智能科学与技术”专业的课程设置对应于智能科学与技术知识体系的主要内容(见图5)，共六门主干课程：
(1)“脑与认知科学”。包括“脑科学”与“认知科学”。
(2)“机器学习”。推理是学习过程中所采用的主要方法，机器学习包含机器推理，在一般意义上可以认为二者同义。目前讲授机器学习的大学课程主要有：“机器学习”、“模式识别”(是实现机器学习的一种方法)、“计算智能”。后者包括“模糊计算”、“神经计算”、“进化计算”，讲授一些具有前沿性的理论与方法。
(3)“机器感知”。包括“机器视觉”模仿人类的视觉、“计算机语音技术”模仿人类的听觉、“自然语言理解”模仿人类对语言与文字的理解。
(4)“知识发现”。包括“信息检索”和“数据挖掘”，前者在数据库中进行关键字匹配、在万维网上进行关键字匹配、在语义网上进行语义匹配以获取所需要的信息，后者将信息组织到数据仓库中以便寻求信息之间的规律性关联即获得知识。
(5)“专家系统”。该课程所讲授的内容包括管理信息系统、专家系统、决策支持系统、多Agent系统。它们是人工智能为人类提供的实用型信息产品。
(6)“机器人”。利用机器来获得身心的解放与扩展是人类的梦想和永远的追求。拟人机器的设计与制造涉及诸多学科，在大学的专业教育中只能讲授一些基础概念。
可以将整个“智能科学与技术的知识体系”看作是一个对知识进行“输入一加工一输出”的结构。由表3可见，与知识输入有关的是“机器感知技术”和“知识发现技术”；与知识加工有关的是“脑科学理论”和“机器推理理论”；与知识输出有关的是“专家系统技术”和“机器人技术”。在智能科学与技术学科中，分工专门研究知识输入、知识加工、知识输出，就构成了其三个主要的研究方向：知识处理、智能理论与方法、智能系统与应用(如表3所示)。
7 结论
(1)智能科学与技术是人类智能科学、人工智能科学和人工智能技术的总称。技术的标志是用于设计与制造人工系统，因而“人类智能技术”并不直接存在。
(2)“智能”是“智的能力”的统称。中文的“智”之本义是“知而道出”，与英文的Intelligence(本义“推理基础上的理解”)尽管侧重不同，仍被认为语义相等。现代汉语不习惯单字形式的概念，“智”便有了三个常用派生名词“智慧”、“智能”和“智力”。前者属于哲学概念：后二者属于科学对象，是“智的能力”的两种不同简称，亦有层次高下之分。在科学领域，“智能”通常涵盖“智能”和“智力”。
(3)智能科学是指，认知智能事实、归纳智能规律、总结智能理论。
(4)智能技术是指，设计与制造人工智能系统的手段、技能和方法。
(5)智能(intelligence)应该是“能智”。即能知、能日、能推理、能理解、能应用。
(6)智能是以知识为主线的三个环节的序贯过程。智能表现为知识在知识获取、知识推理、知识应用三类活动中的定向流动和逐级提升。
(7)智能首先遇到的问题是知识表示。人类智能的知识表示是在文化传承中自然实现的，而人工智能的知识表示则依赖于专门的人为规定。这样，智能的内容就有四个部分：知识表示、知识获取、知识推理、知识应用。
(8)智能最简明最本质的定义是：知识+推理。人类智能的特征是，知识用自然语言表示、推理在人脑中进行；人工智能的特征是，知识用机器语言表示、推理用机器实现。
(9)人类智能的内容主要有五个：感官感知、信息检索、人脑推理、实际问题解决方案、实际问题解决方案的执行。
(10)人工智能是对人类智能的模仿与延伸，其主要内容也相应有五个：机器感知、知识发现、机器推理、专家系统、机器人。
(11)智能科学与技术的知识体系由两个理论和四种技术构成。智能科学与技术的知识体系涉及关于人类智能的科学、关于人工智能的科学、应用人工智能的技术，具体有脑科学理论、机器推理理论、机器感知技术、知识发现技术、专家系统技术、机器人技术。
[关键词]技术素养：技术概念；技术发明概念；设计
[中图分类号]G40―057
[文献标识码]A
[论文编号]1009―8097(2009)13―0022―04
一 研究背景与目的
