時間：2023-09-20 15:23:22
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關鍵詞：和諧 融洽 民主 快樂 激發熱情
學習興趣是學生學習主動性的體現，也是學生學習活動的動力源泉。新課程標準倡導教師要改變傳統滯后的教學模式，以學生為本，讓學生在實踐中自主探究、合作學習，激發學生的學習興趣，讓學生充分發揮自己的主體作用，從而發展學生的綜合能力。那么在小學數學課堂教學中，如何激發學生的學習興趣、提高課堂效率呢？下面結合自己的教學實踐談談我在這方面的做法與體會。
一、建立融洽、和諧的師生關系
教師是教學活動的組織者、指導者和參與者。在教學過程中，教和學是一對矛盾，作為矛盾雙方的代表教師和學生如何和諧融洽關系，對完成教學目標至關重要。如果學生對某個教師有好感，他們便會對這位教師的課感興趣并分外重視，肯下功夫、花大力學這門課程，這種現象就是我們常說的“親其師，信其道”；反之，如果他們不喜歡某位老師，由于逆反心理，他們也就不愿學或不學這位老師的課了。所以，我注重深入學生，和學生打成一片，了解他們的興趣、愛好、喜怒哀樂情緒的變化，時時處處關心、愛護、尊重他們，讓自己在學生心目中不僅是一位可敬的師長，更是他們可親可近的親密朋友。只有這樣，師生才能關系和諧、感情融洽。例如：在傾聽完學生的不同意見后，說“我真榮幸，我和某某的意見相同”，話雖然簡單，但足以說明教師已經把自己視為學生中的一員，由此建立起來的師生關系更加融洽。
二、改進教學方法，激發學生的學習興趣
作為一名小學數學教師，課堂上必須注重教學的藝術性和科學性，善于利用不同的教學方法，創設各種教學情境，活躍數學教學課堂。這樣才能激發學生的興趣和求知欲，引起學生的共鳴，集中學生的注意力，使學生愿意聽下去，并啟發學生的思維，培養解決問題的能力。課堂上教師可以通過教具、學具以及多媒體等電教手段，開展數學游戲或競賽，讓學生走出課堂，聯系學校、家庭和社會進行學習；低年級還可以結合教學內容編插童話故事等來營造生動活潑的學習氣氛，可以說一個幽默笑話、一則故事，或讓學生進行課前兩分鐘總結，自由發言，從而活躍課堂氣氛，激發學生的學習興趣，完成教學前的預熱活動。在課堂教學中，不能只搬課本的例題講一遍和做一兩題練習就算是教學了，要善于利用教學用具、直觀教具如圖片模型等來進行教學。教具和教師的講解結合在一起，這樣才能給學生比較深刻的印象。
三、激發動機，培養興趣
在教學過程中，要重視學生的好奇心，結合教材適時地向學生介紹些古今中外著名的專家、學者，介紹他們多思多問、自問自答、刻苦努力、創造發明的事例，培養學生的學習興趣，激發他們的求知欲。一個沒有求知欲、學習不主動、懶于思考、不會問的學生，也就無創新可言。提問能力的提高可以促使學生敢于質疑、敢于提問、敢于挑戰權威，積極主動去探索知識的奧妙，成為自覺的學習者。數學的定義和概念是怎么得來的？定理和公式是怎么得來的？條件和結論分別是什么？作用是什么？可能有哪些變化？如何應用？……要讓學生產生一種懸念，提供展示自我的機會，讓學生體驗成功，使學生感到學數學并不難，從而引發學生對學習數學的興趣，進而在求知欲的驅動下，養成想問題、提問題和延伸問題的良好習慣。教師要引導學生換個角度思考，還能深層次提出哪些問題？讓學生帶著問題學習，凡事多問個“為什么”。通過師生雙邊民主和諧的活動，要讓課堂煥發出創新的生機和活力，讓問題進課堂，切實變革發展學生智能的行為方式。
四、動手操作，激發學生的學習興趣
關鍵詞：小學數學；概念教學；問題困惑；策略思考
在小學數學教學中，概念教學不僅是重點內容之一，還是教學中最大的一個難點。小學學生處于初期發展階段，語言表達能力和抽象思維能力都較差，難以理解抽象的數學概念。所以如何有效地進行小學數學概念的教學就成為小學數學教學研究不變的主題。那么，在現實的課堂上如何將枯燥的數學概念知識變的生動化、情境化，讓學生學的輕松，學的愉悅，讓課堂充滿生機與活力呢？下面談談我在教學中的幾點嘗試與體驗。
一、在生活情境中感悟數學概念
《數學課程標準》指出：在數學教學中一定要結合學生的實際生活，在現有的知識的生活基礎上設置生動形象的學習環境，目的是激發學生的學習興趣。讓學生把全部精力投入到學習中去，讓他們認識到數學知識在實際生活中具有一定的意義，且數學知識是非常有趣的。
小學生在理解新鮮事物的時候大都是通過形象思維的方式去理解，尤其是低年級的學生。教師在對低年級的學生進行教學的時候，因為學生缺乏生活閱歷與基礎知識，所以大都選用具體的形象事物來讓學生認識并掌握所學到的知識。在所有的科目中，邏輯性最強的就是數學，盡管數學概念是最基礎的知識，但對小學生來說較難理解。建議教師在對學生講解數學概念的時候借用一些實物或聯系學生生活中的實例，這樣不僅可以更形象的展示出數學概念，還可以讓學生對數學產生濃厚的興趣，有利于提高教學質量。如在講解平均數時，教師可以準備4塊完全一樣的木塊，然后分成兩堆，分別是1塊和3塊，然后提問學生：兩堆木塊中小木塊數量是否一樣多？哪堆多？哪堆少？待學生回答完畢，教師在將木塊分為兩兩一堆，然后告訴學生“2”是剛才兩堆小木塊的平均數，學生在思考這一結論的時候教師可再次進行演示，讓學生仔細觀察，深入思考。教師借助木塊演示的方法讓學生認識并掌握平均數的概念，同時還可以通過比較大小的方式讓學生們認識到原來的“1”“3”可以和平均數“2”比較大小。所以教師可以選用這一方法把“平均數”的概念很直觀的講解給學生，且學生通過觀察這一演示可以得到更好的理解平均數的概念。
二、在動手操作中領悟數學概念
數學教材中概念的定義、符號和專業術語等都是權威機構規定的，教師在給學生講解這些抽象概念時可以利用探索、發現然后驗證這一方式。學生在理解數學概念的時候教學方式顯得尤為重要，因此教師應選用學生便于理解的方式進行講解，而不是機械式的概念教學。概念教學可以讓學生體驗到概念產生的過程，若教學方式合理，學生們會主動地去理解并構建數學知識體系。
小學生的心理發展和對事物的認知程度有限，所以小學數學教材中概念的定義不全面，但這些概念在數學教學環節的作用非常重要。教師若無法形象的給學生講解數學概念，可以讓學生自己選用折一折、摸一摸、移一移等方式自己理解數學概念。如講解數學中“軸對稱圖形”的時候，可以讓學生畫一個正方形或長方形，然后沿線將圖片剪下來，然后對折這些圖形，讓學生觀察這些對折后的兩個圖形是否完全一致，引發學生的思考，從本質上展現出軸對稱圖形這一特征。
三、在鞏固應用中強化數學概念
