James E. LaPorte（弗吉尼亚理工学院和州立大学副教授）弗吉尼亚州布莱克斯堡
Mark E. Sanders（弗吉尼亚理工学院和州立大学副教授）弗吉尼亚州布莱克斯堡
自前苏联发射人造卫星以来，教育改革的支持者们从未像20世纪80年代那样，对美国的科学、数学和技术教育的现状如此大声疾呼。在那段时间里，一份又一份的国家报告对美国科学和数学教育所面临的问题表示惋惜。虽然我们最聪明的学生与世界其他国家的学生持平，但美国的大多数儿童对科学和数学失去了兴趣，在科学和数学成绩方面落后于他们的世界同龄人（例如，参见埃克森教育基金会，1984年；国际教育成就评估协会，1987年和1988年；国家教育进步评估，1989年；国家科学委员会预科教育，1983年；国家科学基金会和美国教育部，1980年）。
人造卫星促成了科学和数学教育的改革。这一次，也开启了关于技术的讨论。美国公众、关于教育改革的国家报告以及教育界的不同派别都一致认为，除了需要提高科学和数学成绩之外，美国还需要技术素养。越来越多的“科学（science）”在印刷品中被称为“科技”（science and technology）。科学界和数学界的教育领导层开始积极推动将技术融入各自课程的想法。与此同时，工业艺术教育领域正在经历向技术教育转型的长期呼声——一种范式转变，包括新名称和课程新方向。
整个80年代，在科学、数学和技术教育这三个学校学科中发生的特定事件，首次为合作提供了环境。实际上，所有这三个学科的改革支持者都呼吁与其他两个学科建立联系。随着20世纪90年代的到来，旨在正式整合这三个学科的课程改革的时机成熟。
科学教育界
随着科学、技术和社会（STS）运动的开展，科学教育界首次开始倡导技术在课程中的重要性。在过去的20年里，STS课程在大学校园里获得了知名度，同时，在公立学校也获得小范围的知名度（Kranzberg，1991）。虽然STS运动和课程的设计者主要是科学家，而且课程倾向于反映自然科学和社会科学，而不是技术，但STS的支持者长期以来一直宣传技术在这个组合中的重要性。从20世纪70年代开始，STS社区的出版物和会议开始在科学界培养对技术的重视。STS的倡导者指出，科学教育服务的美国人口比例太小，明确关注技术对于让大多数学生对科学感兴趣是必要的。Rustum Roy（1989年）是最积极的STS教育支持者之一，他建议 “应该有全新的课程选择，将更多的实践性学习结合起来–与目前的技术教育课程相差不远，但要有更多的科学”。
然而，将技术融入科学教育的最明显的推动是在20世纪80年代末，由美国科学促进会支持的2061项目。这个庞大的项目规划了几十年的工作，被描述为 “一个有目的的和持续行动的三阶段计划，将有助于科学、数学和技术教育所迫切需要的改革”（美国科学促进会，1989，第3页）。科学和技术之间的联系是其发表的报告的突出特点之一，该报告题为《全民科学》，由2061项目的工作人员与国家科技教育委员会协商后撰写。值得注意的是，虽然委员会成员中没有人来自技术教育界，但他们对技术素养的兴趣在整个报告中却很明显。
2061计划在发布”全民科学”之后，又推出了六份小组报告，其中一份报告的标题就是《技术》（Johnson, 1989）。与其他任何一份文件相比，《技术》为科学教育界人士定义了技术教育的原理和结构。具有讽刺意味的是，工业艺术/技术教育专业人员已经为定义该领域工作了40年，但正是Johnson的简短报告为科学教育工作者定义了技术教育并使之合法化。科学教育机构第一次开始认识到技术教育在学校中可以而且应该发挥的关键作用。“技术教育应该揭示技术从理念到成果的发展过程。这可以通过实验室经验来增强课堂教学的效果。同样地，这种教育应该显示技术如何影响个人和社会”。
Johnson（1989年）不仅为科学界定义了技术教育，而且澄清了科学、数学和技术的不可分割性。
“科学和数学对于理解技术的过程和意义非常重要。它们与技术教育的结合是至关重要的…. 因此，数学和生物、物理和社会科学的良好基础对理解现代技术至关重要。它们应该成为技术教育课程的一部分，正如技术教育应该为科学课程带来更多的意义一样，……”
在科学教育方面，另一个认识到技术在课程中的作用的重大举措是由国家科学教师协会指导的中学科学的范围、顺序和协调（SS&C）项目，尽管程度低于2061项目。《内容核心：课程设计者指南》 (National Science Teachers Association, 1992) 为科学课程开发者提供了一个结构。该项目根据这些指南开发了各种不同的课程模式，并开始在全国进行实地测试。其中一个项目的实地测试点实施了STS课程，以测试这种方法的可行性。虽然在SS&C项目中，将技术融入课程并不像2061项目那样有明确的目标，但技术至少出现在了报告的言辞中。
所有这些关于科学教育改革的讨论，加上对数学教育者在 1980 年代后期制定的标准的普遍赞誉（全国数学教师委员会，1989），使得科学教育者在1990年代初开始制定科学标准。在国家研究委员会的支持下，成立了国家科学教育标准和评估委员会，他们制定了一系列工作文件，试图为科学教育制定一套新的标准（国家研究委员会，1992a，1992b，1993a，1993b）。该委员会与他们的任务搏斗，发现很难就一套标准达成一致，但每个文件都涉及了技术。这些标准的语言一般都提到了科学和技术之间的联系，尽管委员会在这方面没有描述太具体的东西。这些报告明确提出，科学课程应该处理科学和技术之间的联系、关系和互动；而关于技术和工程的教学应该留给技术教育（国家研究委员会，1992a）。
随着人们对技术和科学教育之间的关系的关注，国家科学基金会（NSF）在20世纪90年代初开始积极征求技术教育行业的建议。由NSF资助的这类提案包括Phys-Ma-Tech（Scarborough，1993a，1993b）、技术、科学、数学整合项目（LaPorte和Sanders，1993）、整合数学、科学和技术项目（Loepp，1991），以及项目更新（Todd，1992）。这些项目体现了科学教育工作者对技术教育的兴趣。
数学教育界
考虑到数学教育改革的需要，全国数学教师委员会理事会于1986年成立了学校数学标准委员会。该委员会制定了《学校数学的课程和评估标准》（全国数学教师委员会，1989年），这份文件在数学教育工作者以及更广泛的教育领域中立即产生了巨大的影响。该文件中的课程部分被称为 “旨在建立一个广泛的框架来指导未来十年的学校数学改革。其中对数学课程在内容上的优先性和重点进行了展望”（第v页）。
课程标准分为三个部分：K-4、5-8和9-12年级。它确定了K-4年级的13个课程标准，5-8年级的13个课程标准，以及9-12年级的14个课程标准。这三个年级的前四个课程标准都是一样的。它们是：作为解决问题的数学、作为交流的数学、作为推理的数学和数学联系。这些和其他新的数学课程标准是定义数学课程的一种非常不同的方式。它们以一种非常不同的方式向其他学科的教育工作者传达了数学知识，并为与科学和技术教育的合作打开了大门。标准中出现的语言与技术教育的修辞类似。诸如“解决问题”、“现实世界情况”和“与技术的联系”之类的短语可以在其中找到。虽然标准中的技术通常指的是图形计算器和计算机，但该语言仍然提供了一种基本原理来建立数学和技术之间的课程联系。