我们生活在一个科学技术无孔不入的时代。技术不仅应用到社会生产，而且形塑了社会生活的态式。因此任何一个人，即使不在职业中应用技术，也在生活中使用技术产品。具备基本的科学技术知识和使用技术的能力是生活在技术时代必备的公民素养。近年我国来对科学素养十分重视，已经进行了全民科学素养的多次调查。实施了许多切实有效的提高公民科学素养的措施。但是，由于科学与技术是有区别的，科学素养与技术素养的内涵也存在着不同，在现有的公民科学素养的培养计划中偏重科学，技术处于暖昧不明的地位，颇有用科学素质代替技术素质的倾向。尽管为了培养学生的技术素质，在基础教育的新课改中，部分省市的中学开设了《通用技术》的课程，但仍然存在着认知上的不统一和执行上的不适应。另外，为了培养适应社会发展所需要的技术人才，哪一种能力应当加以强调?在基础教育和高等教育中各应侧重什么?都有还需要进一步明确。
技术素养定义和构成十分复杂，本文仪从与技术素养密切相关的要素：“对技术概念的理解”入手进行调查，鉴于正规教育是提高公民技术素养的最强有力的渠道，所以本次调查对象仅限初中生、高中生、大学生，还没有扩展到普通民众。主要目的是比较不同层次的学生对上述问题认知状况，从中讨论技术素养培养的得失。
二 研究方法
1 问卷设计
(1)对技术理解的问卷设计
本文把对技术的理解的考察因素分为如下六个方面：技术与科学的关系、技术与知识的关系、技术与技能方法的关系、技能与设计的关系、技能与物的关系和公众接触实用技术的情况。考察内容见表1。
(2)问卷运用映射法的说明
由于问卷调查的对象中有初中学生，考虑到对初中学生来说，问卷中关于技术和技术发明的概念理解比较抽象，故采用心理学的映射方法。以一故事或事例为引导，帮助他们理解问卷的题目含义。如对技术的理解，采用一家人对话的形式，分别涉及儿子在生活中接触的现代技术的知识(MP3说明书)、父亲在工厂中接触的现代生产技术、爷爷的传统生产技能和妈妈的生活技能，使他们可以从具体的方面去回答对抽象概念的理解。又如引用科技史中科学发现和技术发明的实例，让初中学生在回答有关技术发明的理解题目时有更多的感性依据。
2 研究对象和统计方法
(1)调查时间和对象
调查时间为2007年9月～10月，分别在三所中学一所大学进行。
本次调查选取本地学生500名，分发问卷500份，收回473份，有效466份，回收率为93.6％。被调查者中男生250人，女生216人，学生的学段及学校构成如表2。
(2)统计方法
问卷一和问卷二，每一题按照“非常不符合”、“不太符合”、“比较符合”、“非常符合”的四级度量，对应赋值为1、2、3、4进行统计。从调查获得的数据主要不是表示接受测试的对象的对相关概念理解情况的高低，主要说明不同群体的掌握程度的差异。
三 研究结果与讨论
1 研究结果
(1)学生对技术概念理解的共性特征
从表3中可以看出，466名学生的共同倾向是，对一些技术的理性认识较薄弱，如“技术与知识的关系”、“技术与技术物的关系”等等。但对于“技术与设计”、“技术的使用的接触”，以及“技术与技能、方法的关系”认识较好。
(2)初中生与高中生的总体比较
问卷一，初中生对技术与设计的理解更趋于感性的方面，高中生的认识深度明显提升，只有在“技术与技能、方法的关系”上差异不显著，其余项差异均显著，高中生的认知高于初中生。(见表4)
(3)大学生与中学生的总体比较统计结果显示，所调查的项目并未显示出大学生的进步。在“技术与设计的关系”，以及“技术是一种技能方法”两个项目上，中学生得分高于大学生，达到显著水平。(见表5)
2 讨论
(1)初中生对技术概念的理解比较模糊
