讓“STEM+”課程成為教育發(fā)展的小趨勢

摘要：本文分析了STEM教育與創(chuàng)客教育的共同特征，將現(xiàn)在基礎(chǔ)教育存在的形式概括為“STEM+”課程，這種課程通過探究解決問題的主題活動(dòng)，結(jié)合知識(shí)鏈與設(shè)計(jì)思維，形成了學(xué)科界限模糊、網(wǎng)狀知識(shí)結(jié)構(gòu)、聚焦核心素養(yǎng)培養(yǎng)等的課程內(nèi)容特點(diǎn)，它將是教育發(fā)展的小趨勢。

關(guān)鍵詞：“STEM+”課程;知識(shí)鏈;知識(shí)結(jié)構(gòu);小趨勢

中圖分類號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2019）22-0093-04

2016年6月，教育部頒布《教育信息化“十三五”規(guī)劃》（教技〔2016〕2號(hào)），強(qiáng)調(diào)“有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在‘眾創(chuàng)空間、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用”。于是，創(chuàng)客教育、STEM教育成了熱點(diǎn)話題，各省、市、區(qū)縣紛紛出臺(tái)了相關(guān)政策。許多人認(rèn)為這將是教育發(fā)展的大趨勢，國家要盡快建成STEM教育的生態(tài)系統(tǒng)[1][2]，但也有人認(rèn)為這些新名詞、新概念都是在“趕時(shí)髦”，只是“一陣風(fēng)”而已。筆者在中國知網(wǎng)上搜索了有關(guān)文章，發(fā)現(xiàn)2015—2018年這段時(shí)間發(fā)表的論文數(shù)量最多，達(dá)到了高潮，但隨后文章的數(shù)量又顯著下降，這似乎給“時(shí)髦論”者提供了依據(jù)。然而筆者認(rèn)為，這恰恰說明教育的發(fā)展需要堅(jiān)實(shí)而緩慢的試行，不宜出現(xiàn)過多的反復(fù);創(chuàng)客教育與STEM教育絕不是新名詞，而是影響未來教育變化的潛在因素與關(guān)鍵變量，應(yīng)是教育發(fā)展中能帶來改變的改變、影響趨勢的趨勢，或稱之為小趨勢。[3]

STEM教育與創(chuàng)客教育的共同價(jià)值追求

雖然STEM教育和創(chuàng)客教育兩個(gè)概念有不同的發(fā)展歷史，前者強(qiáng)調(diào)學(xué)科的融合，后者強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，但是兩者在“寓教于樂”和“學(xué)以致用”等基本教育理念上，在培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力的教育核心上，在追求個(gè)性化的教育價(jià)值取向以及追求知識(shí)的綜合應(yīng)用、實(shí)際問題的解決等方面高度一致。

有人認(rèn)為創(chuàng)客教育是STEM教育的一種重要實(shí)施方式。[4]因此筆者認(rèn)為，在義務(wù)教育階段，可以將創(chuàng)客教育整合或納入到STEM教育中，并將多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，形成特有的“STEM+”教育模式。

“STEM+”教育不僅僅是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)這四門學(xué)科的融合，正如許多學(xué)者認(rèn)為的那樣，融合思想還可以運(yùn)用到文科、社會(huì)學(xué)和品德教育上，從這個(gè)意義上講，STEM就有了更豐富的內(nèi)容，即S代表社會(huì)、表達(dá)、體育、樂觀和毅力，T代表傳統(tǒng)、優(yōu)美、交流、信任和協(xié)作，E代表經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、表達(dá)、平等、樸實(shí)和認(rèn)真，M代表方法、管理、積極主動(dòng)、品德和心胸。同一個(gè)字母代表的含義之間用“和”而不用“或”，也是為了強(qiáng)調(diào)學(xué)科間的融合。這就是“STEM+”教育的核心所在。

“STEM+”課程內(nèi)容

1.學(xué)科界限從清晰走向模糊

傳統(tǒng)的教育模式以界限清晰的學(xué)科教學(xué)為主，不同學(xué)科之間的邊界清晰，即使在同一學(xué)科的內(nèi)部，細(xì)分學(xué)科或?qū)I(yè)之間也是有清晰界限的，知識(shí)點(diǎn)之間相互聯(lián)系比較少。打破學(xué)科的壁壘，突破學(xué)科的界限，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的融合，學(xué)科界限從清晰走向模糊，是教育發(fā)展的方向。