概念教學需遵循“從生活中來―抽象成數學模型―到生活中去”這一原則，以學生已有的閱歷為基礎，去學習并掌握抽象數學模型，再根據自己的理解將其應用到實際生活中，體驗數學和人們生活的緊密關系。所以在數學教學中，不僅應重視給學生講解概念知識，還應通過實踐讓學生更深刻的了解數學概念。加強學生對數學概念的理解能力，注重訓練學生做數學題的技巧，進一步提升學生做題能力。所以每一節課都應給學生留一部分練習題。下面簡單介紹一下怎樣在新課程理念下設計數學練習。
首先營造“娛樂性”學習氛圍，吸引學生注意力。這種做法應了那句俗語“興趣是最好的老師”。這就對教師的教學水平提出要求，教師在布置練習題的時候應從學生感興趣的事物著手，設置一些有趣的教學環節，引發學生的學習興趣。在給學生機械式的灌輸數學概念后，反復對知識進行溫習，這難免會降低一些學生學習的積極性。教師可根據學生的年齡特點，組織“歡樂大比拼”等競賽活動。練習題不變，但做題的氛圍不同，心情不同，效果也不同。學生通過“娛樂性”活動做數學練習題，不僅可以引發學生的學習興趣，還可以更深刻的鞏固已學的知識。
其次，練習的方式與題型應多種多樣。讓學生可以更積極地去主動學習，掌握新知識，并將其靈活運用到實際生活中。在練習的時候應多選用動口、動手等多種感官，而不是一味兒的抄題、做題。題型也應具有多樣性，如口算練習、選擇練習、筆算練習、競賽練習、選擇練習等，讓學生學會動手、動口、動腦。此外，還可以選用分組練習的方式。
四、結語
總而言之，新課程下的概念教學須遵循動手操作、體驗生活、學習后建立數學概念這一教學原則。但應知道教無定法，所以應根據小學生的年齡特點，引發學生的學習興趣，而不是死板的將抽象概念灌輸給學生。在教學的過程中利用多種教學方式，營造一個學生樂于接受的學習氛圍，讓概念教學更加充實，讓學習的課堂更加精彩，讓學生的學習興趣更加濃厚！
【關鍵詞】新課改理念 高中物理教學 信息技術 整合
1 引言
高中物理新課程是以《普通高中物理課程標準（實驗）》以及《基礎教育課程改革綱要（試行）》為基礎進行的教育整合，新的課程理念要求高中物理教學必須堅持以人為本的發展思想，培養全面發展，有健全人格和科學素養的新型人才。在新課程教育理念下，傳統的填鴨式教學模式就顯得有些格格不入，因此，探究一種新型的教學模式是新課程改革之下高中物理教學改革的必由之路，而信息技術的發展就為物理教學的改革提供了良好的契機，將物理教學與信息技術進行整合也成為高中物理教學的發展趨勢之一。就現階段來看，信息技術的發展已經較為成熟，很多學校也開展了信息技術教學試點工程，取得了良好的成效，高中物理教學的抽象性較高，理論知識繁多、聯系性強，學生學習起來普遍有吃力感，采用單一的課堂教學模式很容易導致學生產生一種厭學情緒，將課堂教學與信息技術結合起來不僅可以提高課堂教學的效率，改善教學效果，也可以大幅提高學生學習的積極性。下面就根據高中物理教學的實際情況探討新課程理念下高中物理教學與信息技術的整個方式，希望可以拋磚引玉，提高高中物理教學的課堂效果。
2 新課改理念下高中物理教學與信息技術的整合
2.1 高中物理教學與信息技術整合對教師和學生的要求
2.1.1 高中物理教學與信息技術整合對教師的要求
信息技術的運用對教師提出了新的要求，在課堂教學與信息技術的整合下，黑板被大屏幕取代，粉筆被電腦和鼠標取代，那么教師也必須對自身的角色進行重新的審視和定位，傳統教學模式與信息技術的整合將傳統的教師、學生組成的教育系統轉變為現代化的由教師、學生以及計算機構成的新型教育系統，因此，教師必須要認識到這種新的發展趨勢，重新定位自己在教學中的角色。在傳統的教學模式下，教師是知識的傳遞人，也是教學的主導者，在信息技術的教學下，這就對教師主導者的地位提出挑戰，面對信息更新迅速的時代，教師必須尊重學生的主體地位，增加與學生的溝通和互動，提高學生學習的主動性。
2.1.2高中物理教學與信息技術整合對學生的要求
在信息化的教學模式下，學生的角色與以往相比也有了較大的改變，在這種模式下，學生成為學習過程的主體，可以積極主動的進行學習，參加教學活動，為此，學生必須要掌握好信息技術應用能力，學會自主地通過網絡、圖書館等各種渠道尋找和收集知識，同時，要學會使用辦公軟件來展示自己的學習成果、處理實驗數據。除此之外，由于課堂中傳授的知識十分的有限，雖然教師有著專業的教學功底，但是面對眾多的學生，也難以一一的為其答疑解惑，為此，學生必須要養成自主學習的能力，通過網絡教學等多種模式自主地探尋知識，提高自身的學習能力，自身物理學習水平的提升打好堅實的基礎。
2.2新課改理念下高中物理教學與信息技術的整合要點
2.2.1 設置教學情景
在信息化的教學模式下要設置好一定的教學情景，引導學生在這種情景中主動地發現問題、解決問題，讓學生在學生與教師、學生與學生的討論中，經過鑒別與比較，判斷和分析，在腦中建立新的物理圖景。此外，教師要在設計一些內容豐富、針對性強的PPT教學課件，營造一種輕松的學習氛圍，引導學生主動地參與到教學過程中，將傳統的“要我學”的局面改變為“我要學”的局面，讓學生真正成為學習的主人。例如，在講授《運動快慢之速度》內容時，教師可以在課堂上播放奧運會短跑的短片，在播放完成之后將畫面進行慢放，讓學生仔細地觀察，在頭腦中形成速度的概念。這種教學模式不僅可以很好地培養學生的創造性思維，也可以在很大程度上提高高中物理教學的課堂效果。
2.2.2 再現運動情景
物理教學與其他學科的教學特點不同，在物理教學中，有一些復雜的運動過程，單純依靠教科書的學習和自我想象，學生往往難以在頭腦中建立物理圖景，這就在一定程度上降低了物理教學的教學效率。在信息技術的發展下，教師可以制作一些針對性強的物理課件，將運動過程在課堂上重現，幫助學生在頭腦中建立正確的運行圖景，這不僅可以集中學生的學習注意力，也可以提高學生的學習興趣。高中物理課堂中動態的物理運動很多，如小球平拋運動、衛星圓周運動、機械振動過程、彈簧振子運動等等，這些物理運動本身是教學過程中的難點和重點，通過多媒體課件進行動畫模擬就可以幫助學生感受到動態運動的實際效果，讓物理學習由抽象變為具體，正確地認識物理規律和現象。
2.2.3 不能摒棄傳統的教學方法
在高中物理教學與信息技術的整合過程中要注意，不能盲目追求課堂教學的信息化，要將傳統教學模式與信息化進行融合，注重實驗的重要性，合理地設置多媒體教學課件，將傳統的教學方法與信息技術進行完美的融合，從根本上提高高中物理課堂教學效果。
3 結語
近些年來，高中物理新課程改革的理念逐漸地深入人心，新課程理念將教學的重點放置于學生綜合科學素養的培育上，因此，對高中物理課堂教學與信息技術進行整合也是大勢所趨。在整合的過程中，教師要轉變傳統的角色，引導學生積極主動的探索知識，但是，也要注意，信息技術并不能完全代替傳統的教學模式，必須將傳統的教學手段與信息技術綜合滲透，才能從根本上提高課堂教學的效果。
【參考文獻】
[1]王鋒. 新課程理念下信息技術與高中物理教學整合探究[J]. 遼寧師范大學，2009，03（01）.