美国学者瑞特等人(Raat and de Vries，1985)曾在“学生技术态度倾向”(Pupils’Attitudes Toward Technology，简称PATT)项目中着重研究了学生对技术的态度和技术概念的理解，发现13岁左右的孩子对技术概念的理解是模糊的。贝默等人使用(Bame etal，1993)。PATT问卷调查美国的几个州的学生，得出了与瑞特相同的结论，同时发现如果孩子家长有一个从事技术工业对孩子的技术态度影响是正面的。本研究的结论与国外学者十分类似。统计结果显示，高中生比初中生各项有显著提高，大学生与高中对技术的理解没有显示出显著差异，只是在科学与技术的关系方面，大学生的认识水平高于中学生。说明中学是一个发展的关键时期，学生在高中阶段已经完成对技术的通常理解水平。到了大学阶段，只是在专业技术方面得到提高。对技术发明和技术创新的认知，初中是一个认知变化更多的关键期。
(2)有关“技术物”的认知
有关“技术与物的关系”共有三道题。具体统计中发现，初中生的认知水平明显低于高于中生。对第5题“技术就是指具体的技术产品，如计算机、扫描仪、mp3。”初中生的认知与高中生的差异不显著。看来由于经常接触现代技术产品，很容易形成一定的认知。对于第4题“技术是指劳动中的生产工具和设备，如铁锹和机床”高中生得分高于初中生，达到统计差异水平。这可能是由于初中生的社会实践知识和阅历都较高中生少，不了解生产中的工具和设备，因此认知不足。对于第11题“技术就是工程”。高中生与初中生得分有显著差异。第11题的设计出于这样的思考，由于我国著名工程哲学专家李伯聪先生认为工程就是“造物”，所以，把技术看成是工程，也即与物相联系。但“技术就是工程”的说法，也存着将技术与工程联系起来，却没有将技术与工程加以区别。
许多技术史和技术社会学的研究往往是通过人工制品来揭示技术发展的某些问题，乔治巴萨拉坚持认为：“技术和技术发展的中心要素不是科学知识，也不是技术发展的群体或技术经济因素，而是人造物本身。创造性技术活动的最终产品一般都要给人造物世界添加点东西――一个石锤、一只钟或一台电动机等。”虽然我们并不把技术归结为工具或人工制品，“然而人工制品仍旧是技术的动态表达的焦点，并提供了一个现成的、可见的发展索引。”人工制品作为技术的结果和重要维度之一，对其进化过程的把握是技术进化研究的必要途径之一。但是终究认为技术的本质并不是“物”的属性能够涵盖代替的，技术的本质不是“物”。从调查结果看来，初中学生并不能够明晰地分辨出技术产品与技术本质的不同。
(3)有关技术概念理解的性别差异
关键词：机电系统 概念设计 应用特点
中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0041-01
机械电子学自从20世纪70年代诞生至今，历经了差不多40个年头，在科学水平的不断发展的同时，人们对于机电产品的需求也随之逐渐增加。在需要企业具有快速创新研发新产品能力的时代大环境下，概念设计技术的应用越来越普遍，不但在汽车等高档奢侈品上得以应用，在机电系统上的概念设计也越来越受到大家的青睐。因此，不仅要清醒地认识到机电系统概念设计技术研究的背景，还要深刻理解机电系统和概念设计技术的具体内容，同时，对机电系统概念设计技术的应用特点进行一定的探析。
1 机电系统概念设计技术与应用的研究背景
就机电系统概念设计技术与应用的研究背景而言，包括技术支持和机电产品需求两个方面。具体来说，一方面，鉴于机械电子技术、传感技术，以及计算机信息技术的持续发展，为机电系统的探索和应用提供了技术方面的大力支持。另外，人们对机电产品的需求和种类日益增多，然而，整个社会对机电产品的实际需求的变化速度无法与其产品的设计速度相适应。因此，机电系统的设计是机电产品的研发进程中的重要环节之一，而机电系统的概念设计更加是极具创造性的重要阶段之一。另一方面，由于当今世界，科学技术日新月异，新产品更新换代的速度明显加快，现代市场的产品竞争日趋激烈，对于机电系统的设计的要求将更加严格，对于机电系统的设计师而言，除了以往常用的适应性设计及变形设计，机电系统的创新性设计的任务已经迫在眉睫。面对严峻的挑战，应当明白机电系统产品创新的关键所在，清晰地认识到机电系统概念设计技术的重要性。
2 机电系统以及概念设计的内涵
2.1 机电系统的内涵
