STEM項目學習要重點關注什么？①

于曉雅

摘要STEM教育有助于培養(yǎng)綜合性創(chuàng)新人才，因此在當前備受各國政府重視。我國的STEM教育本土化實踐還處于起步階段，中小學教師在STEM項目學習中需要重點關注跨學科真實情境問題的創(chuàng)設，關注整體知識觀的樹立，關注指向學習目標的知識判斷力培養(yǎng)，關注合作和跨學科的真正融合。

關鍵詞STEM教育；項目學習；跨學科學習；整體知識觀；知識判斷力

中圖分類號G63

文獻標識碼B

文章編號1002-2384（2018）03-0034-03

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）四門學科的簡稱，強調以項目學習的方式，促進多學科的交叉融合。STEM教育有助于培養(yǎng)綜合性創(chuàng)新人才，因此在當前備受各國政府重視。我國關于STEM教育的研究文獻有不少，但大多是介紹國外相關的理論和政策，本土化的實踐還處于起步階段。特別是對于中小學一線教師而言，如何開展STEM項目學習，仍然是一個現(xiàn)實而緊迫的難題。

近兩年來，北京教育學院“中小學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)—STEM教育理念下的創(chuàng)客教育課程實踐研究”課題組在實驗校開展了大量的STEM項目學習實踐研究。基于相關學校在實踐中出現(xiàn)的一些問題，筆者以為，STEM項目學習需要重點關注以下幾個方面。

一、關注跨學科真實情境問題的創(chuàng)設

STEM教育的目標之一是解決真實情境問題，因此，STEM教育驅動的跨學科融合，是“真實問題導向”而不是“教科書導向”的。生活就是一連串問題的求解過程，問題導向的教育返回生活教育，或如陶行知先生所言，是以生活為核心的教育。由于真實生活問題的不確定性，因此培養(yǎng)學生習慣于思考沒有確定答案的問題，是STEM跨學科教育的本質特征。

以化學學科《二氧化碳的制取與性質》為例，我們看看從傳統(tǒng)“教科書導向”到STEM課程“真實問題導向”的進階過程是如何發(fā)生的。

在傳統(tǒng)的“教科書導向”的課程實施中，學生的學習過程往往就是一個驗證型實驗的操作過程，目標簡化，過程單一：學生在實驗室中，根據實驗手冊，按照規(guī)定好的實驗器材、實驗步驟，嚴格遵循實驗要求，成功制取二氧化碳，并記住相關的化學反應式。

優(yōu)秀的學科教師可能不滿足于這種單一的驗證型流程式實驗課堂，他們會脫離唯教材而教的狹隘教學視角，致力于在學科范圍內，將實驗課程變成一個科學探究的過程。通過學習實驗室中制取二氧化碳的化學反應原理，采用活動與探究的方式來研究實驗室中制取二氧化碳的裝置。他們會讓學生從反應物的狀態(tài)、反應條件、氣體密度、是否與水反應等方面來比較實驗室中制取二氧化碳和氧氣的異同。在此基礎上，由學生從常見儀器中自己判斷選擇實驗器材并組裝制取二氧化碳的裝置，并通過對二氧化碳實驗室制法及氧氣實驗室制法的對比，總結實驗室中制取氣體的思路和方法，由此激發(fā)了學生科學探究的興趣。