關鍵詞：智能；智能科學與技術；語義分析；知識體系；課程體系
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
1 引言
“智能科學與技術”專業教育意指將“智能科學與技術的知識體系”傳授給本科生或研究生。構建智能科學與技術的知識體系通常有兩種途徑：(1)經驗歸納法，從社會實踐和科學研究已經獲得的知識集合中選擇出若干，認為這些知識應該歸屬于“智能科學與技術”，且將其結構化與系統化。(2)概念演繹法。追問“智能科學與技術”的確切含義為何，由此聯想其涉及的主要方面，概念推演形成的軌跡即是知識體系。兩種方法的結論應是一致的。就實際操作而言，前者的主要環節是“選擇知識”和“搭建體系”，而“選擇什么”和“搭建成何樣”就與研究者的偏好相關，常出現觀點相左的情形；后者的主要環節是“明確語義”和“語義延伸”，能被稱為概念的東西總是成熟的，即已有大量的先前研究，對此人們的分歧較少，而從概念出發的語義延伸又是遵循演繹邏輯的，由此而得的知識體系就易被公認。
本文的研究采用概念演繹法，具體的討論依層次遞進展開，首先明確“智能科學與技術”的中文語義，其次討論該語義涉及的關鍵概念之內涵，進而合成這些關鍵概念的具體內容，繼之概括“智能科學與技術的知識體系”，最后設計“智能科學與技術專業教育的課程體系”。
2 “智能科學與技術”的語義
盡管有邏輯上的先后，“科學”與“技術”通常被認為是并列的兩種人類文化活動。“智能科學與技術”就應被分為“智能科學”與“智能技術”。
智能是某種行為主體所具有的能力和所表現的行為。這種具有智能的行為主體目前(也許永遠)只有兩類：生物(其中主要是人類)和機器。若以人類代表生物，智能就有兩種表現形態，人類智能(human intelligence)和人工智能(artificial intelligence)，后者是對前者的模仿與延展。
科學是為了獲得所考察對象的知識體系，技術則是依據某種原理設計制造各種人工系統。由此，“人類智能科學”、“人工智能科學”、“人工智能技術”是無歧義的，而“人類智能技術”就不成立(確切地說，是間接地通過“人工智能技術”的方式表現出來)。
基于上述分析，“智能科學與技術”的語義由三部分構成，“關于人類智能的科學”、“關于人工智能的科學”和“應用人工智能的技術”。根據慣常的教育與研究分工，前者是心理科學領域的重點所在，后二者則是信息科學領域的前沿方向。目前國內所開辦的“智能科學與技術”專業教育大多屬于理工科本科，其側重所在自然是“人工智能”。
支撐著“智能科學與技術”及其三部分構成的關鍵概念是“智能”、“科學”與“技術”，對其進行深入剖析有助于推演出“智能科學與技術的知識體系”。
3 關鍵概念的剖析
3.1 “智”對應于Intelligence
漢語中的“智”是“知”的后起字，而“知”是“出于口者疾如矢也”，意指認識的事物可以脫口而出。“知”添加了“曰”即為“智”，再清楚不過，“智，知而道出也”。智，就是人們日常口語中的“知道”。
英語中的Intelligence源于拉丁語的動詞intellegere，意思是to understand。而intellegere是inter(interl與legere(to choose)的合成詞，故它所表達的是“在推理基礎上的理解”。
可見，漢語的“智”關注知識(識，知也。《說文》)及其共享；英文的Intelligence則強調知識及其可靠來源。有所差異并不妨礙將不同文化系統中的這兩個概念對應起來。
3.2 “智”的派生詞
盡管語義十分貼切，卻不可將Intelligence直接漢譯為“智”。在現代漢語中，單字形式的名詞一般不用于表達抽象概念，因為單音節的高頻率使用在言語交流中難以通暢順口。通常都是采用雙字形式的名詞。“智”需要再添加一字。處理的辦法無非兩類，同義重復或附加意義。前者生成的是“智慧”，后者得到的是“智能”和“智力”。
智慧之“慧”，一方面與“智”同義(知或謂之慧。《方言》)，另一方面又與佛教名詞“般若”(Praina)相連，在中國的文化傳統中，佛是高深至上的，這樣，智慧的真理性就毋庸置疑。作為漢語詞匯的“智慧”固定下來之后，除了與英文的Intelligence相對應，還與英文的wisdom(wise“聰明的”+dom“性質或狀態”)相一致。更重要的是，wisdom就是希臘語的sophy，由此構成了philosophia(英文philosophy)。“智慧”連接著中國的佛教(與中國哲學相通)和西方的哲學。智慧是哲學層面的。
“智能”和“智力”都是“智的能力”的簡稱。推敲其中的意味饒是有趣。作為物理學概念的“能”和“力”，二者是一種源流關系，因而在漢語的習慣中，“能”更本質，“力”則外顯，暗含著有高下之分。這樣，智能有“智能人”、“智能機器”、“智能科學”等，智力則是“智力游戲”、“智力玩具”、“智力商數”等。層次的感覺是明顯的。智能和智力是科學層面的。
“智”的派生詞最常用的有三個：智慧、智能和智力，它們均可英譯為Intelligence，但在漢語中分別屬于三個層次，即哲學領域、科學領域(較高層次)和科學領域(較低層次)。
3.3 關鍵概念的文化比較
將與“智”相關的中文概念和與Intelligence相關的英文概念進行對比，可看出中西方文化的相通與差異，有助于更深刻明晰地理解“智能”的語義。表1是基于英語概念的文化比較。從中可見，“智能”較高于“智力”在西方文化中表現為對現在分詞的偏愛。
表2是基于漢語概念的文化比較。英語的Intelligence可以籠統地表示漢語的“智、智慧、智能、智力”。現限定“構建智能科學與技術的知識體系”是一項科學研究(即不考慮“智慧”)，再用“智能”作為“智能”和“智力”的統稱，這樣，“智能”就成為將要繼續討論的唯一概念。
3.4 智能之“能”
前已闡明，智能就是“智的能力”。這種能力究竟為何，學者們曾有過大量的討論。其中一種通俗簡潔的表述 被包含于后者之中。在人工智能中將二者分開，緣于它們的對象不同，前者針對的是自然界，后者則面向人類已有的知識積累。“推理”是生命體存在的基本前提。所以，關于人工智能的科學只有兩個分支：機器感知／發現理論(派生于人的認識論)和機器推理理論(基于人腦推理理論的討論)。
(4)應用人工智能的技術。第3.6節說明，技術就是應用手段、技能和方法設計與制造人工系統。圖4模型所示意要設計與制造的人工系統只有專家系統和機器人。所以，應用人工智能的技術主要有兩個：專家系統技術和機器人技術。
(5)基于現狀的人工智能科學與人工智能技術的內容調整。前面將“機器感知”和“知識發現”歸于科學范疇，其根據就是因為它們均是客觀存在。然而，現在的“機器感知”還非常簡單，對于諸如表情、語氣等稍微復雜的客觀現象就無能為力：“知識發現”也主要依賴于基于語法的關鍵詞匹配，而對于如何有效地理解語義特別是語用還差得很遠。鑒于如此現狀，將“機器感知”和“知識發現”歸于技術更合適一些。
(6)智能科學與技術的知識體系。集成上述的觀點可得圖5所示的知識體系。理論是概念、原理的體系(《辭海》)，本身就是知識體系。技術包括手段、技能和方法，也是知識或知識指導下的操作。所以，智能科學與技術的知識體系由兩個理論和四種技術構成。