“STEM+”教育則強(qiáng)調(diào)在不同學(xué)科之間，同一學(xué)科內(nèi)部的不同子學(xué)科、不同專業(yè)和不同知識(shí)點(diǎn)之間建立起聯(lián)系，從而打破不同學(xué)科之間的界限[5][6]，將不同學(xué)科的知識(shí)技術(shù)和方法相互引進(jìn)，提高學(xué)習(xí)和研究的效率。

2.知識(shí)結(jié)構(gòu)從三角形樹狀走向網(wǎng)狀

界限清晰的學(xué)科與知識(shí)點(diǎn)，在教育領(lǐng)域被歸納成了一棵知識(shí)樹：科學(xué)是主干，第一次分枝成了自然科學(xué)和人文科學(xué)，第二次自然科學(xué)又分枝成了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物……，第三次物理又分枝成了力學(xué)、電磁學(xué)……按照知識(shí)樹來區(qū)分，各級(jí)分枝的層次清晰，知識(shí)內(nèi)容在教學(xué)過程中交叉得很少，各知識(shí)范圍相互間的界限清晰，知識(shí)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出一個(gè)清晰的三角形。

學(xué)生對真實(shí)世界的認(rèn)識(shí)大多是從整體走向局部，再從局部走向整體。從了解知識(shí)到應(yīng)用知識(shí)，就不能停留在學(xué)科知識(shí)樹中，如學(xué)生對“水”的認(rèn)識(shí)，就應(yīng)該連接物理、化學(xué)、生物、地理、人文、社會(huì)等各學(xué)科的知識(shí)，形成網(wǎng)狀知識(shí)結(jié)構(gòu)?！癝TEM+”教育在打破學(xué)科界限的基礎(chǔ)上，給學(xué)生提供了形成網(wǎng)狀知識(shí)結(jié)構(gòu)的機(jī)會(huì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教育的不足。例如，下圖顯示的“STEM+”課程“小型智能車”就將不同學(xué)科、不同領(lǐng)域及不同專業(yè)的知識(shí)聯(lián)系起來，從而形成了主題鮮明、不斷交織的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)立體結(jié)構(gòu)。

3.從單一的知識(shí)結(jié)構(gòu)走向核心素養(yǎng)

知識(shí)結(jié)構(gòu)就是一系列緊密聯(lián)系的知識(shí)體系，而理解就是結(jié)構(gòu)高度發(fā)達(dá)與完善的結(jié)果?！癝TEM+”教育可以幫助學(xué)生形成一種跨學(xué)科綜合性的知識(shí)結(jié)構(gòu)[7]，它可以從需要熟悉的知識(shí)、需要掌握和完成的重要任務(wù)、需要形成的大概念以及完成核心任務(wù)等不同高度來建構(gòu)，從而達(dá)到解釋、闡明、應(yīng)用、洞察、神入和自知等不同層級(jí)的程度。這樣就能在自主認(rèn)知、社會(huì)認(rèn)同、實(shí)踐參與等多方面提升素養(yǎng)。

在下圖智能車的案例中，學(xué)生利用傳感器、編程語言和控制主板就可以形成基本的控制結(jié)構(gòu)，結(jié)合動(dòng)力傳動(dòng)、能源、懸掛就可以探索并認(rèn)識(shí)行駛車輛的控制方法，再結(jié)合駕駛和交通法規(guī)就可以實(shí)現(xiàn)初步的自動(dòng)駕駛。具體到某個(gè)模塊內(nèi)部，由許多材料元器件等組成的子模塊，也符合同樣的規(guī)律。例如，智能車的機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊，就可以分割成金屬與非金屬材料、幾何結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度、機(jī)械連接和安全裕度等子模塊，學(xué)生在這些知識(shí)模塊之間構(gòu)建起自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，就能懂得車輛機(jī)械強(qiáng)度提升的方法，車輛在行駛和載重上也會(huì)有更好的表現(xiàn)。