机电系统，也是机电一体化系统，它一般是指几厘米以下，甚至更加小尺寸的小型装置，主要由传感顺、执行器，以及微能源等组成，实际上是一个相对独立的智能系统，在电子和机械等各个领域有着非常广泛的应用。对于机电系统的具体内涵，其实有很多不同版本的理解，有的认为，机电系统是一种将机械设备、电子装置和各种软件等有机结合而组成的应用系统；有的认为，机电系统是一种主要由计算机信息网络协调并控制的，以此来实现机械力、运动和能量流等多动力学任务，同时，将机械和机电的各个部件相联系的系统；有的认为，机电系统是一种将多种不同技术，比如，机械电工、电子光学等组合而成的系统。而在我国普遍将机电系统定义为是机电一体化技术（包括精密机械技术、伺服传动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术，以及系统总体技术）与机电一体化产品的合称。
2.2 概念设计的内涵
众所周知，产品设计是一项非常复杂的工作，就其具体的过程而言，虽然国际上有诸多论述，众说纷纭，但是无论是哪一种说法，得出的总结就是产品设计涉及到两个重要的设计阶段，也就是概念设计与详细设计。而概念设计的内涵主要包括这样几个方面：首先，功能创新；其次，功能分析和功能结构图设计；再者，工作原理解的搜索和确定；最后，功能载体方案构思和决策。因此，概念设计在产品设计的整个过程中占据着重要地位，发挥着不可替代的作用，如果概念设计做好了，产品设计的整体水平才能达到一定的高度。此外，机电系统的概念设计运用到多个学科范畴的知识，其体现了设计的高度艺术性、创新性，以及综合性。
3 机电系统概念设计技术的应用特点
3.1 创新性
我国一直致力于建设创新型国家，培养创新型高新技术人才，对于“创新”一词的高度重视是当今社会的必然要求，而对于机电系统概念设计技术而言，创新性更是机电系统概念设计技术的精髓和灵魂，如果要适应时展的要求，满足用户对机电产品的日益增长的要求，就要很好地体现机电系统概念设计技术的创新性特点，只有不断地对机电系统进行创新的概念设计，才能够打造出能够让机电产品的用户感到满意并且适用的新产品。因为机电系统本身就是一个相对比较繁杂的综合性系统，所以，机电系统概念设计技术上所体现出来的创新可以是不同层面的，比如，机电系统的结构的完善和更换等等。无论是哪个方面的创新，都直接对机电系统的整体的创新有很大的影响。因此，机电系统概念设计技术的创新性特点是不可忽视的。
3.2 多样性
除了创新性的特点以外，机电系统概念设计的另一个比较重要的特点就是它所体现出来的多样性。无论是机电系统概念设计的手段的多种多样，还是机电系统概念设计的设计方案的丰富多样，都在一定程度上反映了机电系统概念设计在市场需求、工作原理，以及产品形态等多个方面的多样化。不但布局不同会体现多样化，而且设计思路不同也会加强多样化的显现。
4 结语
总而言之，从长远的角度来看，机电系统的快速发展和更新换代都离不开概念设计技术的应用。就目前的情形而言，机电系统概念设计技术的使用早就已经在世界范畴内得到了大家的普遍认可和推崇，作为产品设计的重要环节，概念设计是整个产品设计的过程中最不可或缺的一个阶段。在某种程度来说，概念设计阶段在产品的生命周期里发挥着决定性的作用，产品特征多半通过概念设计阶段的内容来决定，同时，概念设计也是市场及企业间的角逐竞争的关键因素。上述内容通过对机电系统概念设计技术与应用的研究背景的分析，在深入理解相关概念的基础上，对其应用特点等进行探析对该领域的发展具有一定的参考价值。
参考文献
[1] 程志刚，李瑞琴，董亚峰，等.机电一体化产品概念设计理论现状与展望[J].中北大学学报，2006，27（1）：18-22.
[2] 霍志璞，黄克正，艾兴.机电系统概念设计自动化中的一体化理论探讨[J].机电一体化，2005（3）.
[3] 邹光明.机械产品概念设计建模及求解策略的研究[D].武汉：华中科技大学，2005.
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[5] 马峻.创新设计的协同与决策技术[M].北京：科学出版社，2008.