例如，《标准》强调了解决问题的必要性。”确定新想法的需求和激励学生的问题情境应作为5-8 年级数学的背景”（第66页）。关于问题解决的第一条标准更加具体：
“课程必须给学生提供解决问题的机会，要求他们合作使用技术，解决相关和有趣的数学思想，并体验数学的力量和作用…. 现实世界的问题并不是现成的练习，或是容易处理的程序和数字。让学生遇到“乱七八糟”的数字或信息过多或不足或有多种解决方案，每种解决方案都有不同后果的情况，将更好地让他们准备好解决他们在日常生活中可能遇到的问题，……” (第76页)
第四项标准，”数学联系 “甚至提到了我们的领域和其他领域的名字：”像测量这样的主题对社会研究、科学、家政学、工业技术和体育教育都有影响，并且是这些学科中越来越重要的教师”（第86页）。从《标准》中可以看出，数学教育工作者并没有把技术教育本身作为课程开发的唯一合作者来关注，但《标准》中的语言至少是高度鼓励这种合作的，这也许是第一次。虽然在编写全国数学教师委员会的文件时，数学和技术教育者之间的个人和专业联系还没有到位，但作者还是为这些联系的开始奠定了基础。
在20世纪90年代初，数学和技术教育者之间确实开始出现切实的联系。其中一个例子是 “建立联系”。1993年2月，由印第安纳州教育部主办的 “数学/科学/技术”会议。这场被称为 “第一届”关于三个学科之间联系的会议，吸引了来自全州的1200多名公立学校教育工作者，其中绝大多数是数学教师。重要的是，超过三分之一的演讲者来自技术教育领域。
技术教育界
随着名称从“工业艺术（industrial arts）”到“技术教育”的改变，人们开始重新寻找课程计划，使“技术教育”与“工业艺术”的形象保持距离。20世纪80年代初，技术教育的支持者主张将技术的社会影响纳入课程，作为新旧范式的主要区别之一。更加强调所谓的问题解决方法（problem-solving method），使其在专业性上比项目方法（project method）更加政治正确（politically correct），是80年代发生的另一个变化。
然而，到了本世纪末，这个领域似乎对强调社会影响失去了一定程度的兴趣。它把重点转移到技术教育内容和方法与其他学校科目的整合上。许多想成为技术教师的人担心，在强调技术的社会影响（与 STS一样）时，该领域会放弃其部分或全部对于实践实验室活动的投入，这些活动已经支撑了这个领域一个世纪。技术、科学和数学的组合在某种程度上对这种情况更容易接受，也许是因为这些领域的课程整合与实验室的教学方法有更紧密的联系。也就是说，整合技术、科学和数学的活动本质上是工程活动，而工程活动本质上是基于实验室的调查，技术教师对这些调查相当熟悉。因此，在20世纪90年代初，整合这三个领域的想法似乎在技术教育工作者中火了起来。
虽然这不是一个真正的新想法（例如，见Lux，1984；Maley，1973），但随着20世纪90年代的展开，这一趋势在技术教育者中得到了越来越多的认可。20世纪60年代和70年代的课程开发所引发的“工业艺术”/“技术教育”的讨论，以及80年代的社会影响讨论，实际上是为接受（技术）与科学和数学相结合的想法铺平了道路。由于这些早期的课程努力，该领域已经准备好采用与科学和数学相结合的方法来研究技术。一则证据是，在国际技术教育协会的年会上，有90多人参加了第一次关于技术、科学和数学整合的全国性研讨会（LaPorte & Sanders, 1992）。一年后，国际技术教育协会（ITEA）的会议计划包括许多关于技术与科学和数学整合的演讲。
在20世纪90年代，州和地方的技术教育主管人员开始资助这三个领域的项目整合。越来越多的关于这个主题的文章发表在专业文献中，商业课程材料也在1993年的ITEA会议上首次出现。最重要的是，公立学校的技术教师开始因其在这些方面的创新努力而被认可。例如，弗吉尼亚州1992-93年度最佳教师Greg Sullivan是一名中学技术教师，他将科学和数学融入他的技术教育课程。
与这些活动平行的是美国教育部的一项200万美元的倡议。1990年的《技术教育法案》为一系列技术教育示范项目提供了资金，这些项目将技术教育与科学和数学相结合（Wicklein等人，1991）。这些区域分布的项目提供了三个学校科目整合的明显证据。
对技术、科学和数学整合有影响的研究
实践科学（hands-on science）与实践技术（hands-on technology）的对比
动手实践（“Hands-on”）是技术教育的标志之一，但是科学界，就像学校里教授的几乎所有学科一样，也使用这个术语。Haury和Rillero（1992）指出，”涉及活动和第一手经验（direct experience）的教学方法已经被统称为实践科学”（第2页）。实践科学和实践技术之间存在着差异，这源于两个学科性质的基本差异。科学是对自然世界（natural world）的研究，而技术是对人造世界（human-made world）的研究。在科学和技术中，都强调问题的解决。在科学教育中，学生所涉及的问题通常与科学规律和原理有关，是科学界已经知道的知识。因此，对于一个特定的问题，有一个单一的、最好的解决方案（尽管用于得出解决方案的方法可能有很大的差异）。通过处理问题，学生可以发现科学规律和原理。他们观察现象，提出假设，通过实验检验他们的假设，并得出结论。通过这一发现，学习对学生来说会更有吸引力和兴趣，因此可能会更持久。
另一方面，在技术教育中，作为对人造世界的研究，学生参与解决实际问题。他们设计、建造和评估他们的解决方案。正如没有最好的汽车、最好的开罐器或最好的建筑设计一样，学生遇到的任何问题也没有最好的解决方案。
在科学研究中，必须将所研究的特定变量与可能对结果产生影响的所有其他变量隔离开来。例如，在进行牛顿运动定律的实验时，可能会使用一个空气轨道。空气轨道上有一系列的孔，压缩空气通过这些孔。这样可以创造了一个几乎没有摩擦的表面，用来展示牛顿定律的车辆可以在上面通过。其结果是，摩擦力已经变得可以忽略不计了。这种变量的隔离通常是科学研究的主要挑战。
另一方面，解决技术问题的挑战是要认识到存在着众多的变量，而且这些变量之间存在着复杂的互动作用。例如，摩擦力几乎总是对物理科学实验产生负面影响，但技术世界中的摩擦力既可以产生负面影响，也可以产生积极影响。例如，轮胎和路面之间的摩擦力越小，车辆就需要更少的动力来移动它。然而，需要一个最佳的摩擦力，以便车辆能够充分（和安全）地沿着路面前进。
实践科学和实践技术之间的另一个区别是花费的时间。虽然最近没有发现解决这个问题的定量研究，但可以肯定地说，在技术教育中，动手活动占据了学生课时的绝大多数，但即使在以活动为基础的科学课程中，动手活动占课堂时间的比例仍相对较小。例如，Bredderman (1982) 发现只有19%的学生将时间用于所谓的“基于活动的 [科学] 项目”（第 41 页）的动手活动。尽管如此，这大约是传统科学项目活动时间的两倍。
与实践活动有关的科学研究
早期关于科学实践活动有效性的研究结果不一。例如，Kruglak（1953）在对大学普通物理学生的研究发现，有实验室的学生和没有实验室的学生在书面物理学成绩测试中的表现没有显著区别。然而，那些有实验室的学生，在涉及实验室工作的测试中会取得更高的成绩。