圖5的表示是粗線條的。正是因為它沒有將與“智能”有關的科學理論和技術方法全部羅列出來，才有了一個簡潔的框架，以便在此基礎上進一步細分和添加，最終形成一個系統的圖景。
6 “智能科學與技術”專業教育的課程體系
“智能科學與技術”專業教育的使命就是將圖5所示的知識體系教授給本科生或研究生。學校教育總是以課程方式進行的。智能科學與技術的知識體系必須轉化為課程體系。基于圖5所示模型、兼顧目前大學課程設置的現狀、特別是參照國內學者的研究成果和國內率先開辦智能科學與技術專業的大學的探索性經驗，提出“智能科學與技術專業教育的課程體系”的一種方案，見表3。
如表3所示，“智能科學與技術”專業的課程設置對應于智能科學與技術知識體系的主要內容(見圖5)，共六門主干課程：
(1)“腦與認知科學”。包括“腦科學”與“認知科學”。
(2)“機器學習”。推理是學習過程中所采用的主要方法，機器學習包含機器推理，在一般意義上可以認為二者同義。目前講授機器學習的大學課程主要有：“機器學習”、“模式識別”(是實現機器學習的一種方法)、“計算智能”。后者包括“模糊計算”、“神經計算”、“進化計算”，講授一些具有前沿性的理論與方法。
(3)“機器感知”。包括“機器視覺”模仿人類的視覺、“計算機語音技術”模仿人類的聽覺、“自然語言理解”模仿人類對語言與文字的理解。
(4)“知識發現”。包括“信息檢索”和“數據挖掘”，前者在數據庫中進行關鍵字匹配、在萬維網上進行關鍵字匹配、在語義網上進行語義匹配以獲取所需要的信息，后者將信息組織到數據倉庫中以便尋求信息之間的規律性關聯即獲得知識。
(5)“專家系統”。該課程所講授的內容包括管理信息系統、專家系統、決策支持系統、多Agent系統。它們是人工智能為人類提供的實用型信息產品。
(6)“機器人”。利用機器來獲得身心的解放與擴展是人類的夢想和永遠的追求。擬人機器的設計與制造涉及諸多學科，在大學的專業教育中只能講授一些基礎概念。
可以將整個“智能科學與技術的知識體系”看作是一個對知識進行“輸入一加工一輸出”的結構。由表3可見，與知識輸入有關的是“機器感知技術”和“知識發現技術”；與知識加工有關的是“腦科學理論”和“機器推理理論”；與知識輸出有關的是“專家系統技術”和“機器人技術”。在智能科學與技術學科中，分工專門研究知識輸入、知識加工、知識輸出，就構成了其三個主要的研究方向：知識處理、智能理論與方法、智能系統與應用(如表3所示)。
7 結論
(1)智能科學與技術是人類智能科學、人工智能科學和人工智能技術的總稱。技術的標志是用于設計與制造人工系統，因而“人類智能技術”并不直接存在。
(2)“智能”是“智的能力”的統稱。中文的“智”之本義是“知而道出”，與英文的Intelligence(本義“推理基礎上的理解”)盡管側重不同，仍被認為語義相等。現代漢語不習慣單字形式的概念，“智”便有了三個常用派生名詞“智慧”、“智能”和“智力”。前者屬于哲學概念：后二者屬于科學對象，是“智的能力”的兩種不同簡稱，亦有層次高下之分。在科學領域，“智能”通常涵蓋“智能”和“智力”。
(3)智能科學是指，認知智能事實、歸納智能規律、總結智能理論。
(4)智能技術是指，設計與制造人工智能系統的手段、技能和方法。
(5)智能(intelligence)應該是“能智”。即能知、能日、能推理、能理解、能應用。
(6)智能是以知識為主線的三個環節的序貫過程。智能表現為知識在知識獲取、知識推理、知識應用三類活動中的定向流動和逐級提升。
(7)智能首先遇到的問題是知識表示。人類智能的知識表示是在文化傳承中自然實現的，而人工智能的知識表示則依賴于專門的人為規定。這樣，智能的內容就有四個部分：知識表示、知識獲取、知識推理、知識應用。
(8)智能最簡明最本質的定義是：知識+推理。人類智能的特征是，知識用自然語言表示、推理在人腦中進行；人工智能的特征是，知識用機器語言表示、推理用機器實現。
(9)人類智能的內容主要有五個：感官感知、信息檢索、人腦推理、實際問題解決方案、實際問題解決方案的執行。
(10)人工智能是對人類智能的模仿與延伸，其主要內容也相應有五個：機器感知、知識發現、機器推理、專家系統、機器人。
(11)智能科學與技術的知識體系由兩個理論和四種技術構成。智能科學與技術的知識體系涉及關于人類智能的科學、關于人工智能的科學、應用人工智能的技術，具體有腦科學理論、機器推理理論、機器感知技術、知識發現技術、專家系統技術、機器人技術。
[關鍵詞]技術素養：技術概念；技術發明概念；設計
[中圖分類號]G40―057
[文獻標識碼]A
[論文編號]1009―8097(2009)13―0022―04
一 研究背景與目的
我們生活在一個科學技術無孔不入的時代。技術不僅應用到社會生產，而且形塑了社會生活的態式。因此任何一個人，即使不在職業中應用技術，也在生活中使用技術產品。具備基本的科學技術知識和使用技術的能力是生活在技術時代必備的公民素養。近年我國來對科學素養十分重視，已經進行了全民科學素養的多次調查。實施了許多切實有效的提高公民科學素養的措施。但是，由于科學與技術是有區別的，科學素養與技術素養的內涵也存在著不同，在現有的公民科學素養的培養計劃中偏重科學，技術處于暖昧不明的地位，頗有用科學素質代替技術素質的傾向。盡管為了培養學生的技術素質，在基礎教育的新課改中，部分省市的中學開設了《通用技術》的課程，但仍然存在著認知上的不統一和執行上的不適應。另外，為了培養適應社會發展所需要的技術人才，哪一種能力應當加以強調?在基礎教育和高等教育中各應側重什么?都有還需要進一步明確。
技術素養定義和構成十分復雜，本文儀從與技術素養密切相關的要素：“對技術概念的理解”入手進行調查，鑒于正規教育是提高公民技術素養的最強有力的渠道，所以本次調查對象僅限初中生、高中生、大學生，還沒有擴展到普通民眾。主要目的是比較不同層次的學生對上述問題認知狀況，從中討論技術素養培養的得失。
二 研究方法
1 問卷設計
(1)對技術理解的問卷設計
本文把對技術的理解的考察因素分為如下六個方面：技術與科學的關系、技術與知識的關系、技術與技能方法的關系、技能與設計的關系、技能與物的關系和公眾接觸實用技術的情況。考察內容見表1。
(2)問卷運用映射法的說明
由于問卷調查的對象中有初中學生，考慮到對初中學生來說，問卷中關于技術和技術發明的概念理解比較抽象，故采用心理學的映射方法。以一故事或事例為引導，幫助他們理解問卷的題目含義。如對技術的理解，采用一家人對話的形式，分別涉及兒子在生活中接觸的現代技術的知識(MP3說明書)、父親在工廠中接觸的現代生產技術、爺爺的傳統生產技能和媽媽的生活技能，使他們可以從具體的方面去回答對抽象概念的理解。又如引用科技史中科學發現和技術發明的實例，讓初中學生在回答有關技術發明的理解題目時有更多的感性依據。
2 研究對象和統計方法
(1)調查時間和對象
調查時間為2007年9月～10月，分別在三所中學一所大學進行。
