從問題中反思，加深A(yù)-STEM課程學(xué)習(xí)的深度

吳向東

摘要：本文通過對當(dāng)前STEM教育中學(xué)習(xí)深度不夠的問題的分析，總結(jié)深圳市龍崗區(qū)A-STEM教育的經(jīng)驗，提出了賦予人文價值、著眼師生共創(chuàng)、劣構(gòu)問題化、普及數(shù)字測量技術(shù)、掌握統(tǒng)計思想方法等針對性策略。

關(guān)鍵詞：A-STEM;STEM;課程;教學(xué)策略

中圖分類號：G710 ?文獻標(biāo)識碼：A ?論文編號：1674-2117（2020）19-0005-03

A-STEM（人文引領(lǐng)的STEM）是STEM教育的一個變式，是深圳市龍崗區(qū)創(chuàng)新教育實踐的載體之一，是凸顯粵港澳大灣區(qū)和深圳先行示范區(qū)“雙區(qū)驅(qū)動”特色的大科學(xué)教育的新探索，旨在培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和能力的特區(qū)新人。隨著A-STEM的發(fā)展壯大，特別是經(jīng)歷了疫情期間的網(wǎng)上教學(xué)后，當(dāng)下的STEM（包括A-STEM）教育中存在不少問題，需要我們不斷反省，從中反思總結(jié)，尋找對策，以進一步地提升A-STEM教育的質(zhì)量。

● 當(dāng)前STEM課程存在的問題

①在人文融入上，機械地把A加到STEM中較為普遍，而深層次的價值引領(lǐng)卻體現(xiàn)不足。A經(jīng)常被實際作為藝術(shù)裝飾，或者為了強行增加A，專門為某個項目增加藝術(shù)表演等類似的內(nèi)容。而藝術(shù)是表，人文是里，A-STEM項目的宗旨是為人類福祉服務(wù)，這個終極價值在課程中有所體現(xiàn)，才是真的人文融入。

②在課程深度上，偏重于體驗性設(shè)計，缺乏深入探究的內(nèi)容。例如，種植花草的STEM項目，有種植，有觀察，看到了植物生長中出現(xiàn)的種種問題，但并沒有藉此形成一個個研究項目去做深入的探究。

③在思維深度上，批判性思維缺乏，挑戰(zhàn)性不夠。體驗性課程的問題還在于難以引發(fā)學(xué)生的深度思考，主要是體驗感受已知答案的內(nèi)容，不需要太多的思維投入，也缺乏對未知或?qū)Πl(fā)現(xiàn)問題的批判性思考。而STEM是以解決問題為導(dǎo)向的需要批判性思維深度融入的活動，把體驗性活動進一步轉(zhuǎn)變?yōu)樯钊胩骄康幕顒?，才能提供挑?zhàn)性，批判性思維的融入才有機會。

④在課程的生成上，學(xué)生只是完成教師設(shè)定的內(nèi)容，缺乏從學(xué)生中生長出的探究項目。目前的STEM課程基本解決了從無到有的問題，而“有”又主要是教師或教材預(yù)先設(shè)定好的，學(xué)生主要是執(zhí)行，缺乏從學(xué)生生活中或從預(yù)設(shè)的課程中生長出學(xué)生發(fā)現(xiàn)的問題和繼續(xù)深入探究的項目，而這才是STEM教育中最需要體現(xiàn)的，這樣做才有利于培養(yǎng)有主動探究和創(chuàng)新精神的人。

⑤在STEM四大元素上，M（數(shù)學(xué)）缺位，定量研究缺乏。近現(xiàn)代科學(xué)是建立在數(shù)理實驗基礎(chǔ)上的，M（數(shù)學(xué)）是開展STE（科學(xué)、技術(shù)、工程）活動的方法和工具，即定量研究，以保證其科學(xué)性。但反觀實際的STEM課程，定量研究缺乏，造成了憑經(jīng)驗、不嚴謹做研究項目的現(xiàn)象比較突出，甚至因缺乏定量研究，造成質(zhì)量粗糙或使研究項目陷入錯誤的經(jīng)驗之中。

⑥在信息技術(shù)與課程的深度融合上，信息化程度不夠，先進性體現(xiàn)不足。STEM是時代的產(chǎn)物，具有鮮明的時代特征，課程天然地要與信息技術(shù)深度融合，但我們還是習(xí)慣用傳統(tǒng)的方法，包括定量測量還在用幾百年前的工具，如煤油溫度計等，數(shù)字化的測量工具還是沒有普及。