從STEM教育的視角來看，這種探究還停留在一個局部的問題解決中，沒有真正和實際問題相聯(lián)系，更沒有工程技術驅動的項目學習過程。在經過多次打磨之后，教師意識到必須設計一個開放的可以有多種解決方案的實踐學習過程，于是確定了“如何解決滿足不同需求的二氧化碳生產方式”的真實情境問題。從該問題出發(fā)，學生根據二氧化碳的用途、性質、化學組成，探究生成二氧化碳的各種可能方式（甚至包括從空氣中收集），然后又創(chuàng)設了工業(yè)制取和實驗室制取兩個真實情境路徑，通過調研搞清楚工業(yè)制取二氧化碳的幾種方式的原理和結構，以及選取這種制取方式的原因，如工業(yè)制取考慮更多的是原材料的易得性、安全性、性價比等因素；再回到實驗室，從教科書給出的制取方法開始，一步步探究實驗室制取二氧化碳的各種方法的優(yōu)缺點。在實驗中，在保證安全的前提下，鼓勵學生不斷探究實驗室制取二氧化碳的裝置（不同的實驗器材組裝）、收集方法、化學反應物、定量測量方法等，最后各小組都給出自認為最佳的制取方法，并在全班展示說明。

從上面“傳統(tǒng)的驗證型實驗—優(yōu)秀教師的探究型實驗—STEM項目學習”的問題進階過程可見，STEM教育中的真實情境問題，首先是一個有不確定解決方案的開放的問題，其次是與生活實踐緊密聯(lián)系的真實情境問題。解決策略遵循“從真實生產生活中來發(fā)現(xiàn)問題—抽象到實驗室或課堂中解決問題—回到真實生產生活背景下評價問題”的途徑。STEM學習中要堅持“明確的目標，模糊的過程”，即解決某個確定的實際問題，而解決方案和解決過程則是多途徑的，從而鼓勵學生進行探索、創(chuàng)新。同時，在這樣一個過程中，教師也從調研、對比、設計、制作、合作、探究、交流、展示、分享等各個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了學生跨學科的綜合應用能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

二、關注整體知識觀的樹立

整體知識觀是西方進行跨學科課程研究、開發(fā)、設置和教學所持的教育觀念。西方學界認為，知識是相互關聯(lián)的，跨學科課程可以使學生形成獨特的跨越學科界限的知識視野和思維習慣，學會比較不同學科和理論的觀點，理解綜合的力量，能夠使用對比方法闡明一個或一系列問題，中心目的是促進學生學習的綜合化，培養(yǎng)學生的批判性思考和創(chuàng)造性思維能力，激發(fā)其創(chuàng)造潛能，幫助其以全面的觀點考慮重要事件、現(xiàn)象和思想。

我國基礎教育過分強調學科本位，使學生缺乏從比較廣闊的視角思考和處理問題的知識基礎和創(chuàng)新能力，也有悖于培養(yǎng)全面發(fā)展的人的教育宗旨，難以適應社會問題復雜化、知識應用綜合化以及促進知識創(chuàng)新等新形勢。

STEM教育強調應用跨學科融合，把多學科既有的知識理論共同構建在一個多維立體的空間中，使其相互交叉融合，從而達到解決復雜真實情境問題的目的。例如：一位實驗校教師在設計“敦刻爾克大撤退的前世今生”的STEM學習項目中，從歷史學科的學生核心素養(yǎng)—“時空觀念、史料實證、歷史理解、歷史解釋、歷史價值觀”出發(fā)，引導學生從敦刻爾克的地理位置、氣候條件、航運通道，雙方武器裝備，士兵來源和去向以及現(xiàn)在狀況的行進圖、變化圖、分布圖等，全方位立體化地認識敦刻爾克大撤退這一歷史事件，學習整體把握歷史事件的能力。

三、關注指向學習目標的知識判斷力培養(yǎng)

人類的生活世界每時每刻都會涌現(xiàn)出無數(shù)的問題，但在某一特定情境內，只有少數(shù)問題被認為是重要的或有意義的。德魯克認為，在知識社會里，最重要的不是知識而是判斷正確知識的能力。在STEM項目學習中，由于學生需要學習的內容多，學習的形式多樣，容易忽略學習目標的達成，或者導致學習目標的偏離。因此，STEM項目學習需要特別注重指向學習目標的知識判斷力培養(yǎng)。