在1960年代，大量的联邦资金被投资于开发改进的科学课程。生物科学课程研究、地球科学课程项目和物理科学课程委员会（1960）是一些值得关注的案例。所有这些都广泛利用了探究方法（inquiry approach）和实践活动（hands-on activities），但到了20世纪70年代末，这些项目大多已经消失了。关于小学阶段的情况，Mechling 和 Oliver (1983) 指出：
“科学课堂仍在继续——不受研究结果的影响。除了20世纪60年代对探究或实践方法的短暂撩动（flirtation）之外，小学科学的教学基本与以往一样。也许现在的教科书有四种颜色，但旧的阅读–引用–讨论的方式还是一如既往地根深蒂固。” (p. 41)
这促使Shymansky, Kyle, 和Alport（1982）对这些新课程的34项研究进行了元分析。他们得出的结论是，在这些早期的实践项目中，学生的表现比传统的、基于教科书的项目中的学生更好。他们还发现，学生对新课程的态度比对传统课程更积极。显然，由于其他因素，如成本和教师所需的准备时间，这些项目消失了。Tilgner（1990）和Morey（1990）的研究发现教学时间是一个障碍。
在Shymansky 等人（1982 年）的研究中，对科学教学实践方法的有效性进行了元分析（meta-analyze）。Bredderman（1985）综合了57项关于使用动手活动和探究式教学的研究，其中包括1000多个班级的13000名学生。他得出以下结论：
“看来，从小学阶段开始，鼓励使用实验科学的方案设计，事实上确实能提高学生在一些有价值的课程领域的表现。现有的研究证据表明，使用基于探究的课程似乎也增加了学生的实验活动量，并减少了教师在课堂上的讲话量。”
布雷德曼的元分析所涉及的两个有价值的领域是成就和动机。
Cotton和Savard（1992）回顾了44项关于中级科学和数学教学的研究。他们得出结论是，诸如 “学生项目和演讲 “以及 “实地考察和实验室实验 “等活动对成绩和情感结果有积极影响（第9页）。此外，他们认为基于活动的教学对补习班的学生特别有效。他们提醒说，基于活动的教学可能最好与一些传统的方法结合使用，如讲课、讨论和演示。
实践证明，实践活动对学生解决问题的能力也有积极影响。Glasson（1989年）对九年级物理科学学生进行了一个为期三周的简单机械单元的实验。他比较了通过演示科学实验的学生和实际做实验的学生。他发现实验室设备的物理操作并不是提高陈述性知识（事实性和概念性）的因素，这与他引用的其他四项研究一致。然而，动手操作组的学生在研究中使用的程序性知识（问题解决）测试中表现明显更好。他的结论是，所有的学生，无论推理能力如何，都能从动手实验教学中受益。他还总结说，实践活动 “促进了同伴间的互动，学生可以自由地争论、犯错和相互挑战”（第129页）。
总的来说，我们可以得出结论，实践科学至少在两个主要方面比传统方法更有效。首先，它能提高学生的成绩，特别是如果评价工具所衡量的不仅仅是对事实的记忆（见Brooks, 1988; Mattheis & Nakayama, 1988; Saunders & Shepardson, 1984）。这也许就是为什么前面提到的Kruglak（1953）的研究发现，物理课程的实验部分对学生的笔试成绩没有什么影响。第二，科学实践往往会改善学生对科学的态度（见Jaus, 1977；Kyle, Bonnstetter, Gadsden, & Shymansky, 1988；Kyle, Boimstetter, McCloskey, & Fults, 1985；Rowland, 1990）。可以说，学生对科学的态度是学习该学科的一个重要前提条件。
尽管有越来越多的研究证据表明实践活动的价值，但在这种方法成为教学的一个重要部分之前，科学界还有很长的路要走。在Weiss（1987）报告的一项大规模研究中，发现讲授/讨论是科学课中使用的典型教学方法。实践活动在小学中比在中学中更占优势。绝大多数教师认为，动手活动比传统方法更有效。然而，具有讽刺意味的是；Weiss发现，在这项研究中被调查的教师对实践活动的使用程度要比1977年报告的类似研究中的要低。
与实践活动有关的数学研究
在确定数学实践活动的有效性方面，已经有了大量的研究。数学教育工作者所说的实践活动在20世纪80年代开始流行，有大量的研究表明，此类活动是教授数学概念的一种有效方式。诸如成就、长期（译者注：知识）留存（long term retention）、教师和学生的态度、评估策略以及对不同能力学生的不同影响等变量都在实践性数学活动的研究中。尽管在小学阶段，操作材料的使用要多于后面的阶段，但这项研究范围涵盖了从幼儿园到大学的整个过程。
Lenoir (1989)分析了从幼儿园到大学的45项关于数学教学中操作材料效果的研究。他得出的结论是，6-9年级的学生使用工具学习测量技能时，比不使用工具的学生表现出更大的成就。此外，这些学生在一到四个月后，在测量和其他数学概念方面比没有参加操作活动的学生知识留存得更多。实操工具在小学阶段特别有效，并被教师广泛使用。这与皮亚杰的工作是一致的，皮亚杰认为11岁以下的儿童不能够进行抽象思考。因此，具体的例子对他们特别有帮助。
许多不同的研究者都发现了支持数学实践活动的各种结论。在这些发现包括：
1. Simon（1991）对 80 名接受基于操作的数学教学的三年级和四年级学生进行了描述性研究，发现学生在操作性课程中更加“专注”。Simon研究的师生都认为操作性增强了对数学知识的理解。他还得出结论说，在一整年的课程中将操作性活动纳入数学课程是切实可行的。
2. Sigda (1983)开发并评估了用于教三年级学生乘法的教具。处理方法是通过顺序模态（sequential-modal）的方法来展示内容，包括操作材料、图片信息和符号表示。Sigda发现，使用顺序模态的方法使三年级学生对基本的乘法组合、数组转换技能和运算识别技能的掌握和保持明显增加。
3. Canny（1984）研究了操作性教学材料（教具）与四年级学生成绩的关系。使用操作材料来介绍和强化概念的学生在两次成绩测试中的得分明显高于使用教科书活动的对照组。
4. McCoy（1989年）专门研究了数学能力不足的小学生的感知偏好。对比需要补习的学生和平均或高于平均水平的数学学生，McCoy发现前一组学生更喜欢体感教学模式，并得出结论：”这项研究的结果强烈支持使用具体的操作材料和相关活动”（第9页）。
5. Prigge(1978)和Kipfinger(1990)分别研究了使用操作材料向六年级学生教授几何概念。Prigge使用固体物体来辅助教学，发现对低能力的学生有积极的显著效果，但对高能力的学生没有效果。在一项类似的研究中，Kipfinger发现统计学上的显著结果有利于几何学的操作教学方法。
manipulatives，图片来自 www.allassignmenthelp.co.uk
虽然教具在小学数学中很常见，但在中学中却很少见，因此Tooke, Hyatt, Leigh, Snyder, and Borda (1992)进行了一项研究。他们采访了30位四至八年级的教师，以评估他们对使用教具的态度，并找出为什么很少有中学教师使用教具。有两个普遍的发现：首先，初中教师一般没有接受教具的培训，因此，他们不知道如何在教学中使用这些工具。其次，教师们认为教具很简单，因此不适合四年级以上的学生使用。教师们说，诸如“教具之类的东西远远低于他们，五年级的学生 “需要 “抽象的教学。然而，研究人员指出，某些教具，如Geoboards和Mira是为初中生设计的。