● 加深A(yù)-STEM課程學(xué)習(xí)深度的策略

加深STEM課程學(xué)習(xí)的深度，就需要解決以上這些問題。自從龍崗區(qū)開展A-STEM教育探索以來，一些優(yōu)秀的教師在開展有深度的A-STEM項目上做出了表率，再結(jié)合平時的觀察、學(xué)習(xí)和指導(dǎo)工作所積累的經(jīng)驗，特提出以下加深A(yù)-STEM課程學(xué)習(xí)深度的策略。

1.賦予項目人文價值，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機

始于內(nèi)在動機的學(xué)習(xí)最能持久，當(dāng)學(xué)生認識到做某個項目能解決人們生活中的某個問題或感受到有較重要的社會價值時，責(zé)任感、使命感會油然而生，成為學(xué)生不懈探索的動力。在疫情期間，筆者以《別扔了那些不要的花和菜》為題，把純科學(xué)的植物無性繁殖的種植活動與新冠病毒奪去人類生命的事件結(jié)合起來，教學(xué)生把要丟棄的開過花的水仙球、花謝了的玫瑰、切掉的蘿卜蒂等保留下來，用簡單的扦插等繁殖方法，讓這些植物獲得第二次生命，把尊重生命的人文意蘊，賦予植物無性繁殖活動之中，A-STEM學(xué)習(xí)有了不同尋常的意義。

2.倡導(dǎo)課程的師生共創(chuàng)，改變教師的單向設(shè)計

教師預(yù)先設(shè)計的內(nèi)容，對于A-STEM課程來說只是引子或序曲，學(xué)生由此得到啟發(fā)，自己發(fā)現(xiàn)問題，生成自己的研究項目，自己去組織解決問題，這才是設(shè)計課程的目的。在《別扔了那些不要的花和菜》的教學(xué)視頻中，筆者展現(xiàn)的只是自己家中有的少量的花和菜，這些只是例子或引子，是為了啟發(fā)學(xué)生在家里觀察（家里廚房和房間里有哪些花和蔬菜，它們身體的哪些部位可以用來做無性繁殖，該采用怎樣的無性繁殖方法，怎樣養(yǎng)護），從而引發(fā)學(xué)生生成自己的研究項目。

類似的師生共創(chuàng)課程，擺脫了教師習(xí)慣的單向設(shè)計，把學(xué)生從項目的執(zhí)行者轉(zhuǎn)變?yōu)樾马椖康膭?chuàng)造者。因為目的是要啟發(fā)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題和產(chǎn)生新項目，深度的思考、批判性思維自然就會在頭腦中發(fā)生;因為有一定的思維深度，學(xué)習(xí)活動的體驗性就容易轉(zhuǎn)變到探究性上來，增加了學(xué)習(xí)的深度。

3.課程設(shè)計要劣構(gòu)問題化

課程的深度不夠，習(xí)慣于體驗性設(shè)計，與課程設(shè)計者缺乏問題意識有關(guān)。A-STEM的宗旨是為人類福祉服務(wù)，怎樣才能做到這一點呢？那就需要帶領(lǐng)學(xué)生去直面生活中的問題，并想辦法解決它。所以，在這個意義上，問題是課程的起點，解決問題是課程的終點。

據(jù)筆者觀察，只要教師潛意識中以傳授知識為目的，設(shè)計的問題多是良構(gòu)的，很少是更有挑戰(zhàn)性的劣構(gòu)問題。良構(gòu)問題廣泛存在于教材中，其特征是問題的內(nèi)在結(jié)構(gòu)明確，解決問題所需的知識和方法明晰，甚至提供詳細的實驗步驟指引和記錄表，實驗程序完成后數(shù)據(jù)證據(jù)稍作整理，明確的結(jié)論也就獲得了。這種基于良構(gòu)問題的學(xué)習(xí)，能讓學(xué)生體驗到一些方法，但本質(zhì)上是傳授式教學(xué)的一種改良。而劣構(gòu)問題不同，如做一輛跑得最遠的太陽能動力小車，這個問題沒有提供清晰的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，問題好像很清晰，其實也很模糊（太陽能怎么利用？是要找太陽能電池板嗎？哪里可以獲??？有哪些種類？哪些種類既便宜又能電力大？還要考慮電池板的重量，要找最輕的，但最輕的產(chǎn)生的電力夠嗎？動力小車用怎樣的電動機？用無人機的電動機可以嗎？車用什么材料設(shè)計？做什么形狀的阻力小？……）。一個劣構(gòu)問題可以引發(fā)無數(shù)的疑問和思考，它沒有良構(gòu)問題那樣清晰明了。例如，“請做一輛太陽能電池小車，比較薄膜電池和多晶硅電池哪個轉(zhuǎn)換的電力大，都以這輛玩具小車跑的距離作為判定標(biāo)準”，這種良構(gòu)問題把獲取知識和解決問題的方法都做了明確提示，其挑戰(zhàn)性比劣構(gòu)問題要低得多。在一個有深度的A-STEM學(xué)習(xí)項目中，良構(gòu)問題主要是用到解決劣構(gòu)問題的某個環(huán)節(jié)中，通過它去獲取必要的知識和方法，其目的是最終推動劣構(gòu)問題的解決，但絕不是一個學(xué)習(xí)項目的全部。項目設(shè)計劣構(gòu)問題化，從體驗轉(zhuǎn)向真正有深度的探究才有可能。