关键词：信息与计算科学；数学技术；信息技术
在对信息与计算科学专业人才的培养方面，经过近20年的坚持进取，我们已经在这个专业的培养目标和课程设置上有了良好发展。在信息技术中融入数学技术，这对科技的发展起到了重要的推动作用。而应时代要求，国家和高校应将对这方面人才的培养提上日程。
一、数学技术
数学技术被欧洲工业数学联合会定义解释为数学模型的技术以及能给出定性和定量回答的技术。之后人们使用数学计算技术替代了这一术语。古希腊科学家阿基米德对数学技术的应用是关于数学技术较早的记载。他通过应用数学方法和技术，提出了杠杆原理等，并在其他方面也作出了卓越贡献。
在现在的科学领域里，应用数学与纯粹数学理论研究之间的界限已经不那么明确，数学工程技术、工程数学、控制性理论、运筹学理论等的研究界限也越来越少。当今的数学科学正在致力于其技术的形成，并将自身与科学技术的融合放到了主要位置。
二、信息技术
1.信息的概念
从哲学层面来看，信息是事物的属性之一，是其运动的方式与所处的状态，它与物质的概念范畴是并列的。从信息论的层面来看，客观世界可以由信息直接或间接地表现出来。
从科学层面上来看，与消息的概念有所不同，信息是消息的内容，是其核心部分；信息也与信号概念不同，它是承载于信号上的内容；信息与数据也不属于同一个概念范畴，信息可以使用图像或文字来表达，而数据和图像、文字是并列概念，都是信息的一种记录形式。
2.信息技术
经历了几十年的时间，信息技术从开始发展到如今，其与数学理论的结合应用已经成为了科研和应用方面的主流。在滤波、解码、编码、信源等方面，都使用数学方法对其概念进行了定量度量和数学描述，由此促使信息技术走入精确定量时代，在此基础上形成了以研究信息的处理、分析、存储、传输、获取、产生等为研究方向的信息技术学科。
三、信息技术与数学技术的融合
1.信息与计算科学的本质
计算技术与信息技术相互补充、相互联系，融合成了信息与计算科学这门学科。计算科学包括对数值计算方法的分析和设计，以及对理论基础和实践应用的研究。而信息学科主要研究方向有信息利用、信息处理、信息传输和信息获取。在信息利用方面，主要技术是控制技术；在信息处理方面，主要技术有计算技术和信息表示方法等；在信息传输方面，信息安全技术和通信技术的应用较为广泛；在信息获取方面，主要技术包括数据采集技术、遥感技术等。信息科学与计算科学，两者相互促进、共同发展。
信息与计算科学在未来的发展方向上，将侧重于信息表示技术、信息安全技术和信息采集技术。目前较为完善的密码技术和遥感技术，都为信息处理技术提供了良好的发展基础。在未来对信息与计算科学的研究上，技术应用的对象或许不再只是流数据或报数据，而是灵感和思维，实现机器与人类思想的对接。所以，在对信息与计算科学的认识和探究上，人类需要不断拓宽思想、开阔思路、大胆想象、踏实研究。
随着科技的进步以及自动化技术、信息系统工程学、人工智能技术、计算机科学、电子学、信息论等相关科学的发展，信息与计算科学在不断进步，研究的领域也越来越广泛，包括人类、生物、机器的信息的控制、利用、处理、传输、变换和采集等，还包括对各种信息控制设备和信息机器的研制，在实现自动化和智能化的基础上，努力将人脑从繁重的工作中解放出来，不仅提升了人类的生存质量，而且也提升了人类认识和改造自然的能力。
2.信息与计算科学的前景
上世纪90年代，信息与计算科学被归属到数学专业中，旨在研究应用现代计算工具解决工程与科学问题的数学方法和理论。当今世界正处于信息化时代，在这个时代，对信息进行有意义的挖掘、提炼和分析是推动社会发展的强大动力。在对信息进行这一系列处理的过程中，需大量应用统计分析、计算数学等方法，亟需在信息处理、加工和传输方面具有专长的人才。
我国在全国大多数高校中都开设了信息与计算科学专业，从这方面能够有力反映出我国对这个专业人才培养的重视。在高校中设立该专业，有利于计算机技术的应用和发展，另一方面也有利于数学技术的发展。
信息革命不仅推动了信息时代的发展，还为信息与计算科学的研究与应用开创了光明前景，信息技术和数学技术已经对人类社会的发展产生了巨大的影响。信息与计算机科学是刚刚起步的新兴专业，正处于发展阶段，其对专业人才的需求应得到社会、政府及高校的重视。
参考文献：
[1]宋广华，刘慧.普通高校信息与计算科学专业课程设置探究[J].中国科教创新导刊，2010，8（1）：117-118.