本次調查選取本地學生500名，分發問卷500份，收回473份，有效466份，回收率為93.6％。被調查者中男生250人，女生216人，學生的學段及學校構成如表2。
(2)統計方法
問卷一和問卷二，每一題按照“非常不符合”、“不太符合”、“比較符合”、“非常符合”的四級度量，對應賦值為1、2、3、4進行統計。從調查獲得的數據主要不是表示接受測試的對象的對相關概念理解情況的高低，主要說明不同群體的掌握程度的差異。
三 研究結果與討論
1 研究結果
(1)學生對技術概念理解的共性特征
從表3中可以看出，466名學生的共同傾向是，對一些技術的理性認識較薄弱，如“技術與知識的關系”、“技術與技術物的關系”等等。但對于“技術與設計”、“技術的使用的接觸”，以及“技術與技能、方法的關系”認識較好。
(2)初中生與高中生的總體比較
問卷一，初中生對技術與設計的理解更趨于感性的方面，高中生的認識深度明顯提升，只有在“技術與技能、方法的關系”上差異不顯著，其余項差異均顯著，高中生的認知高于初中生。(見表4)
(3)大學生與中學生的總體比較統計結果顯示，所調查的項目并未顯示出大學生的進步。在“技術與設計的關系”，以及“技術是一種技能方法”兩個項目上，中學生得分高于大學生，達到顯著水平。(見表5)
2 討論
(1)初中生對技術概念的理解比較模糊
美國學者瑞特等人(Raat and de Vries，1985)曾在“學生技術態度傾向”(Pupils’Attitudes Toward Technology，簡稱PATT)項目中著重研究了學生對技術的態度和技術概念的理解，發現13歲左右的孩子對技術概念的理解是模糊的。貝默等人使用(Bame etal，1993)。PATT問卷調查美國的幾個州的學生，得出了與瑞特相同的結論，同時發現如果孩子家長有一個從事技術工業對孩子的技術態度影響是正面的。本研究的結論與國外學者十分類似。統計結果顯示，高中生比初中生各項有顯著提高，大學生與高中對技術的理解沒有顯示出顯著差異，只是在科學與技術的關系方面，大學生的認識水平高于中學生。說明中學是一個發展的關鍵時期，學生在高中階段已經完成對技術的通常理解水平。到了大學階段，只是在專業技術方面得到提高。對技術發明和技術創新的認知，初中是一個認知變化更多的關鍵期。
(2)有關“技術物”的認知
有關“技術與物的關系”共有三道題。具體統計中發現，初中生的認知水平明顯低于高于中生。對第5題“技術就是指具體的技術產品，如計算機、掃描儀、mp3。”初中生的認知與高中生的差異不顯著。看來由于經常接觸現代技術產品，很容易形成一定的認知。對于第4題“技術是指勞動中的生產工具和設備，如鐵鍬和機床”高中生得分高于初中生，達到統計差異水平。這可能是由于初中生的社會實踐知識和閱歷都較高中生少，不了解生產中的工具和設備，因此認知不足。對于第11題“技術就是工程”。高中生與初中生得分有顯著差異。第11題的設計出于這樣的思考，由于我國著名工程哲學專家李伯聰先生認為工程就是“造物”，所以，把技術看成是工程，也即與物相聯系。但“技術就是工程”的說法，也存著將技術與工程聯系起來，卻沒有將技術與工程加以區別。
許多技術史和技術社會學的研究往往是通過人工制品來揭示技術發展的某些問題，喬治巴薩拉堅持認為：“技術和技術發展的中心要素不是科學知識，也不是技術發展的群體或技術經濟因素，而是人造物本身。創造性技術活動的最終產品一般都要給人造物世界添加點東西――一個石錘、一只鐘或一臺電動機等。”雖然我們并不把技術歸結為工具或人工制品，“然而人工制品仍舊是技術的動態表達的焦點，并提供了一個現成的、可見的發展索引。”人工制品作為技術的結果和重要維度之一，對其進化過程的把握是技術進化研究的必要途徑之一。但是終究認為技術的本質并不是“物”的屬性能夠涵蓋代替的，技術的本質不是“物”。從調查結果看來，初中學生并不能夠明晰地分辨出技術產品與技術本質的不同。
(3)有關技術概念理解的性別差異
關鍵詞：機電系統 概念設計 應用特點
中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0041-01
機械電子學自從20世紀70年代誕生至今，歷經了差不多40個年頭，在科學水平的不斷發展的同時，人們對于機電產品的需求也隨之逐漸增加。在需要企業具有快速創新研發新產品能力的時代大環境下，概念設計技術的應用越來越普遍，不但在汽車等高檔奢侈品上得以應用，在機電系統上的概念設計也越來越受到大家的青睞。因此，不僅要清醒地認識到機電系統概念設計技術研究的背景，還要深刻理解機電系統和概念設計技術的具體內容，同時，對機電系統概念設計技術的應用特點進行一定的探析。
1 機電系統概念設計技術與應用的研究背景
就機電系統概念設計技術與應用的研究背景而言，包括技術支持和機電產品需求兩個方面。具體來說，一方面，鑒于機械電子技術、傳感技術，以及計算機信息技術的持續發展，為機電系統的探索和應用提供了技術方面的大力支持。另外，人們對機電產品的需求和種類日益增多，然而，整個社會對機電產品的實際需求的變化速度無法與其產品的設計速度相適應。因此，機電系統的設計是機電產品的研發進程中的重要環節之一，而機電系統的概念設計更加是極具創造性的重要階段之一。另一方面，由于當今世界，科學技術日新月異，新產品更新換代的速度明顯加快，現代市場的產品競爭日趨激烈，對于機電系統的設計的要求將更加嚴格，對于機電系統的設計師而言，除了以往常用的適應性設計及變形設計，機電系統的創新性設計的任務已經迫在眉睫。面對嚴峻的挑戰，應當明白機電系統產品創新的關鍵所在，清晰地認識到機電系統概念設計技術的重要性。
2 機電系統以及概念設計的內涵
2.1 機電系統的內涵
機電系統，也是機電一體化系統，它一般是指幾厘米以下，甚至更加小尺寸的小型裝置，主要由傳感順、執行器，以及微能源等組成，實際上是一個相對獨立的智能系統，在電子和機械等各個領域有著非常廣泛的應用。對于機電系統的具體內涵，其實有很多不同版本的理解，有的認為，機電系統是一種將機械設備、電子裝置和各種軟件等有機結合而組成的應用系統；有的認為，機電系統是一種主要由計算機信息網絡協調并控制的，以此來實現機械力、運動和能量流等多動力學任務，同時，將機械和機電的各個部件相聯系的系統；有的認為，機電系統是一種將多種不同技術，比如，機械電工、電子光學等組合而成的系統。而在我國普遍將機電系統定義為是機電一體化技術（包括精密機械技術、伺服傳動技術、傳感檢測技術、信息處理技術、自動控制技術，以及系統總體技術）與機電一體化產品的合稱。
2.2 概念設計的內涵
眾所周知，產品設計是一項非常復雜的工作，就其具體的過程而言，雖然國際上有諸多論述，眾說紛紜，但是無論是哪一種說法，得出的總結就是產品設計涉及到兩個重要的設計階段，也就是概念設計與詳細設計。而概念設計的內涵主要包括這樣幾個方面：首先，功能創新；其次，功能分析和功能結構圖設計；再者，工作原理解的搜索和確定；最后，功能載體方案構思和決策。因此，概念設計在產品設計的整個過程中占據著重要地位，發揮著不可替代的作用，如果概念設計做好了，產品設計的整體水平才能達到一定的高度。此外，機電系統的概念設計運用到多個學科范疇的知識，其體現了設計的高度藝術性、創新性，以及綜合性。
