STEM教育之來龍去脈（三）

向世清

前一講已經(jīng)提到STEM教育在NASA得到初步實(shí)踐并向美國各地蔓延的態(tài)勢(shì)，但仍然沒有講明STEM教育如何被科學(xué)化實(shí)踐。因?yàn)楫?dāng)時(shí)NASA的探索還只有較短的時(shí)間，究竟怎樣做STEM教育才能最大程度地發(fā)揮STEM的內(nèi)在效能，其實(shí)對(duì)人類還屬于未知數(shù)。因此，這一講我們將繼續(xù)講述STEM規(guī)律在美國的科學(xué)教育應(yīng)用中進(jìn)一步深化的歷史過程。我們將看到，在NASA的持續(xù)努力下，這里形成了一個(gè)將STEM理念逐漸認(rèn)識(shí)得更準(zhǔn)確，然后嘗試在教育中追尋更為準(zhǔn)確的教育方法和實(shí)現(xiàn)模式，經(jīng)過艱難的探索過程才逐漸逼近基本合理的教育方式和范式的實(shí)踐提升過程。

4.NASA將STEM規(guī)律不斷移植至教育并探索教育模式的科學(xué)化

正如上一講結(jié)尾處的總結(jié)所述，NASA的前期實(shí)踐的確已經(jīng)相對(duì)清晰地證明了其前期采用的科學(xué)教育方式對(duì)STEM的規(guī)律是能夠有所體現(xiàn)的，其一定程度的成功也因此才能引發(fā)在美國國內(nèi)一定范圍的效仿。當(dāng)然，其核心目標(biāo)是針對(duì)美國國家的軍事和競(jìng)爭(zhēng)要求培養(yǎng)科技后備人才。這一點(diǎn)是始終沒有偏離的。這也是最初NASA被國家賦予的任務(wù)，也是其為了自身更好地持續(xù)發(fā)展而對(duì)自己提出的要求。

然而，培養(yǎng)人才的教育與科技活動(dòng)本身畢竟不是一回事。教育在目標(biāo)較為確定之后，是需要過程和方法的。那么，究竟什么樣的教學(xué)過程可以將STEM的內(nèi)在規(guī)律移植到教育之上并盡可能地發(fā)揮其培養(yǎng)科技人才的最好作用呢？NASA其實(shí)經(jīng)歷了相對(duì)艱難的探索過程。

一開始，NASA通常是將有興趣的學(xué)生帶入其科技研究的真實(shí)環(huán)境（如圖1），教育方式主要是參觀，通過觀摩和體驗(yàn)，其結(jié)果主要停留在能夠滿足學(xué)生的好奇心和激發(fā)興趣，使得學(xué)生在后續(xù)有可能進(jìn)一步關(guān)注相關(guān)內(nèi)容并展開學(xué)習(xí)過程。但是，對(duì)于學(xué)生后續(xù)怎樣學(xué)習(xí)卻沒有足夠的思考并給出解決方案。這其中，實(shí)際沒有用到STEM的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，與傳統(tǒng)科學(xué)教育差別并不大。

隨后，在發(fā)現(xiàn)學(xué)生需要被給出進(jìn)一步的過程以支持其后續(xù)的學(xué)習(xí)要求時(shí)，NASA開始考慮提供更多的活動(dòng)過程讓學(xué)生可以多頻次接觸其關(guān)注的內(nèi)容，逐漸有了一定的直接參與和動(dòng)手實(shí)踐（如圖2）。這樣的情況下，有一部分學(xué)生在其感興趣的內(nèi)容方面不同程度地獲得了更多的學(xué)習(xí)，甚至是達(dá)到了一定的學(xué)習(xí)深度，顯示出更多的過程對(duì)學(xué)生培養(yǎng)的有效性的提升。當(dāng)有效性被提上關(guān)注點(diǎn)時(shí)，NASA就開始了重點(diǎn)研究什么樣的活動(dòng)過程可以算作有效的教學(xué)過程，其中有關(guān)教育的元素，包括教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法的使用、教學(xué)技術(shù)的加入等，開始被重點(diǎn)予以關(guān)注。也就是說，學(xué)生仍然是進(jìn)入NASA的實(shí)境學(xué)習(xí)，但卻開始有了一定的教學(xué)方法和方案設(shè)定。不光依靠學(xué)生自己的觀摩后學(xué)習(xí)，而是有了教的考慮和實(shí)施。這其中，對(duì)STEM的互相協(xié)作性已開始有所利用。這一階段，也可以算是NASA步入STEM課程研發(fā)的萌芽期，而且一部分NASA教育的管理者開始逐漸向較為有思考的STEM教育者轉(zhuǎn)變。他們可以說是歷史上的首批STEM教師，但是卻還沒有凝練出相對(duì)準(zhǔn)確和規(guī)范的STEM教學(xué)方法和模式。