正如上面这句引文所述，青少年要想成为当今世界的参与者，应当尽早了解包含科学、工程、技术和数学的STEM学科。因此小学教育中这些学科的高质量将会极为重要，应该逐渐培养起5～11岁青少年对这些学科的兴趣，对其基础知识和实践过程的理解，以及认识到它们与生活实践的联系。这些STEM的学习经历将给予他们在找寻机会及面对挑战时一个条理分明的智力与实践的框架。同时，该经历使得青少年们能够提升并很好地使用从那些学科中得到的经验与观点。
在这篇文章中，我们希望：
・阐明STEM教育的主要目的
・通过3个维度（实践、跨学科概念、学科核心概念）讨论这些学科的本质。
本文将聚焦在STEM中的科学（S）、技术（T）及工程（E）。当然，数学（M）的重要性不言而喻，无论将它作为单一学科还是STEM的组成部分，我们并不会刻意地去贬低数学的重要性。相反。我们坚信数学是青少年高质量教育的基础。数学在科学、技术及工程中的应用使得它们能够更好地结合在一起。数学知识与应用数学的能力更是在我们探究，以及解决关于科学、技术、工程问题的过程中起到了关键作用。
科学从本质上说是探究。科学探究是科学所有分支学科的核心特征，因为这是科学知识产生和被证实的途径。对于科学家们来说它是黄金标准，使得科学家们明白了他们是如何掌握科学知识的，以及可以证明科学家们所掌握知识的证据。因此，科学探究是为了建立知识和理论而产生的一种科学的策略。用《美国国家科学教育标准》（National ScienceEducation Standards，USA，1996）的话说，科学探究是“科学家学习自然世界、基于工作得到证据，提出解释及理论的众多途径”。
工程和技术聚焦在改变自然和人造世界，旨在解决问题或满足人类的需求。通过工程和技术设计创造解决问题的方案。科学探究是科学的基础，设计过程是工程和技术的基础。正如科学探究使科学领域蒸蒸日上，工程及技术中解决问题的方案也通过设计过程得以延伸和发展。
但是，在现实世界中，科学、工程、技术的主要方面并没有相互脱离。科学知识的产生表明了问题或许可以通过工程和技术得到解答。相似的是，工程和技术解决问题的过程同样影响着科学知识的发展，甚至有时产生了新的科学知识。就青少年而言，我们需要让他们理解这些学科之间的基本差异。同样重要的是还要帮助他们认知这些学科之间的紧密关系。
STEM学科的维度
我们使用美国《K-12科学教育框架》（AFramework for K-12 Science Education；Practices，Crosscutting Concepts，and CoreIdeas，2012）中所述的实践（Practices）、跨学科概念（Crosscutting Concepts）及学科核心概念（Core Ideas）比较这3个学科的内容。在每一个学科中，这些维度都紧密联系在一起，每一个维度的缺失都将影响整个学科。也就是说，为了让学习活动能够真实，3个维度的内容都必须清楚明白地体现在活动设计中。
实践――与成功的科学、工程，技术相关联的实践或能力
用“实践”一词代替“探究能力”，是因为在科学探究和解决问题中会同时用到知识和技能。而用“探究能力”一词会让人感觉这排除了解决问题。其实“实践”超越了“能力”，它包含着讨论、争论、评论和科学模型的建造等，它将有关专业人士是如何将实践应用到工作中的综合观点呈现在了眼前。
几十年来，科学教学经历了强调科学探究能力与学习科学事实之间的紧张期。过于强调对事实的认知会使得学生们认为科学与其他学科只不过是一些孤立的信息、做实验或解决问题的简单步骤而已。这将是对任何学科的极大误解。因此，关键是要让学生们实践那些专业人士在这些学科中所应用的，这样做是为了让他们能够明白学科核心概念和跨学科概念。