3 機電系統概念設計技術的應用特點
3.1 創新性
我國一直致力于建設創新型國家，培養創新型高新技術人才，對于“創新”一詞的高度重視是當今社會的必然要求，而對于機電系統概念設計技術而言，創新性更是機電系統概念設計技術的精髓和靈魂，如果要適應時展的要求，滿足用戶對機電產品的日益增長的要求，就要很好地體現機電系統概念設計技術的創新性特點，只有不斷地對機電系統進行創新的概念設計，才能夠打造出能夠讓機電產品的用戶感到滿意并且適用的新產品。因為機電系統本身就是一個相對比較繁雜的綜合性系統，所以，機電系統概念設計技術上所體現出來的創新可以是不同層面的，比如，機電系統的結構的完善和更換等等。無論是哪個方面的創新，都直接對機電系統的整體的創新有很大的影響。因此，機電系統概念設計技術的創新性特點是不可忽視的。
3.2 多樣性
除了創新性的特點以外，機電系統概念設計的另一個比較重要的特點就是它所體現出來的多樣性。無論是機電系統概念設計的手段的多種多樣，還是機電系統概念設計的設計方案的豐富多樣，都在一定程度上反映了機電系統概念設計在市場需求、工作原理，以及產品形態等多個方面的多樣化。不但布局不同會體現多樣化，而且設計思路不同也會加強多樣化的顯現。
4 結語
總而言之，從長遠的角度來看，機電系統的快速發展和更新換代都離不開概念設計技術的應用。就目前的情形而言，機電系統概念設計技術的使用早就已經在世界范疇內得到了大家的普遍認可和推崇，作為產品設計的重要環節，概念設計是整個產品設計的過程中最不可或缺的一個階段。在某種程度來說，概念設計階段在產品的生命周期里發揮著決定性的作用，產品特征多半通過概念設計階段的內容來決定，同時，概念設計也是市場及企業間的角逐競爭的關鍵因素。上述內容通過對機電系統概念設計技術與應用的研究背景的分析，在深入理解相關概念的基礎上，對其應用特點等進行探析對該領域的發展具有一定的參考價值。
參考文獻
[1] 程志剛，李瑞琴，董亞峰，等.機電一體化產品概念設計理論現狀與展望[J].中北大學學報，2006，27（1）：18-22.
[2] 霍志璞，黃克正，艾興.機電系統概念設計自動化中的一體化理論探討[J].機電一體化，2005（3）.
[3] 鄒光明.機械產品概念設計建模及求解策略的研究[D].武漢：華中科技大學，2005.
[4] 張建明，魏小鵬，張德珍.產品概念設計的研究現狀及發展方向[J].計算機集成制造系統-CIMS，2003，9（8）：613-620.
[5] 馬峻.創新設計的協同與決策技術[M].北京：科學出版社，2008.
關鍵詞：信息與計算科學；數學技術；信息技術
在對信息與計算科學專業人才的培養方面，經過近20年的堅持進取，我們已經在這個專業的培養目標和課程設置上有了良好發展。在信息技術中融入數學技術，這對科技的發展起到了重要的推動作用。而應時代要求，國家和高校應將對這方面人才的培養提上日程。
一、數學技術
數學技術被歐洲工業數學聯合會定義解釋為數學模型的技術以及能給出定性和定量回答的技術。之后人們使用數學計算技術替代了這一術語。古希臘科學家阿基米德對數學技術的應用是關于數學技術較早的記載。他通過應用數學方法和技術，提出了杠桿原理等，并在其他方面也作出了卓越貢獻。
在現在的科學領域里，應用數學與純粹數學理論研究之間的界限已經不那么明確，數學工程技術、工程數學、控制性理論、運籌學理論等的研究界限也越來越少。當今的數學科學正在致力于其技術的形成，并將自身與科學技術的融合放到了主要位置。
二、信息技術
1.信息的概念
從哲學層面來看，信息是事物的屬性之一，是其運動的方式與所處的狀態，它與物質的概念范疇是并列的。從信息論的層面來看，客觀世界可以由信息直接或間接地表現出來。
從科學層面上來看，與消息的概念有所不同，信息是消息的內容，是其核心部分；信息也與信號概念不同，它是承載于信號上的內容；信息與數據也不屬于同一個概念范疇，信息可以使用圖像或文字來表達，而數據和圖像、文字是并列概念，都是信息的一種記錄形式。
2.信息技術
經歷了幾十年的時間，信息技術從開始發展到如今，其與數學理論的結合應用已經成為了科研和應用方面的主流。在濾波、解碼、編碼、信源等方面，都使用數學方法對其概念進行了定量度量和數學描述，由此促使信息技術走入精確定量時代，在此基礎上形成了以研究信息的處理、分析、存儲、傳輸、獲取、產生等為研究方向的信息技術學科。
三、信息技術與數學技術的融合
1.信息與計算科學的本質
計算技術與信息技術相互補充、相互聯系，融合成了信息與計算科學這門學科。計算科學包括對數值計算方法的分析和設計，以及對理論基礎和實踐應用的研究。而信息學科主要研究方向有信息利用、信息處理、信息傳輸和信息獲取。在信息利用方面，主要技術是控制技術；在信息處理方面，主要技術有計算技術和信息表示方法等；在信息傳輸方面，信息安全技術和通信技術的應用較為廣泛；在信息獲取方面，主要技術包括數據采集技術、遙感技術等。信息科學與計算科學，兩者相互促進、共同發展。
信息與計算科學在未來的發展方向上，將側重于信息表示技術、信息安全技術和信息采集技術。目前較為完善的密碼技術和遙感技術，都為信息處理技術提供了良好的發展基礎。在未來對信息與計算科學的研究上，技術應用的對象或許不再只是流數據或報數據，而是靈感和思維，實現機器與人類思想的對接。所以，在對信息與計算科學的認識和探究上，人類需要不斷拓寬思想、開闊思路、大膽想象、踏實研究。
隨著科技的進步以及自動化技術、信息系統工程學、人工智能技術、計算機科學、電子學、信息論等相關科學的發展，信息與計算科學在不斷進步，研究的領域也越來越廣泛，包括人類、生物、機器的信息的控制、利用、處理、傳輸、變換和采集等，還包括對各種信息控制設備和信息機器的研制，在實現自動化和智能化的基礎上，努力將人腦從繁重的工作中解放出來，不僅提升了人類的生存質量，而且也提升了人類認識和改造自然的能力。
2.信息與計算科學的前景
上世紀90年代，信息與計算科學被歸屬到數學專業中，旨在研究應用現代計算工具解決工程與科學問題的數學方法和理論。當今世界正處于信息化時代，在這個時代，對信息進行有意義的挖掘、提煉和分析是推動社會發展的強大動力。在對信息進行這一系列處理的過程中，需大量應用統計分析、計算數學等方法，亟需在信息處理、加工和傳輸方面具有專長的人才。
我國在全國大多數高校中都開設了信息與計算科學專業，從這方面能夠有力反映出我國對這個專業人才培養的重視。在高校中設立該專業，有利于計算機技術的應用和發展，另一方面也有利于數學技術的發展。
信息革命不僅推動了信息時代的發展，還為信息與計算科學的研究與應用開創了光明前景，信息技術和數學技術已經對人類社會的發展產生了巨大的影響。信息與計算機科學是剛剛起步的新興專業，正處于發展階段，其對專業人才的需求應得到社會、政府及高校的重視。
參考文獻：
[1]宋廣華，劉慧.普通高校信息與計算科學專業課程設置探究[J].中國科教創新導刊，2010，8（1）：117-118.