像智能車這樣的裝備，其機(jī)械結(jié)構(gòu)、元器件、傳感器甚至編程語言都是硬件，而所實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)用這些功能的方式是軟件，硬件是為軟件服務(wù)的。只有將各個(gè)模塊之間的信息聯(lián)系建立起來，才能實(shí)現(xiàn)所需要的功能，而且所聯(lián)系模塊之間的信息聯(lián)系越緊密，所能夠達(dá)到的功能效果就會(huì)越好，而知識(shí)點(diǎn)鏈接方式以及知識(shí)結(jié)構(gòu)建構(gòu)的模式，才是“STEM+”教育的核心所在。通過自我探究過程，歸納出知識(shí)建構(gòu)的方式并予以推廣，就能夠達(dá)到闡明和洞察的目標(biāo)。

“STEM+”學(xué)習(xí)方式

1.從知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容走向知識(shí)的鏈接

數(shù)學(xué)的兩個(gè)點(diǎn)連起來是一條線，將兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來的思維方法與邏輯，就是知識(shí)鏈。兩個(gè)物理點(diǎn)聯(lián)系的模式有種類與強(qiáng)度的差別，代表了這兩個(gè)物體聯(lián)系的緊密與牢固程度，而連接不同知識(shí)領(lǐng)域的知識(shí)鏈，也有思維與邏輯關(guān)系強(qiáng)弱的差別。將許多點(diǎn)用不同的線聯(lián)系起來就有了立體概念與圖形;將許多知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來的思維方法與邏輯關(guān)系，就是知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，而形成的多維立體圖形就是知識(shí)結(jié)構(gòu)。

情境化的“STEM+”課程，就是在建構(gòu)主義理論的指導(dǎo)下，通過主題相關(guān)模塊，創(chuàng)建必要的思維聯(lián)系，利用學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系的支持，結(jié)合新的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，在不同模塊之間，建立起盡可能多的知識(shí)鏈接，進(jìn)行知識(shí)結(jié)構(gòu)的同化與重組，從而促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的發(fā)展與升級(jí)。例如，“一帶一路”植物主題的“STEM+”課程，利用穿越到秦朝的情境，就能夠在餐館點(diǎn)菜過程中發(fā)現(xiàn)許多現(xiàn)代的蔬菜當(dāng)時(shí)還沒有，此時(shí)就可以提出一系列的驅(qū)動(dòng)性問題，如絲綢之路起源于什么年代，除了運(yùn)送絲綢，還輸送了些什么東西等，從而引發(fā)學(xué)生一系列的探究活動(dòng)，并且在探究活動(dòng)中提高學(xué)生的認(rèn)知能力。

在信息技術(shù)活動(dòng)中，我們使用了各種傳感器，用于測量不同的物理量，而在控制編程和動(dòng)作元器件里，各種控制信號(hào)使用的都是電信號(hào)。為了能夠統(tǒng)一進(jìn)行控制和管理，所有的傳感器都需要將距離、速度、溫度、光線和聲音等各種不同的物理量轉(zhuǎn)換成電阻和電壓等電學(xué)度量，這樣就把原來物理學(xué)中不同細(xì)分學(xué)科的知識(shí)聯(lián)系起來，形成物理學(xué)的網(wǎng)狀知識(shí)結(jié)構(gòu)，達(dá)到了“STEM+”教育融合學(xué)科的效果。

2.從知識(shí)灌輸走向基于問題解決的學(xué)習(xí)（PBL）

“STEM+”課程的教學(xué)，通常采用以問題為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)的問題式學(xué)習(xí)方式，即PBL方法。這類課程往往是在一個(gè)需要解決的實(shí)際問題或一個(gè)真實(shí)的情境主題中，利用問題驅(qū)動(dòng)，開始探究式學(xué)習(xí)，在實(shí)際探究過程中認(rèn)知、學(xué)習(xí)并應(yīng)用科學(xué)的思想方法，聯(lián)系教師和學(xué)生來參加協(xié)作性的活動(dòng)，最后提出解決問題的有效方案。整個(gè)探究活動(dòng)的難度設(shè)計(jì)要符合學(xué)生的能力水平，讓學(xué)生能夠產(chǎn)生一種興奮、激動(dòng)以及愿意付出努力的沖動(dòng)。

例如，上述智能車案例中，為了能進(jìn)行有效的智能控制，需要有傳感器來測量車輛所處的環(huán)境和狀態(tài)，從而確定下一步的動(dòng)作與趨勢。特定的傳感器能將不同顏色的光線轉(zhuǎn)變成不同的電信號(hào)，因此，可以通過在控制板上的編程軟件，來識(shí)別交通信號(hào)燈的指示，再結(jié)合對電動(dòng)機(jī)不同的控制指令，實(shí)現(xiàn)遵從交通信號(hào)燈指令進(jìn)行的智能駕駛。學(xué)生在一個(gè)接一個(gè)的實(shí)際問題情境中，不斷地探索學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