Geoboards，图片来自互联网
在他们的研究中出现的某些逻辑问题，让人想起今天希望将数学与技术教育相结合的教师所面临的问题。例如，在四年级以后，教师认为完成数学课程的压力使他们没有太多时间去操作工具。另一个被提及的复合变量是缺乏为中学生购买操作材料的支持。
尽管有这些障碍，但在初中和高中的数学教学中，有时还是会使用操纵装置。Meira(1992)向八年级学生展示了一些物理装置：绞盘、带弹簧的装置和电脑输入输出机。该研究的目的是确定设计（被视为一种操作）在数学意义上所起的作用。Meira发现，纸上的图形表示为数学活动提供了物质基础。这些表示不是简单的回忆，而是在考虑到活动的物理环境的情况下重新构建的。因此，它们对于学生从数学上理解手头问题的能力很重要。
Balka(1983)在一个高中预科课程中尝试使用数学工具向轻度残疾学生教授计算技能。他发现除了最简单的算术测试外，所有子测试和复合测试的计算成绩都有所提高。这些发现使Balka得出结论，使用操作工具可以提高学习速度慢的人的计算能力。他还发现，教具可以激发学生的积极性，并促成课堂讨论增加。
与实践活动有关的技术教育研究
与之前的项目一样，实践学习是技术教育的标志。它体现了著名的实验式哲学家和理论家的思想，如裴斯泰洛齐、卢梭和杜威。不幸的是，在技术教育中，很少有研究表明实践活动与认知学习的关系。这个行业的历史为这个空白提供了一些解释。虽然有很多文献支持活动应该是达到目的的手段，学习应该包括认知领域的理论，但早期项目的实际做法主要集中在培养使用工具和机器的技能上（Dugger等人，1980）。换句话说，实践活动不是获得认知知识的手段，它们往往是目的本身。即使在当代项目中，如果人们相信技术是有思想的行为 thoughtful doing（Towers, Lux, & Ray, 1966），那么关注活动或做技术是可以理解和辩护的。
由于缺乏对活动和认知知识之间联系的研究，迫使Korwin和Jones（1990）进行了一项研究，以确定当使用技术的实践活动被用来补充常规课堂演示时，认知知识是否会增加。他们的研究对象是八年级学生，教学单元是测地穹顶。他们发现，实际建造测地穹顶的实践活动提高了对教学单元的认知成就测试的成绩。然而，他们并没有发现两组学生在两周后对知识的存留有任何不同。Korwin和Jones就这一领域的研究不足提出了一个重要观点。然而，前面报告的关于动手活动在提高数学和科学认知方面的价值的结论很可能适用于技术教育。尽管如此，在这个领域肯定需要更多的研究。
除了Korwin和Jones的研究外，大多数关于活动的研究都是在小学阶段进行的，并且是关于技术活动在促进其他学科理解方面的功效。Champion (1966), Downs (1969), Logan (1973)和Pershern (1967)的早期研究工作表明，将工业艺术活动纳入科学和/或数学教学，可以提高成绩、动机，或两者兼而有之。最近，Kowal（1985年）比较了使用建筑（工业艺术）活动的小学数学和科学学生与没有此类活动的学生。他发现，在包含活动的数学课上，学生比在社会研究课上的学生更有动力。此外，在使用活动教学的数学课上，学生的积极性也比传统教学的班级高。
Brusic（1991年）考察了五年级学生相对于一个整合了技术活动的科学单元的成就和好奇心。她还调查了学生在学习该单元之前对该单元的好奇心是否与他们的成绩有关。她发现，参与技术活动的小组的好奇心水平明显高于对照组。她发现在科学成绩方面没有明显的差异。Brusic总结说，将技术活动与科学教学相结合可能会对学生的好奇心产生积极影响，但可能不会提高或阻止他们的科学成就。因此，科学与技术的联系显示出一种有用的方法，可以促进学生的好奇心，而不对他们的成绩产生负面影响。
虽然不是技术教育领域的研究人员所为，但有三项研究体现了技术教育的实践方法和内容相对于科学和数学的价值的直接影响。Cohen (1992)引用的研究表明，美国大多数晚期青少年和成年人都是在皮亚杰的具体操作层面上发挥作用，而不是在形式（抽象）的操作层面上，这一点反驳了皮亚杰关于11岁左右就过渡到形式思维的观点。他还列举了证据，证明科学教学在大多数情况下是抽象的。在他的研究中，得出结论是，大多数初中生和相当一部分高中生都不能理解科学概念。因此，当务之急，对于大多数的学生而言，必须以具体的方式来教授科学。大多数技术问题的应用性质无疑提供了Cohen所写的具体学习经验的潜力。
第二项对技术教育有影响的研究是由德国科学教育家Hoffman（1989）完成的。她的工作动机是认为兴趣是学习的最重要的必要条件，对科学不感兴趣是一种国际现象。因此，必须对科学课程进行重组，以提高其兴趣。在她的研究中，她调查了学生对与科学有关的特定种类活动的兴趣，然后要求他们比较在科学课上进行这种活动的时间。她发现，就兴趣而言，”测试东西，拆开设备或把它装起来 “在几乎所有年级的学生中，在女生中排名第二，在男生中排名第一。在科学课上实际进行的12种活动形式，在女生中排第十，在男生中，它排在第11位。”发明东西、设计装置 “在10年级女生中排名第6，在男生中排名第4。但就学生，对他们在科学课上被允许进行这种活动的频率的看法而言，它却排名最后。Hofftnan还发现，学习科学的环境很重要。例如，男生往往对在人工心脏或运输石油产品的环境中学习泵同样感兴趣。然而，女性更喜欢人工心脏。霍夫曼的研究表明，学生对科技教育中发生的事情有浓厚的兴趣，然而他们实际上很少有机会去做，至少在科学课上是这样。她的研究还表明，在技术背景方面存在着性别差异。
最后，澳大利亚科学教育家White（1979）梳理了有关记忆回忆的文献。他认为，与科学概念的理解和回忆有关的长期记忆可以通过发展涉及个人的情节来加强。他认为，典型的科学实验室并不产生这样的情节，而且与现实世界没有任何关系。作为一个解决方案，他建议如下：
“运动学实验……用人、自行车和汽车来做可能比只用手推车和轨道来做更好；关于折射的实验可能涉及游泳池而不是玻璃块；用房子里的保险丝、开关和电表或者用商业案例中的电筒来研究电可能比用变阻器和电位计更好。除了提供更多可回忆和有用的概括性情节外，这些变化可以使学生将物理学视为与他们的生活更相关的研究，而不是现在这样。”
White（1979）建议，在物理学中应考虑三种类型的实验。第一种类型是 “不寻常的实验，它通过奇怪的、戏剧性的、美丽的或令人费解的方式来吸引人们的情感”（第387页）。第二种类型是将 “学校科目和日常生活联系起来……提供经验，这些经验将被用于使随后的信息得到理解”（第387页）。第三种类型涉及”真正的问题解决”（第387页）。技术、科学和数学的整合在White的结论中似乎很清楚。
虽然与科学和数学界对动手活动的研究相比，数量较少，但对使用技术活动来加强科学和数学教学的研究结果却非常相似。与科学和数学实践一样，融入科学和数学课堂的技术实践往往能提高学生的积极性（或好奇心）和成绩，但一个关键问题仍未得到解答。实践活动本身是否就能提高成绩？几乎所有科学和数学界进行的研究都将动手操作与传统的教学课程进行了比较。没有什么证据表明一种实践方法比另一种方法更优越。技术教育工作者所做的大多数研究都是多年前进行的，即使是最近的研究也没有真正让学生参与到今天所认为的技术问题的解决中。在大多数情况下，它们只是简单的构造性活动。技术问题解决活动是否对科学和数学的动机和成就有独特的贡献还不得而知。然而，至少有一些来自该领域之外的研究证据表明，这些项目的具体、真实世界的性质可能特别适合于学生的需求和兴趣，以增加他们对科学和数学的理解。