隨著時(shí)間的進(jìn)一步推移，也伴隨著NASA對(duì)STEM的規(guī)律更為清晰的認(rèn)識(shí)，NASA開始進(jìn)入專門的STEM教學(xué)方案的研究期。從這個(gè)階段開始，NASA逐漸認(rèn)識(shí)到，因?yàn)榭梢躁P(guān)聯(lián)STEM各元素，基于任務(wù)或者目標(biāo)的項(xiàng)目式過程的參與和經(jīng)歷，可能是STEM規(guī)律習(xí)得的最好方式。此階段，NASA的STEM教學(xué)方案開始獨(dú)立于實(shí)境的實(shí)驗(yàn)室任務(wù)而存在（相對(duì)獨(dú)立的教案設(shè)計(jì)，不一定與NASA實(shí)驗(yàn)室的實(shí)境任務(wù)相連接），有了單獨(dú)的經(jīng)過制訂的STEM教案（如圖3），甚至已出現(xiàn)了互相連接的STEM教案，這也就開始呈現(xiàn)出STEM課程的雛形。其中，基于任務(wù)的探究性學(xué)習(xí)過程開始在項(xiàng)目的框架下逐漸加大了比重，學(xué)生在探究過程中依據(jù)興趣的主動(dòng)性知識(shí)學(xué)習(xí)逐漸納入了教案內(nèi)部，并成為教學(xué)過程的必然部分，與實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)過程和完成任務(wù)的過程開始融合為初具固定范式（或套路）的流程，而不像原來的知識(shí)學(xué)習(xí)是學(xué)生在參觀中或動(dòng)手實(shí)踐后自由分開發(fā)生的事情。這一階段，NASA教育的管理者多數(shù)開始成為有一定認(rèn)識(shí)高度的STEM教育者，STEM教師與一般教師的區(qū)別開始出現(xiàn)，相對(duì)準(zhǔn)確和規(guī)范的STEM教學(xué)方法和模式也初步成型了。

然后，更為關(guān)鍵的是，學(xué)生在流程中開始有了任務(wù)下的方案設(shè)計(jì)過程。這實(shí)際是解決問題的方案設(shè)計(jì)的凸現(xiàn)。因?yàn)檫@一過程，開始真正體現(xiàn)出STEM教學(xué)方案對(duì)于S、T、M在任務(wù)方案下的整合，也實(shí)際逐步將工程設(shè)計(jì)的概念提升到邏輯統(tǒng)整和引領(lǐng)的地位。這時(shí)，STEM教學(xué)才真正反映了STEM的內(nèi)在規(guī)律，其在任務(wù)的名義下能夠?qū)⒖茖W(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)通過工程關(guān)聯(lián)在一起互相作用，正像當(dāng)初美蘇完成武器研發(fā)和衛(wèi)星、登月等太空任務(wù)時(shí)，將科學(xué)家、技術(shù)專家、數(shù)學(xué)家和工程師組織到一起，使各類專家在設(shè)計(jì)并完成目標(biāo)研發(fā)的過程中一起互聯(lián)配合的感覺，有著一樣的邏輯過程和互動(dòng)特征。這一階段，許多NASA教育的管理者已經(jīng)基本形成特有的STEM教師特征，STEM教學(xué)方法和模式逐步具有了某種程度的科學(xué)性（哈，感覺STEM教學(xué)方式終于浮出了水面）。

所以，為了培養(yǎng)有用的科技人才，NASA的逐步推進(jìn)始終朝著STEM教學(xué)的有效性方向演變。在演變中，最為重要的是，如何能夠保證STEM的規(guī)律可以在教學(xué)中得以體現(xiàn)，尤其是其中如何體現(xiàn)STEM相互之間的互動(dòng)協(xié)作，因?yàn)檫@是STEM推動(dòng)真實(shí)世界進(jìn)步的能效性本質(zhì)。最終，STEM教學(xué)變得與一般的傳統(tǒng)科學(xué)教育有所區(qū)別，不再是基于知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的遞進(jìn)性學(xué)習(xí)，尤其是不再僅是學(xué)科性知識(shí)點(diǎn)的分科遞進(jìn)性學(xué)習(xí)過程的單獨(dú)存在。同時(shí)，其中基于完成任務(wù)的動(dòng)手實(shí)踐性成為重要特征。因?yàn)镹ASA -開始的STEM就以動(dòng)手實(shí)踐性方式為典型特征，這種方式在后期STEM教學(xué)的演化中得以保持，盡管稍有降低比重，但仍然是必不可少的。因?yàn)镹ASA發(fā)現(xiàn)，不通過實(shí)踐而進(jìn)行的教學(xué)最終難以達(dá)到人才有用性的實(shí)現(xiàn)。

所以，在這種STEM教學(xué)方式下，學(xué)生幾乎是像真實(shí)解決一個(gè)任務(wù)中的問題的生活真實(shí)方式在進(jìn)行著，知識(shí)，無論是科學(xué)的、技術(shù)的，還是數(shù)學(xué)的，連帶工程的，都在任務(wù)完成的流程和方案中服務(wù)于任務(wù)完成本身，不再是脫離實(shí)際的知識(shí)習(xí)得過程，也不再是僅和最初任務(wù)有關(guān)的已有知識(shí)的固定化學(xué)習(xí)，而是有了任務(wù)牽動(dòng)知識(shí)的學(xué)習(xí)，有了為任務(wù)完成得更好而多方組織知識(shí)學(xué)習(xí)要求和拓展學(xué)習(xí)要求的學(xué)習(xí)。

由此說來，STEM教學(xué)開始呈現(xiàn)出一種人類歷史上從未有過的新型教學(xué)范式和方法的樣子。其既基于對(duì)STEM規(guī)律的理解，又基于在教育的要求下對(duì)實(shí)現(xiàn)有效的STEM內(nèi)在能效性的科學(xué)化方式的逐步探索?？陀^上看，NASA這一探索過程前后長(zhǎng)達(dá)近30年，是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜且困難的過程，其背后的推手實(shí)際是我們?nèi)祟惪萍歼M(jìn)步本身，這種進(jìn)步使得新時(shí)代的教育必須與人類過去的教育方式有所不同，有所進(jìn)步，有所利用科技進(jìn)步的成果，更有所適應(yīng)科技的進(jìn)步。