正如上面這句引文所述，青少年要想成為當今世界的參與者，應當盡早了解包含科學、工程、技術和數學的STEM學科。因此小學教育中這些學科的高質量將會極為重要，應該逐漸培養起5～11歲青少年對這些學科的興趣，對其基礎知識和實踐過程的理解，以及認識到它們與生活實踐的聯系。這些STEM的學習經歷將給予他們在找尋機會及面對挑戰時一個條理分明的智力與實踐的框架。同時，該經歷使得青少年們能夠提升并很好地使用從那些學科中得到的經驗與觀點。
在這篇文章中，我們希望：
?闡明STEM教育的主要目的
?通過3個維度（實踐、跨學科概念、學科核心概念）討論這些學科的本質。
本文將聚焦在STEM中的科學（S）、技術（T）及工程（E）。當然，數學（M）的重要性不言而喻，無論將它作為單一學科還是STEM的組成部分，我們并不會刻意地去貶低數學的重要性。相反。我們堅信數學是青少年高質量教育的基礎。數學在科學、技術及工程中的應用使得它們能夠更好地結合在一起。數學知識與應用數學的能力更是在我們探究，以及解決關于科學、技術、工程問題的過程中起到了關鍵作用。
科學從本質上說是探究。科學探究是科學所有分支學科的核心特征，因為這是科學知識產生和被證實的途徑。對于科學家們來說它是黃金標準，使得科學家們明白了他們是如何掌握科學知識的，以及可以證明科學家們所掌握知識的證據。因此，科學探究是為了建立知識和理論而產生的一種科學的策略。用《美國國家科學教育標準》（National ScienceEducation Standards，USA，1996）的話說，科學探究是“科學家學習自然世界、基于工作得到證據，提出解釋及理論的眾多途徑”。
工程和技術聚焦在改變自然和人造世界，旨在解決問題或滿足人類的需求。通過工程和技術設計創造解決問題的方案。科學探究是科學的基礎，設計過程是工程和技術的基礎。正如科學探究使科學領域蒸蒸日上，工程及技術中解決問題的方案也通過設計過程得以延伸和發展。
但是，在現實世界中，科學、工程、技術的主要方面并沒有相互脫離。科學知識的產生表明了問題或許可以通過工程和技術得到解答。相似的是，工程和技術解決問題的過程同樣影響著科學知識的發展，甚至有時產生了新的科學知識。就青少年而言，我們需要讓他們理解這些學科之間的基本差異。同樣重要的是還要幫助他們認知這些學科之間的緊密關系。
STEM學科的維度
我們使用美國《K-12科學教育框架》（AFramework for K-12 Science Education；Practices，Crosscutting Concepts，and CoreIdeas，2012）中所述的實踐（Practices）、跨學科概念（Crosscutting Concepts）及學科核心概念（Core Ideas）比較這3個學科的內容。在每一個學科中，這些維度都緊密聯系在一起，每一個維度的缺失都將影響整個學科。也就是說，為了讓學習活動能夠真實，3個維度的內容都必須清楚明白地體現在活動設計中。
實踐――與成功的科學、工程，技術相關聯的實踐或能力
用“實踐”一詞代替“探究能力”，是因為在科學探究和解決問題中會同時用到知識和技能。而用“探究能力”一詞會讓人感覺這排除了解決問題。其實“實踐”超越了“能力”，它包含著討論、爭論、評論和科學模型的建造等，它將有關專業人士是如何將實踐應用到工作中的綜合觀點呈現在了眼前。
幾十年來，科學教學經歷了強調科學探究能力與學習科學事實之間的緊張期。過于強調對事實的認知會使得學生們認為科學與其他學科只不過是一些孤立的信息、做實驗或解決問題的簡單步驟而已。這將是對任何學科的極大誤解。因此，關鍵是要讓學生們實踐那些專業人士在這些學科中所應用的，這樣做是為了讓他們能夠明白學科核心概念和跨學科概念。
表1列舉了STEM中的實踐。需要強調的是在現實生活中這些實踐不會呈現線性規律。例如，盡管基于證據的論證被單獨列出，實際上論證卻滲透在每一個實踐中。在實際的科學問題上或是在一個能導致深入理解的現象中都會有論證的出現；在工程和技術中，對于要解決的問題需要論證，在解釋、設計過程或得出解決方案時也會有論證的出現；在標準與限制下，討論哪種解釋最符合證據，或者哪種設計能得到最好的解決方案也是論證。總的來說，實踐應聚焦于它所用的不同情境。
事實上，這張表中最突出的是科學、工程和技術的實踐非常相似。我們都知道科學家們使用這些實踐的目的與工程師、技術專家并不相同。但是，在科學、工程和技術中，在實踐層面高度的共通性不僅有用，且說明了這些學科交叉的可能性。其實，在科學、工程、技術中差異還是存在的，如科學上的“提出問題”在工程和技術中被“定義問題”所代替；同樣，科學中的“構建解釋”在工程和技術中變成了“設計解決方法”。
?提出問題vs.定義問題
如果我們認為根據現象提出問題是一個科學活動的“發動機”，那么定義和澄清問題便是工程、技術和一些數學實例中很重要的因素。
好奇心，或者認識、理解，并用科學問題解釋現象的欲望常常可以激發科學。對于科學的好奇心顯示了科學問題的架構。比如說，學生會想知道“月亮離地球多遠”或者“車從一個地方到另一個地方需要多久”，“什么導致了月食”，“如果每天都用濃鹽水澆灌植物，它們會怎樣”……所有這些都是科學問題并且都可以用科學的方法回答。
工程則集中在問題的闡明與定義上。通過對產品和過程的工程設計解決問題并滿足社會的需求。工程師通過定義問題，得到在一定條件限制之內成功地解決方法的標準。同樣地，技術最初的焦點也是在識別和定義問題，以此符合人們的需求和技術的專業性。