表1列举了STEM中的实践。需要强调的是在现实生活中这些实践不会呈现线性规律。例如，尽管基于证据的论证被单独列出，实际上论证却渗透在每一个实践中。在实际的科学问题上或是在一个能导致深入理解的现象中都会有论证的出现；在工程和技术中，对于要解决的问题需要论证，在解释、设计过程或得出解决方案时也会有论证的出现；在标准与限制下，讨论哪种解释最符合证据，或者哪种设计能得到最好的解决方案也是论证。总的来说，实践应聚焦于它所用的不同情境。
事实上，这张表中最突出的是科学、工程和技术的实践非常相似。我们都知道科学家们使用这些实践的目的与工程师、技术专家并不相同。但是，在科学、工程和技术中，在实践层面高度的共通性不仅有用，且说明了这些学科交叉的可能性。其实，在科学、工程、技术中差异还是存在的，如科学上的“提出问题”在工程和技术中被“定义问题”所代替；同样，科学中的“构建解释”在工程和技术中变成了“设计解决方法”。
・提出问题vs.定义问题
如果我们认为根据现象提出问题是一个科学活动的“发动机”，那么定义和澄清问题便是工程、技术和一些数学实例中很重要的因素。
好奇心，或者认识、理解，并用科学问题解释现象的欲望常常可以激发科学。对于科学的好奇心显示了科学问题的架构。比如说，学生会想知道“月亮离地球多远”或者“车从一个地方到另一个地方需要多久”，“什么导致了月食”，“如果每天都用浓盐水浇灌植物，它们会怎样”……所有这些都是科学问题并且都可以用科学的方法回答。
工程则集中在问题的阐明与定义上。通过对产品和过程的工程设计解决问题并满足社会的需求。工程师通过定义问题，得到在一定条件限制之内成功地解决方法的标准。同样地，技术最初的焦点也是在识别和定义问题，以此符合人们的需求和技术的专业性。
当然，上述讨论不应该与表中其他实践所产生的问题所混淆。比如在分析和解释数据的实践中会产生诸如“是否科学探究活动会回答最初的问题”，“是否是基于证据提出的解释”，当然也可能是由工程和技术设计的解决方案中不同方法的可行性问题。因此，对于所有的STEM学科，都会遇到与数据收集、解释数据相关的问题。还有些问题是关于信息的交流是否可以达到预期的精准和标准。其中有一些问题可以导致回答一个科学问题的多种方式，或是不同等级的问题解决方案。有时，这种问题会导致那些产生原始设计和科学问题的模型发生改变。根据这些问题的答案，有可能做出放弃之前提出的实验或设计方案的决定。
・建立解释vs.设计解决方法
对于科学，一个很重要的目的是在测试和证据支持下建立科学的解释，以帮助我们理解周围的世界。这样做，科学家们发展出建立在大量重要的知识、测试和数据之上的科学理论。他们用理论或是模型解释现象，预测现象，提升并修改他们之前的知识和对这些现象的理解。科学的解释在观察、数据和科学理论间建立有逻辑的连接。例如：一个有名的科学理论是“微生物理论”。在这个学说中，传染性疾病是由病人身上叫做细菌的微小生物导致的，不同的细菌会产生不同的疾病。如果细菌从一个生病的人传播到一个健康的人身上，它们就可以在这个健康的人的体内传播。人们可以通过消灭这些细菌或者减少它们导致疾病的活动得以康复。很多支持这一理论的证据从成千上万个病例中累积起来。因此某一个人的病症可以被判断为有传染性或是没有，并能被判断为是由某一种特定的细菌导致的，从而可以依据理论和数据的基础确定治疗方法。通过在证据基础上建立理论或者理论模型的过程，科学家们增长了对现象的认识和理解。
但是工程和技术的目的是为了创造一种设计并解决问题，从而满足人类的需求。就像科学中理论的建立一样，工程设计是一个具有系统性和生命力的思考过程。具体的活动包括在工程设计之中，然而即便工程师应用了科学知识，工程设计的过程却与科学探究完全不一样。在定义问题后，他们不得不去考虑必须达到的标准或设计的特点。例如在建桥过程中.他们需要考虑桥的组成部分、控制装置、预期的长度与高度、最大的承载量等。除此之外，他们必须考虑限制条件，如可获得的资源、完成的时间和环境条件。不论是“好”，或仅仅是“还可以”，他们需要在限制条件和解决方案的质量间作出基于权衡的重要决策。在所有的决策中，工程师们需要应用科学、技术和数学的知识。对于所有的目的而言，技术设计和工程设计是一样的。但是，我们意识到技术是由经验、磨炼与学习所导致的，而并非科学。在这些情况下，它比设计更强调工艺。