当前的跨学科教学观念
学习越来越被认为是以情境（context）为中介的。高中报告提出的批评之一是公立学校中出现的不自然的内容分离现象（unnatural separation of content）。正如Boyer（1983）代表委员会所写的那样。”虽然我们承认学科的完整性，但我们也相信，目前学科的‘完美’隔离状态使学生对知识和世界的现实有一个狭隘的、甚至歪曲的看法”（第114-115页）。
自20世纪80年代初Boyer提出意见以来，学校在修正这种状况的任务上取得了相当大的进展。20多年前开始的“中学运动”，近年来获得了很大的发展势头，其基础是跨学科团队和核心课程（Vars, 1987）。令人遗憾的是，技术教育几乎被普遍遗漏在这些团队中，这些团队通常由 “学术 “科目领域组成：语言艺术、社会研究、科学和数学。
在小学阶段，诸如 “整体语言”、”跨课程写作”和”数学之路”等项目已经非常成功地打破了传统内容领域之间的人为障碍。高中在标准化考试和大学入学要求的严格约束下，跨越传统课程界限的速度特别慢，但他们也在沿着这些路线探索各种选择。主题教学，即来自不同学科的教师将课程与一个预先确定的主题联系起来，已经成为各级教育中整合内容的一种流行手段。
根据当代认知理论的研究，一般的教育工作者，特别是科学和数学教育工作者，已经意识到相对孤立的教学的局限性。许多人现在觉得，把科学和数学作为脱离现实的抽象概念来教，相对来说没有什么用。正如Langbort & Thompson (1985)所阐述的，”最近的教育研究有力地验证了一个重要的教学原则，即当儿童能够将经验与他们正在学习的各科原理具体联系起来时，他们会更有效地学习科学和数学” （第8页）。
最近的一些课程整合模式
目前，已经开发并实施了大量的技术、科学和数学整合模式。除了最近正在进行的整合所有这三个领域的工作外，科学、技术和社会（STS）运动和数学与科学整合教学项目（TIMS）是整合的突出例子。20多年前，随着科学教育工作者开始认识到科学和技术的相互关联性，STS运动开始启动。正如Gallagher（1971）所说，“将两者不自然地分开，只教授所谓的基础科学，而不包括技术，使学习者对科学事业的运作和结果产生不切实际的想象”（第333页）。20世纪80年代初，STS的倡导者成功地说服了全国科学教师协会制定了一项政策声明，以促进STS的实施（Bibee，1991）。研究表明，STS项目有许多积极的成果（例如，见Yager, 1988a; Yager, 1988b; Yager, Blunck, Binadji, McComas, & Penick, 1988）。
伊利诺伊大学芝加哥分校的综合数学和科学教学项目（TIMS）自20世纪80年代末以来一直在开发连接数学和科学的课程材料。1991年，美国国家科学基金会（NSF）向该项目追加了420万美元，用于开发K-6年级的综合数学/科学课程。到目前为止，该项目已经出版了70多种利用这种方法的不同活动。
马里兰计划（Maley，1973年）中概述的研究与实验课程，是将当时的工业艺术内容与科学，以及在较小程度上与数学相结合的最早的努力之一。这个九年级的课程基本上是由学生在工业艺术设施中进行的科学实验。很少有工业艺术教育者准备采用这种方法，尽管20年后在正式过渡到技术教育之后，Maley的许多想法又重新出现。Maley的工作后来促成了《面向技术教师的数学/科学/技术项目》（Maley 1984）。为了将所有三个学科的内容结合起来，马利让他的学生建造技术工艺品的模型（例如，水车、木块和擒纵装置、液压电梯等），然后确定与该工艺品相关的科学和数学原理。Maley是最早认识到将科学和数学正式纳入技术课程的重要性的人之一。他在专著的 “导言 “中指出了以下几点。
“目前对数学和科学的强调为工业艺术/技术教育提供了一个丰富的机会，使其成为当代教育的一个重要合作伙伴…. 在单一学科内不可能对任何技术发展进行任何程度的教学，这就为建立合作伙伴关系提供了有说服力的理由，也是对学科整合的要求。工业艺术/技术教育在其内容和方法上是一个主要工具，通过这个工具，学校的各个学科被整合在一起，以达到对学习者的意义、理解和相关性的目的，（第7页）。”
1984年秋季，“技术教师”的 “技术资源”部分开始包括一个数学/科学/技术界面的副标题。这个想法开始在这个领域流行起来。在这十年的最后几年里，少数创新的技术教师开始将科学和数学纳入他们的课程，并与学校的科学和数学教师一起工作。随着90年代的到来，将技术、科学和数学结合起来的想法似乎真的站住了脚，这方面的活动也开始纷至沓来。小学和中学的活动和课程开发都在认真地进行。
资助项目
美国教育部
1991-92年，美国教育部赞助了四个区域性示范项目，旨在开发技术、科学和数学整合的模式（Wicklein等，1991）。这些项目是第一批资助技术教育领域的项目主任（director）的项目。这些项目使主任们能够开始开发在初中和高中阶段整合技术、科学和数学的材料。四个不同地区的代表：美国中部、东北部、远西北地区和阿巴拉契亚地区。后一个项目产生的课程材料在项目完成后就可以商业使用。
小学。小学阶段的内容往往比中学阶段的内容更加综合。Mission 21 项目试图通过一个项目来利用这一点：该项目将基于技术的问题解决方案整合到小学阶段的课程。1985年，美国国家航空和航天局资助弗吉尼亚理工大学的研究人员为5-6年级开发这些课程材料。随后又资助了其他阶段：1988年3-4年级，1989年1-2年级，1992年学前班。这些材料使用主题技术解决问题的（thematic technology problem-solving）活动来整合数学、科学、社会研究和语言艺术。例如，第三阶段（5-6年级）的教材围绕四个主题组织。通信、能源和物质、发明和太空殖民。所有材料都在弗吉尼亚州进行了广泛的实地测试，这些材料，包括带有每个主题标题的书籍和教师资源书，于1992年商业化出版（Brusic & Barnes, 1992）。
1992年，国家科学基金会（NSF）资助了另一个主要针对小学年级的重大项目，但也延伸到了中学年级。更新项目的四个主要目标如下：
1. 为K-8年级开发课程材料，将技术、科学和数学结合起来，反映设计和技术/工程教育方法
2. 建立一个信息交流中心（clearinghouse），以收集和传播综合TSM材料。
3. 与当地社区的科学家、工程师和技术专家开展合作；
4. 通过《纽带》杂志传播该项目工作。(Todd，1992）。
中学。国家科学基金会为两个侧重于技术整合的中学项目提供了大量资金。1991-1993年资助的技术、科学、数学整合项目，开发了15项活动，旨在要求应用科学和数学来解决技术问题（LaPorte & Sanders, 1993）。它被认为是开发综合课程材料的第一次尝试，旨在鼓励所有三个领域的教师一起工作。尽管“中学运动”开始在让教师团队合作方面取得了很大的进展，但技术教师却被系统地从这些团队中剥离出来。课堂教学、技术科学、数学整合项目的材料要求技术教师与科学和数学教师一起加入团队，从而促进所有三位教师之间的协调努力。项目完成后，这些活动在商业上可供中学使用。