一位教師在設計海洋主題的STEM課程中，有一個項目是“給魚兒蓋房子”。教師和學生仔細學習了百科全書中魚兒在海里生活的深度、溫度、光照度、水流、鹽度等條件，甚至包括魚兒喜歡的洞穴形狀等。然后教師給學生播放了動畫片《海底總動員》中尼莫家房子被毀的視頻，導入讓學生給魚兒蓋房子。學生從畫思維導圖、頭腦風暴蓋房子條件，到設計房子圖紙、動手搭建房子模型等一系列的過程，甚至在展示中還強調自己建的房子適應海底的條件（除了海洋物理化學環(huán)境的條件考慮，還包括抗水流強度的結構、安全結構等），整個外顯學習過程仿佛進行了一個真正的基于項目的STEM學習。但在這個STEM項目學習中，教師恰恰忘了引導學生：“人類為什么要給魚兒蓋房子？”這既是一個必須回答的真實情境創(chuàng)設問題，同時也是關涉學習目標的方向性問題，是最終評價整個學習過程的重要標準。通過課題組的反復引領，教師終于明白，是因為人類濫捕、廢物排放、開礦或采集珊瑚等行為污染了海洋，破壞了魚兒的生存環(huán)境，造成了海洋生態(tài)的退化，也造成了人類無魚可打的困境，因此，給魚兒建房子，是為了恢復生態(tài)，保護海洋環(huán)境，也是為了人類自身的生存。然后，教師通過引導學生對“人類為什么要給魚兒蓋房子”進行批判性思考，激發(fā)了學生探索的興趣，也打開了學生的思路：給不同的魚兒尋找不同的環(huán)境和不同的房子，除了具體的工程原理外，還能從正反兩方面分析各自建造的房子的優(yōu)劣、適應魚群的不同等。

為了適應培養(yǎng)21世紀人才的需求，未來學校應成為學生“學習如何學習知識”的場所，培養(yǎng)學生對知識的判斷力?？档略凇杜袛嗔ε小防镉幸惶幠_注，他認為，判斷力絕非傳授可得，因為這一能力只可由實踐逐漸形成。工程技術驅動的STEM教育，非常重視以實踐活動的形式，在創(chuàng)設的真實情境中開放性地探究解決方法，這也是STEM課程引領跨學科融合的優(yōu)勢所在。

四、關注合作和跨學科的真正融合

作為一種跨學科的學習項目，STEM教育需要教師之間、學生之間、師生之間的合作，以促進學科的真正融合。這一點對于很多實驗校而言都是一個難點，不少合作“有形無神”，更不要說真正的學科融合了。比如：某實驗校的幾個教師覺得“蠶”是初二年級生物學科的一個單元，絲綢之路又與現(xiàn)在的“一帶一路”相契合，于是決定開發(fā)“蠶與絲綢之路”這一學習項目。生物教師帶領學生養(yǎng)蠶，美術教師帶領學生創(chuàng)作和絲綢之路有關的美術作品，化學教師研究絲綢和其他幾種織物的化學成分，英語教師要求學生寫一篇有關蠶的英文小短文，語文教師讓學生寫一篇相關作文。這貌似是一個跨學科的案例，但是細細品來，各學科實際上是在“蠶與絲綢之路”這一主題下各行其是，與STEM教育的本質要求相去甚遠?！靶Q與絲綢之路”本身是個很好的跨學科融合的研究方向，針對這個方向，必須確定一個或幾個研究問題作為切入點進行研究，例如：絲綢之路和宋朝經濟的關系，養(yǎng)蠶技術的提高與絲綢之路興起的關系……但是上述實驗校錯把研究領域作為研究問題來解決，找不到各學科之間的融合點，最后就變成了為跨學科而跨學科的多學科大雜燴。

注釋：

① 本文系北京教育學院重大課題“中小學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)—STEM教育理念下的創(chuàng)客教育課程實踐研究”（課題批準號：JYZD201501）的研究成果之一。