當然，上述討論不應該與表中其他實踐所產生的問題所混淆。比如在分析和解釋數據的實踐中會產生諸如“是否科學探究活動會回答最初的問題”，“是否是基于證據提出的解釋”，當然也可能是由工程和技術設計的解決方案中不同方法的可行性問題。因此，對于所有的STEM學科，都會遇到與數據收集、解釋數據相關的問題。還有些問題是關于信息的交流是否可以達到預期的精準和標準。其中有一些問題可以導致回答一個科學問題的多種方式，或是不同等級的問題解決方案。有時，這種問題會導致那些產生原始設計和科學問題的模型發生改變。根據這些問題的答案，有可能做出放棄之前提出的實驗或設計方案的決定。
?建立解釋vs.設計解決方法
對于科學，一個很重要的目的是在測試和證據支持下建立科學的解釋，以幫助我們理解周圍的世界。這樣做，科學家們發展出建立在大量重要的知識、測試和數據之上的科學理論。他們用理論或是模型解釋現象，預測現象，提升并修改他們之前的知識和對這些現象的理解。科學的解釋在觀察、數據和科學理論間建立有邏輯的連接。例如：一個有名的科學理論是“微生物理論”。在這個學說中，傳染性疾病是由病人身上叫做細菌的微小生物導致的，不同的細菌會產生不同的疾病。如果細菌從一個生病的人傳播到一個健康的人身上，它們就可以在這個健康的人的體內傳播。人們可以通過消滅這些細菌或者減少它們導致疾病的活動得以康復。很多支持這一理論的證據從成千上萬個病例中累積起來。因此某一個人的病癥可以被判斷為有傳染性或是沒有，并能被判斷為是由某一種特定的細菌導致的，從而可以依據理論和數據的基礎確定治療方法。通過在證據基礎上建立理論或者理論模型的過程，科學家們增長了對現象的認識和理解。
但是工程和技術的目的是為了創造一種設計并解決問題，從而滿足人類的需求。就像科學中理論的建立一樣，工程設計是一個具有系統性和生命力的思考過程。具體的活動包括在工程設計之中，然而即便工程師應用了科學知識，工程設計的過程卻與科學探究完全不一樣。在定義問題后，他們不得不去考慮必須達到的標準或設計的特點。例如在建橋過程中.他們需要考慮橋的組成部分、控制裝置、預期的長度與高度、最大的承載量等。除此之外，他們必須考慮限制條件，如可獲得的資源、完成的時間和環境條件。不論是“好”，或僅僅是“還可以”，他們需要在限制條件和解決方案的質量間作出基于權衡的重要決策。在所有的決策中，工程師們需要應用科學、技術和數學的知識。對于所有的目的而言，技術設計和工程設計是一樣的。但是，我們意識到技術是由經驗、磨煉與學習所導致的，而并非科學。在這些情況下，它比設計更強調工藝。
跨學科概念
有一些概念在所有的STEM學科中都會出現，甚至出現在其他的學科中，這就是跨學科概念。它們產生干闡明各學科核心概念的現象或者問題的過程中。它們有助于理解觀察和在數學思維、問題解決方案中建立理論。跨學科概念不是存在于真空中，因此，這些跨學科概念不應該在孤立的調查或問題解決情境中學習，尤其是它們與學科核心概念的發展密切相關。
不論是科學家、工程師、技術專家，還是數學家，這些跨學科概念在看待世界上各種現象時可作為有力且全面的框架。因為它們超越了不同STEM學科之間的邊際，它們也被稱為統一的概念。我們將它們列在表2中，并提供簡潔的說明。
學科核心概念
學科核心概念即是幾個學科的核心主題。如物質科學中，有很多概念與物質特征、力、運動有關；在生命科學中有關的則有生物體的生長與發展、與環境的相互依存和適應等。與其相似的是，在地球與空間科學中，有一些概念例如地球、太陽系、天氣和氣候。工程與技術中的核心概念涉及定義問題并設定問題的邊界、提出問題的解決方案，以及了解科學、工程、技術三者之間相互依靠的關系。
當然，與其在基礎的科學、工程、技術中討論學科核心概念，倒不如用4個標準說明什么是學科核心概念。這個思想來自于《K-12科學教育框架》，它告訴我們學科核心概念應該是：
?在橫跨科學、工程、技術等多學科時具有廣泛的重要性，或者是在單一學科中扮演重要的組織作用
通過這些核心概念，學生們學習了科學知識和對自然事件的解釋，例如空氣、水、礦物、生物、煤燃料、油燃料等，學習了關于可再生資源和不可再生資源的消耗。在工程設計中，明白了他們所用的自然和人造事物的性質，以及如何去使用它們。他們考慮了產品和生產產品過程中的環境影響。例如，建造橋和生產食物產品的方式對于資源的分配和獲取的影響。
?提供理解或調研復雜觀點和解決問題的核心工具
對例如材料、能量、燃料的自然資源的學習是學習更復雜知識的基礎，如對于物質本質的理解（原子的運動與排列解釋了不同材料的性質）；能量可以以電、化學、磁及力等形式存在；自然資源的獲取影響著工程和技術的產品，人類住處與自然資源的分配和適宜的天氣條件密切相關等。
?與學生們的興趣和生活經驗息息相關，或者是可以聯系到需要用科學技術認知思考的社會和個人的觀點
這是選擇學科核心概念的重要一條，因為這些將與學生的生活息息相關。如學生學習生活中可接觸到的事物的性質，以及可以改變事物性質的情況，學習能量的類型和能量的影響，并聯系他們的人生經歷；學習有生命的事物是靠什么生存并生長的；學習人類是怎么利用原材料制造產品和設施的，例如食物、玩具、橋、樓房、自行車。以及各種工程和技術的其他產品；他們還會學習自然資源的短缺是如何影響他們生活的，比如沒有規律的雨水、礦物和糧食作物。
?在逐步提升知識深度和復雜度的多種等級中，要做到可教且可學
當孩子們進入小學時，他們了解不同的材料和它們各自的價值。而在小學的前期，他們的學習包括對事物和狀態（固體、液體、氣體）、天氣和一些自然和人造事物的科學認識。在小學的后期，他們會學習由看不見的顆粒組成的物質（空氣有重量但是看不見）。在更后期，他們會學習化學，如金屬和塑料在不同情況下的用途，他還會根據測量性質識別不同的材料；在生命科學中，他們學習關于人類活動對于地球和生態系統，例如土地、空氣、水質和生物多樣性的影響。在教育的所有等級中，他們會學習開發自然資源是有益處的，但是這種做法會導致資源的短缺，這歸根于不可再生資源的耗盡。