技术、科学、数学整合项目所采取的方法是开发“技术问题解决”的活动类课程，这些课程可能需要一到三周的时间来实施。这种方法使三个领域的教师能够将这些活动纳入他们现有的课程，而不是重组他们的整个课程。人们相信，这将使大多数教师更容易在他们的课堂上尝试技术、科学、数学的整合方法（LaPorte & Sanders, 1993）。
此外，人们还认为有必要制定一套完整的课程，将技术、科学和数学整合到中学里。1992年，国家科学基金会资助了综合数学、科学和技术项目（IMaST）。这个项目的重点是为七年级学生开发和实地测试以生物技术、制造和预测为主题的材料。该项目希望能找到解决阻碍综合课程实施方面的系统变革的一些问题的方法。
高中。在20世纪90年代初也出现了一些高中模式。德克萨斯州康罗市的技术教师在伍德兰兹高中开展了一个有关太空模拟的主题项目。该项目得到了国家航空航天博物馆的资助，其充分利用了美国对太空的迷恋。整个学校围绕着他们在技术教育设施中建造的空间模拟站集结起来。整个学校的教师都在参与协调该项目的教学工作。例如，科学实验是由学生设计的，并由学生在 “空间站 “内与世隔绝的几天里进行。该项目的产出除了出版了《空间模拟》（Bernhardt & McHaney, 1992），还挑战其他学校 “设计、建造、操作和评估一个在敌对环境中的人类居住地，时间不少于24小时”（第xi页）。参与的教师甚至成立了一个国际协会，以促进在世界各地的其他学校开展这种类型的活动。
Phys-Ma-Tech（Scarborough，1993a，1993b）是另一个由国家科学基金会资助的高中项目的例子，此项目寻求的是开发一种物理、数学和技术教师在高中阶段共同工作的模型。Phys-Ma-Tech利用五所学校的15名教师来开发和测试各种整合模式。Scarborough（1993b）指出的好处包括增加物理和技术的注册人数，提高考试分数，以及吸引新教师对这一概念的兴趣和支持。
对教师培养的启示
技术教师的培养
人们可以争论技术和科学哪个先出现，以及这两个学科在过去有什么依赖关系（例如，见DeVore，1987）。这些争论对于建立技术的基础、脉络、认识论和范围是很重要的，但是技术、科学和数学在当今世界的相互依赖性是无可辩驳的。从技术的角度来看，认为强大的科学概念背景不会提高一个人解决技术问题和更好地理解人造世界的能力，是没有意义的。
从逻辑上讲，随着该领域不断远离基于贸易的课程并不断强调工具的使用技能，似乎会更加关注确保未来的教师有强大的科学和数学背景。显然，情况并非如此。Finch, Schmidt, Oliver, Yu, and Wills (1992)分析了农业、商业、家政学、市场营销、技术、贸易和工业教育等专业近期师范教育毕业生的成绩单。在科学学分方面，技术毕业生平均完成9.3个学分（semester hour），在所研究的六个教学专业中仅排名第四，在它之下的只有商业（8.8）和营销（7.6）。不到四分之一的技术毕业生在科学方面获得了 12 个或更多学分。技术专业毕业生完成的大部分科学学期学时是生物学（3.9），接下来是物理和天文学课程，平均为 3.1 学分，化学课程平均完成 1.2 个学分。
技术教育专业在完成数学和计算机科学课程的数量上也排名第四，平均为7.6个学分。家政学和贸易与工业教育是唯一一个平均学分较少的组别（分别为6.7和7.5）。只有9.3%的技术专业毕业生在数学和计算机科学方面获得了12个或更多的学分，是所研究项目中最低的。
这些统计数据令人吃惊。首先，除了农业教育及其对生物科学的密切依赖之外，技术教育的毕业生与Finch等人研究中的其他项目的毕业生相比，完成更多的科学学分似乎是合乎逻辑的。至少人们会认为，这些学时会比贸易和工业教育的学生完成的学分多。但事实并非如此。相对于其他师范类毕业生，技术类毕业生在数学和计算机科学方面所完成的学分数就不那么令人惊讶了。例如，商科学生需要扎实的数学背景，因为量化方法在他们的领域很重要。
第二，完成的科学和数学学期的绝对数量令人不安。几乎所有的学院和大学从一开始就对基础学科（数学、自然科学、社会科学和人文科学）的课程作业有要求。在最近的十年里，人们对这些课程的价值的认识有所提高，从而导致了所要求的学学时的相应增加，这就是通常所说的核心要求（见Lynch，1990）。正如Finch等人（1992年）所建议的那样，技术教育毕业生所完成的科学和数学课程很可能只是该学校毕业所需的最低数量。
另一方面，考虑到现有技术教育课程的内容与物理学原理之间的密切关系，平均完成3.1个学分的物理学和天文学课程，这有点令人鼓舞。这种物理学的相对优势远远大于研究中其他课程的毕业生所完成的平均学分。技术教育毕业生获得的大部分科学学分是在生物学方面，这也可以从正面来理解。这有可能是教师提供生物技术教学计划的重要第一步，正如我们这个领域的一些人所提倡的那样（例如，见Savage，1991）。然而，生物课程占主导地位也可能是由于人们认为生物是 “lesser of the evils（两害取其轻）”，比较容易。此外，一门基础生物学课程可能对实施生物技术的项目方面没有任何实际价值。
技术教育毕业生的科学和数学背景相当有限，这有无数的原因。随着技术知识的增加和领域的扩大，项目中的课程要求也有增加的趋势。计划外的课程要求可能会被视为一种障碍，以确保学生在该领域的基础知识方面有良好的基础。
许多技术教育专业是由其他课程转过来的，包括那些工程和工程相关课程。这种现象在赠地大学（land grant universities）中似乎特别普遍，因为工程经常是最主要的课程。做出转学决定的一个主要原因是学生在微积分和基于微积分的物理学以及基础课程方面缺乏成功经验，而这些课程的作用是 “淘汰 “不合格的工程专业的学生。因此，当他们进入技术教育项目时，他们对科学和数学有着某种程度的轻视。
其他学生则是被大多数技术教师教育项目所强调的实用性和动手能力所吸引。也许是由于他们在早期学校教育中对技术课程的兴趣和成功，他们在大学阶段寻求更多相同的东西。也许他们已经通过早期的教育经历对科学和数学产生了兴趣。因此，他们在大学阶段寻求的是课程中不需要的东西（大量的科学和数学），而不是课程中包含的东西。
十多年来，技术教师教育项目一直在进行着一场战斗，以保持招生水平，使其能够继续存在，为公立学校提供教师。许多人已经输掉了这场战斗，特别是在最近几年。在某种程度上，技术专业所需的科学和数学的匮乏可能是出于自我保护的考虑。如果科学和数学的要求与工程的要求相似，那么不成功的工程学生就不会被吸引，那些在中学阶段经历过科学和数学失败的学生也不会被吸引。同样，那些认为实践比理论更有吸引力的人也不会有动力去报名参加一个将理论放在突出位置的课程。如果公立学校的技术学生和技术教师对科学和数学不感兴趣，甚至不屑一顾，那么实施整合这三门学科的计划的挑战确实很大。
即使不进行学科整合，如果要实现技术教育的理想，技术教师在离开教师培养项目时，仍然必须具备坚实的科学和数学背景。在早期的项目中，学生们按照教师准备的计划建立项目，科学和数学的知识只是得到了最低限度的应用。在当今时代，技术问题的解决是项目的核心，这些知识是必不可少的。没有它，学生试图仅使用他们在课堂的知识来解决技术问题的情况将占上风。当这些问题得到解决时，教师，以及他们所教的学生，将继续不知道为什么解决方案成功或不成功。