通過這種PBL的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)，而且技能與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀相繼形成與提升。

3.從模仿走向設(shè)計(jì)思維與創(chuàng)新思維的應(yīng)用

傳統(tǒng)教學(xué)方式注重介紹前人的思維結(jié)論與對應(yīng)的案例，在教學(xué)過程中讓學(xué)生認(rèn)識(shí)前人的思維方法，使其在遇到類似的問題時(shí)，可以模仿前人的思維方式去解決類似的問題。

“STEM+”課程是針對真實(shí)情境中的實(shí)際問題，在探究解決問題的過程中進(jìn)行學(xué)習(xí)，因此要想更好地解決問題，取得真實(shí)的效果，就需要有創(chuàng)新思維，利用創(chuàng)新的方法，提出解決實(shí)際問題的方案，并在實(shí)際活動(dòng)中實(shí)施。“STEM+”教育要求學(xué)生具備深度學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)思維和創(chuàng)新思維能力，對實(shí)際問題進(jìn)行探究，并有一定的成果產(chǎn)出，產(chǎn)出環(huán)節(jié)包含作品設(shè)計(jì)、案例、論文等多種表現(xiàn)形式，這些作品必須與他人分享，展示給其他人。通過作品的設(shè)計(jì)，充分運(yùn)用設(shè)計(jì)思維、外化學(xué)習(xí)的結(jié)果，促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)融合與經(jīng)驗(yàn)、能力的遷移運(yùn)用;通過作品展示，凸顯學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力。

“STEM+”教育的評價(jià)

傳統(tǒng)的學(xué)科評價(jià)很多時(shí)候是通過問卷紙筆測試以分?jǐn)?shù)的高低來評價(jià)，而“STEM+”教育側(cè)重的是知識(shí)的整合與應(yīng)用、工具的選擇使用、問題的解決等，不能采用單一的評價(jià)方式進(jìn)行評價(jià)。

1.過程記錄與描述

“STEM+”教育側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生綜合多學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性關(guān)聯(lián)能力，許多“STEM+”教育活動(dòng)還利用各種信息技術(shù)設(shè)備記錄學(xué)生的整個(gè)探究活動(dòng)與學(xué)習(xí)過程。例如，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)全面記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，分析學(xué)生的稟賦、興趣愛好、個(gè)性特長等，為學(xué)生提供個(gè)性化的成長路徑規(guī)劃，以及深度學(xué)習(xí)的依據(jù)，教師對學(xué)生的素養(yǎng)與能力也會(huì)有一個(gè)基本的判斷。

2.結(jié)構(gòu)化評價(jià)[8][9]

教師針對學(xué)生對實(shí)際問題進(jìn)行探究過程中的表現(xiàn)，可以分析其所達(dá)到的思維高度，從而判斷學(xué)生在探索具體問題時(shí)的思維結(jié)構(gòu)處于哪一層次：前提結(jié)構(gòu)是否有邏輯，是否可以找到某種解決辦法;知識(shí)結(jié)構(gòu)是單一點(diǎn)還是多個(gè)點(diǎn)，是找到一條線索就以為發(fā)現(xiàn)了結(jié)論還是將多個(gè)知識(shí)點(diǎn)建立起聯(lián)系;是否能夠?qū)⒘闵?nèi)容整合成一個(gè)整體去解決復(fù)雜問題;是否能夠?qū)⒔鉀Q問題的過程進(jìn)行總結(jié)歸納，抽象成可以拓展應(yīng)用范圍的系統(tǒng)化知識(shí)與能力;是否能夠構(gòu)建起自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并用于解決實(shí)際問題。這些都是評價(jià)學(xué)生素養(yǎng)與能力的核心指標(biāo)。

總之，“STEM+”教育不是對傳統(tǒng)教育的簡單替代，它更多的是一種教育的理念課程和教學(xué)方式，其核心是基于問題與情境，綜合多學(xué)科知識(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)性方法論的學(xué)習(xí)，它是教育發(fā)展的小趨勢。

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