跨学科概念
有一些概念在所有的STEM学科中都会出现，甚至出现在其他的学科中，这就是跨学科概念。它们产生干阐明各学科核心概念的现象或者问题的过程中。它们有助于理解观察和在数学思维、问题解决方案中建立理论。跨学科概念不是存在于真空中，因此，这些跨学科概念不应该在孤立的调查或问题解决情境中学习，尤其是它们与学科核心概念的发展密切相关。
不论是科学家、工程师、技术专家，还是数学家，这些跨学科概念在看待世界上各种现象时可作为有力且全面的框架。因为它们超越了不同STEM学科之间的边际，它们也被称为统一的概念。我们将它们列在表2中，并提供简洁的说明。
学科核心概念
学科核心概念即是几个学科的核心主题。如物质科学中，有很多概念与物质特征、力、运动有关；在生命科学中有关的则有生物体的生长与发展、与环境的相互依存和适应等。与其相似的是，在地球与空间科学中，有一些概念例如地球、太阳系、天气和气候。工程与技术中的核心概念涉及定义问题并设定问题的边界、提出问题的解决方案，以及了解科学、工程、技术三者之间相互依靠的关系。
当然，与其在基础的科学、工程、技术中讨论学科核心概念，倒不如用4个标准说明什么是学科核心概念。这个思想来自于《K-12科学教育框架》，它告诉我们学科核心概念应该是：
・在横跨科学、工程、技术等多学科时具有广泛的重要性，或者是在单一学科中扮演重要的组织作用
通过这些核心概念，学生们学习了科学知识和对自然事件的解释，例如空气、水、矿物、生物、煤燃料、油燃料等，学习了关于可再生资源和不可再生资源的消耗。在工程设计中，明白了他们所用的自然和人造事物的性质，以及如何去使用它们。他们考虑了产品和生产产品过程中的环境影响。例如，建造桥和生产食物产品的方式对于资源的分配和获取的影响。
・提供理解或调研复杂观点和解决问题的核心工具
对例如材料、能量、燃料的自然资源的学习是学习更复杂知识的基础，如对于物质本质的理解（原子的运动与排列解释了不同材料的性质）；能量可以以电、化学、磁及力等形式存在；自然资源的获取影响着工程和技术的产品，人类住处与自然资源的分配和适宜的天气条件密切相关等。
・与学生们的兴趣和生活经验息息相关，或者是可以联系到需要用科学技术认知思考的社会和个人的观点
这是选择学科核心概念的重要一条，因为这些将与学生的生活息息相关。如学生学习生活中可接触到的事物的性质，以及可以改变事物性质的情况，学习能量的类型和能量的影响，并联系他们的人生经历；学习有生命的事物是靠什么生存并生长的；学习人类是怎么利用原材料制造产品和设施的，例如食物、玩具、桥、楼房、自行车。以及各种工程和技术的其他产品；他们还会学习自然资源的短缺是如何影响他们生活的，比如没有规律的雨水、矿物和粮食作物。
・在逐步提升知识深度和复杂度的多种等级中，要做到可教且可学
当孩子们进入小学时，他们了解不同的材料和它们各自的价值。而在小学的前期，他们的学习包括对事物和状态（固体、液体、气体）、天气和一些自然和人造事物的科学认识。在小学的后期，他们会学习由看不见的颗粒组成的物质（空气有重量但是看不见）。在更后期，他们会学习化学，如金属和塑料在不同情况下的用途，他还会根据测量性质识别不同的材料；在生命科学中，他们学习关于人类活动对于地球和生态系统，例如土地、空气、水质和生物多样性的影响。在教育的所有等级中，他们会学习开发自然资源是有益处的，但是这种做法会导致资源的短缺，这归根于不可再生资源的耗尽。
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