诸如建造桥梁、太阳能集热器、模型潜水艇和液压机器人，以及古老的二氧化碳汽车等问题的最佳解决方案，都在很大程度上依赖于科学和数学。虽然学生可能在没有科学和数学的情况下也能解决这些问题，但学习的潜力却大大降低。这种情况导致一些技术教育教师将更多的科学和数学教学纳入他们的技术课中。这种内容整合的方法要求技术教师不仅要有良好的科学和数学基础，而且要具备必要的技能，将知识转化为可教的术语，使学生可以有效地应用它。最重要的是，教师必须有动力，对这种方法的潜在好处感到兴奋，这样才能发挥作用。
技术和科学误解的可能性比比皆是。显然，如果要实现内容整合，有许多空白需要填补，有许多鸿沟需要跨越。要做到这一点，不仅仅需要在未来的技术教师培养的要求中加入更多的科学和数学学分。
科学和数学教师的培养
在上一节中描述了技术在解决技术问题时对科学和数学的依赖。同样地，如果认为一个人对自然现象的假设和理解能力不会通过对技术和现实世界的应用的理解而得到提高，这似乎是愚蠢的。事实上，实际应用的理念一直贯穿于新的数学（全国数学教师委员会，1989）以及目前正在制定的科学标准中。然而，存在一个问题，因为尽管技术教师可能在科学和数学方面有最低限度的课程学习，但科学和数学教师在技术方面的课程学习却几乎不存在。虽然技术教师通常从一年级到十二年级每年都会学习科学和数学课程，但科学或数学教师极有可能没有学习过技术课程。
根据Johnson(1993)的说法，全国只有一个机构要求所有未来的教师完成技术方面的课程学习。科学和数学教师的实际问题解决往往仅限于教科书中的技术插图和每章末尾的 “故事问题”。只有那些通过以前的工作积累了实际经验的科学和数学教师，或者是那些特别有创造力的教师，才会把校外的技术世界带入他们的教学中。
在科学和数学教师中提供技术知识基础是很困难的，因为这些障碍与为技术教师提供科学和数学基础所面临的障碍是平行的，同时又是相反的。科学和数学教师都根植于一种寻求预测和解释现象的文化之中。在科学课上，人们竭力控制科学实验的环境，将现象的因果解释简化为研究中的单一变量。同样地，数学老师在很大程度上也被灌输了这样一种观念：数学关系有一个单一的、正确的答案。正如技术教师可能因为实践而对技术感兴趣一样，科学和数学教师可能因为对理论的纯粹性和有序性的亲和力而选择他们的领域。技术，由于其众多的 “正确 “答案和往往是无限的变量相互作用，他们可能根本不感兴趣。正如技术教师可能对动手能力最感兴趣一样，科学教师，特别是数学教师，可能会发现 “头脑 “最有吸引力。C. P. Snow（1959年）的《两种文化和科学革命》很好地阐述了这种二分法。
为“技术-科学-数学”学科整合去培养教师的挑战
无论技术、科学和数学学科是完全整合，还是各自的教师只是在他们所教的课程中整合内容，教师的专业教育的改革都是至关重要的。大学的主要目标之一是产生新的知识。几乎所有的教育实践改革都源于高等教育和在此产生的研究，然而高等教育 “学院 “是最僵化和最缓慢的变革组成部分。甚至有一些讽刺意味的东西占了上风。例如，教育界谴责说教是最不有效的教学方法之一，然而，它几乎是高等教育教学的必要条件。同样，技术教育的研究人员也在推广新的课程，然而他们所教授的课程往往并不反映他们向他人推广的理念。
小学阶段的学科整合几乎是自然而然的事情。在典型的”一个老师教所有人”的模式下，小学教师几乎必须做出协调一致的努力来避免整合（注：不清楚这段作者是不是打错了，倒是不影响整体理解）。然而，随着年级的增加，整合变得更加困难。学科之间形成了围墙。在高等教育中，各学科被分隔在不同的建筑物中，无论是字面意义还是形象意义上。通常情况下，一个特定项目的教师对学生在本系以外的课程中所学到的知识知之甚少。此外，这些课程的内容在同一课程的不同部分和不同学期之间有很大差异。这些因素，以及大学教师的庞大数量，使得大学层面的整合确实是一个巨大的挑战。
即使在教育学院内，教师们对他们的学生在专业课程中所学到的知识也可能知之甚少。如果技术专业的学生在一个学院（如技术学院）就读，而在另一个学院（如教育学院）学习专业课程，这个问题无疑会更加严重。霍姆斯集团(Holmes Group)(1986)的模式是要求学生在其期望教学的学科中获得学位，这也可能使问题更加严重。
高等教育机构的结构、交流网络和规模为整合学科知识带来了巨大的障碍。即使未来的教师在他们所选择的学科之外所学的独立课程在一段时间内是一致的，而且教师对其内容也很了解，但所学课程与公立学校的学科教学性质之间的差距仍然很大。然而，如果 “we teach as we are taught “是一个真理的话，那么这个空白必须被填补。
迈向教师培养的解决方案
如果技术科学和数学教育者致力于将他们的学科更紧密地联系起来，那么就必须改变教师的培养方式。科学和数学教师必须有正式的、相关的技术课程学习。所谓的 “通用技术课程 “已经在几所大学的学院层面上得到了发展。这些课程是在各种影响下发展起来的，包括科学、技术和社会（STS）运动，看到公众需要更多了解技术问题的工程项目，认识到技术正日益成为一种重要社会力量的社会科学教师，以及认识到技术普遍存在的慈善基金会。当然，技术教师培养项目从一开始就参与了这些努力。
总的来说，这些普通的技术课程，即使由技术教师培养项目提供，也是关于“了解（about）”技术的研究，而不是关于“做（do）”技术的研究。也许这是承认技术是一个重要研究领域的良好开端，但对于有兴趣将自己的学科与技术结合起来的教师来说，他们还远远没有达到目的。我们需要的是以 “做技术”为操作方式的教育经验，但”做技术”本身也是不够的。正如Lux（1984）所说：“实践是技术的一个基本特征，但不是充分特征。也就是说，有了实践就必须有实践的理论，否则就只是涂鸦而已。而没有实践的理论仅仅是智力活动”（第18页）。为了实现这一目标，需要致力于全面的、明确的、基于实验室的教育经验。那种仅仅是希望通过大组讲座进行教学，从而用最少的资源为项目创造大量的学生学时的模式，是行不通的。科学和数学教师需要以“有抱负的技术教师”的方式在我们的项目中做技术工作。
正如科学和数学教师需要高质量的技术经验一样，反过来也是如此。作为第一步，技术教师必须了解他们的专业在科学和数学方面所需的课程的具体内容。反之，科学和数学系的教师也需要了解技术专业的课程学习情况。教师将教学内容与现实世界的技术问题联系起来的能力，可以使科学和数学课程变得生动，不仅是对技术专业的学生，而且对所有的学生都是如此。
需要提高对科学和数学课程学习的要求，摆脱现在明显的最低标准。技术教师教育委员会的本科研究委员会（1989）建议，未来的技术教师至少要完成12个学分的科学课程。如前所述，最近的毕业生中只有不到四分之一的人达到了这个标准。该委员会还建议完成9个学分的数学和计算机科学课程。同样，如前所述，平均修了7.6个学分。
将这些课程纳入已经膨胀的课程体系里是一个挑战。然而，真正的挑战可能不是如何挤进学分，而是如何保证教学质量。这些课程通常是为大班学生讲授的，而且可能没有实验的部分。教学本身的质量也可能不高，课程往往由缺乏经验的研究生或平庸的教授来教授。当这种情况发生时，就不利于激励技术专业的学生将数学和科学融入到他们所学的技术课程中，也不利于他们在今后的教学生涯这样做。尽管这些现实情况经常发生，但技术教师仍然需要有扎实的科学和数学背景，因为这会对未来的发展至关重要。
专业方法课程应该模拟真实学校环境中对教师的期望。技术科学和数学专业的团队应该有共同计划和提供课程的经验。即使上面提到的对科学和数学教学质量的担忧不能得到解决，这样的合作经验也是非常重要的，它可以为那些有志于成为技术教师的人提供救命稻草，因为他们的科学和数学经历并不理想。最后，综合的、团队的方法应该延伸到学生的教学经验中，与团队计划和实施的工作方式相类似。
也许现在是时候考虑一个培养 “整合式教师（integrated teacher）”的教师培养项目了–一个能够在较长的时间内带一群学生，并教授一门真正融合了三门学科的课程的教师。换句话说，从一开始就把未来的教师培养成三门学科的整合者。这将需要老师要能教授一个综合课程。毫无疑问，会有一些严重的折衷和妥协，但这至少值得进行可行性研究。
研究的挑战
来自各种渠道的研究，包括本章前面提到的许多研究，表明对内容整合概念的进一步探索是必要的。在科学和数学界的研究中，值得注意的是，一些人的工作，他们的结论直接支持了将技术教育课程与科学和数学相结合的想法。Hamm (1992)确定了一系列应该采取的步骤，以促进科学和数学教育的发展。这些建议的步骤呼唤着需要一个技术教育实验室（technology education laboratory）来实现她的愿景：
1. 改善科学、数学和技术的教学…..通过为学生提供积极的实践经验，强调学生的好奇心和创造力，并经常使用学生团队式学习的方法（Adams & Hamm, 1990）。
2. 注意学生在学习过程中的重要性。学生需要被置于他们可以发展和创造自己的科学理解的情境中，将概念与个人意义联系起来，并为自己整理想法。
3. 纳入创新和替代性的教学策略。课堂的组织应使混合能力的小团体成为数学/科学讨论、发现、创造和与其他学科联系的论坛。
4. 开发新的课程模式。为了实现科学素养的目标，必须改变课程，减少所涉及的材料数量，强调主题方法。有必要关注科学、数学、技术各学科之间的联系，并建立综合理解（第7-8页）
W.M. Roth是一名高中物理教师，他开始认识到物理仪器在数学和科学的学习中可以发挥的作用。他对他的高中物理学生进行了案例研究。他所描述的活动与那些作为技术、科学、数学整合活动而开发的活动相似。
“学生们在实验中使用的光电门（photo gate）、小车和弹簧是他们控制的环境的一部分，从这个意义上说，它就像真实世界那样：他们记录数据，制作图表，使用MathCAD，提交报告….当迈克尔描述小车的运动时，他在几个层次的概念抽象之间建立了联系….最后，所使用的仪器，一个相对容易观察的物理系统，可以在慢动作中回放，对迈克尔构建物理和数学知识起到了重要作用。(1993, p. 115)”
Roth的研究使他提出需要在这个领域进行大量的额外研究。其中一个结论表明，有必要制定一个完整的研究计划，研究使用具体装置作为刺激物的科学和数学原理教学的可行性。这种性质的研究将有助于加强或反驳我们学校中技术教育与科学和数学整合的教学方法。
“对研究的影响是明确的。首先，应该确定一些具体的apparati （设备），它们必须满足两个条件：这些应用应该能够为科学和数学的整合提供可靠的课程单元，而且它们的复杂性应该能够促进意义的建构，而不是扼杀它。然后，应该进行研究，以调查在课堂环境中意义的建构，在这种环境中，科学和数学的教学是围绕这些要素系统地组织的。最后，应该进行研究，以确定这种以设备为中心的课程是否以及如何帮助建立意义创造者课堂社区。(1993, p. 121)”
Roth的结论有助于为技术问题解决活动中经常遇到的那种科学和数学问题建立一个理论依据。他暗示，过去十年来在技术教育中惯常使用的技术问题解决活动是对科学和数学原理研究的完美隐喻。然而，这些技术问题解决活动将Roth的概念提升到了另一个层次，因为它们允许学生设计、构建和评估他们自己的 “apparati”，而不是那些由教师人为提供的。正如Roth所说。
这项研究和其他研究（如Greeno，1988年）的结果表明，学生与物理设备和事件的互动使学生能够构建多种表征，并作为概念性科学和数学知识的锚点。这些设备可以是简单的，如Greenos,（1988）研究线性函数的滑轮曲柄系统或研究比率的平衡木。(1993, p. 121)
整合技术、科学和数学课程的想法从各种角度看都是有意义的。所有涉及到的三个学校学科都在不断支持。此外，这种方法所提倡的学习性质与目前整个教育领域正在研究的皮亚杰、基于探究和建构主义的学习理论非常吻合。然而，与教育领域的其他运动一样，如果认为目前所有的努力都有坚实的实证研究基础，那将是误导。在这方面，还有很多工作要做。
结论
在教育史上，现在比以往任何时候都更有条件在技术、科学和数学之间建立更紧密的工作关系。一些来自非常可靠和具有政治影响力的来源的报告已经承认了技术的存在及其在美国公民教育中的重要意义。支持这三个学科之间合作的资金机会越来越多。各学科教师之间的团队合作概念正在学校中得到推广和实施，特别是在中学阶段。尽管目前还不充分，但越来越多的研究证据表明，技术教育以其亲身实践、解决实际问题的方法，可以提高学生对科学和数学的兴趣，也可能提高他们的理解力。
如果要实现整合，就需要改变学校的结构。技术教师必须与科学和数学教师一样被纳入同一个规划小组。理想的情况是，学校的日程安排应进行全面改革以促进整合。在职前阶段，技术教师必须在科学和数学方面有扎实、优质的经验–刺激未来的教师，并体现出这些学科的价值和重要性。同样地，未来的科学和数学教师也需要有高质量的技术教育实践经验。
除了以整合方式学习的好处外，与数学和科学的整合也会给技术教育带来明显的好处。最重要的是，它有可能将技术教育确立为每个人的基本教育经验。这样一来，它就能达到该领域自成立以来一直渴望的普通教育目标。
整合也有潜在的威胁，以及与之相关的好处。也许最重要的是，技术在教育上仍然很重要，但其教学将由数学和科学教师提供。虽然这种情况是可能的，但至少有三个论点反对这种情况。首先，从涵盖规定内容所需的教学时间来看，科学和数学课程的开展已经出现了缺失。时间和灵活性是技术课程可以做出的主要贡献。第二，技术实验室是一个与学校其他设施不同的设施，专门为技术教学而设计。技术实验室的设备和材料使学生能够用真正的工具解决真正的技术问题，而不是简单的教科书中的认知问题或用纸板、轻木、剃须刀和胶水解决的问题。学生们实现了他们一生中可能再也不会有的体验。最后，技术教师有独特的、专门的资格来实现这一目标。技术教师给他们的班级带来的内容和方法非常丰富，可以适应整合教学的方法。在技术实验室中同时监督许多不同的问题解决活动的能力是一种不可低估的才能，而大多数数学和科学教师对这种方法几乎没有经验。
可以设想，在没有技术教师目前使用的工具、材料和专业知识的情况下，也可以开展技术教育课程。这样的课程可以由科学甚至社会学教师来教授。然而，这永远无法提供丰富的学习机会，是由我们今天所知的模范技术教育实验室所创造的环境提供的。
虽然有人会说，学科整合和教师团队合作不过是教育界的又一波浪潮，会冲垮海岸，但跨学科教学在实际操作中的普遍性，尤其是在中学阶段，即使是最坚定的悲观主义者也会对这种方法多看一眼。虽然有许多后勤方面的障碍可以作为不整合这三门学科的借口，但学生肯定会从这个更大的、现实世界的背景中看到每个学科的内容而受益。
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