4.將簡單的數(shù)字化測量工具大量用起來

對于A-STEM來說，信息技術(shù)與課程深度融合最直接的體現(xiàn)就是把簡單廉價的數(shù)字化測量工具用起來，甚至把手機上的傳感器用起來。例如，在學(xué)習(xí)聲音時，測量噪聲強度的聲級計APP、感受聲音震動頻率的頻率發(fā)生器APP等，都可以用于改變傳統(tǒng)落后的研究條件，這些傳感器雖然達不到工業(yè)級的高精度，但用于教學(xué)是足夠的，可以把學(xué)生定性的不準確的感受，提升到更加精確的用準確數(shù)據(jù)說話的真科學(xué)研究上來。

5.教學(xué)生學(xué)習(xí)正確的統(tǒng)計思想和方法

電子化智能化的測量工具獲取的數(shù)據(jù)需要用一定的統(tǒng)計方法進行整理，中小學(xué)課標(biāo)里對統(tǒng)計的學(xué)習(xí)和應(yīng)用也有一定的要求。對于小學(xué)生來說，會四則運算，就可以做簡單的統(tǒng)計。

在小學(xué)科學(xué)教材中，采用獲取三次測量數(shù)據(jù)然后算平均數(shù)的方法，用于消除誤差，獲得可靠的結(jié)果。但恰恰是這種看似簡便易行的方法，卻帶來了對統(tǒng)計思想甚至科學(xué)思想的誤解。第一，三次測量的數(shù)量是不夠的，要有足夠的測量數(shù)量才能歸納出結(jié)論，形成正確的統(tǒng)計思想;第二，三次測量的結(jié)果求平均數(shù)時，很容易被某個測量不準的數(shù)帶偏，而得到不正確的結(jié)果，消除誤差最好的辦法不是平均數(shù)，而是反復(fù)檢查實驗測量是否科學(xué)嚴謹，盡可能在實驗控制上做嚴格要求，以避免學(xué)生形成錯誤的統(tǒng)計思想。

在本期專題的例子中，何躍華老師讓三年級的學(xué)生看疫情統(tǒng)計圖，教學(xué)生用電子體溫計監(jiān)測家人一天中的體溫，從中發(fā)現(xiàn)了人的體溫不是恒定在37°C不變，而是有一定小幅度的變化，這種變化在一個合理范圍就是正常的，超過了就可能是發(fā)燒了，要去醫(yī)院做進一步的診斷。不要小瞧學(xué)生獲得的這個知識，它有可能使學(xué)生對世界萬物變化的看法發(fā)生變化，從中感受到用統(tǒng)計看世界的思想。施珍梅老師在小學(xué)高年級則更進一步，教學(xué)生看到統(tǒng)計數(shù)字背后隱藏著的東西，對社會上一些流行的統(tǒng)計結(jié)論進行批判性思考，從而讓學(xué)生透過數(shù)據(jù)看本質(zhì)，鍛煉基于證據(jù)和統(tǒng)計思想去質(zhì)疑的本領(lǐng)，期望學(xué)生在日常生活中不那么容易被流言和商家忽悠。

統(tǒng)計是STEM中非常常用又適合不同年齡段學(xué)生的數(shù)學(xué)方法，藉此把M（數(shù)學(xué)）體現(xiàn)出來，探究項目的科學(xué)性將得到更好的保障。

以上策略是因目前國內(nèi)STEM教育中存在的問題，基于深圳龍崗A-STEM教育的經(jīng)驗而提出的，其中技術(shù)上的策略容易學(xué)習(xí)，但每一個策略背后都涉及教師的改變。作為STEM教師，在教學(xué)生用好先進的數(shù)字化工具的同時，在所有的項目中自然地融入人文，價值引領(lǐng)，彰顯科技為人類福祉服務(wù)的價值，才能培養(yǎng)出健全的負責(zé)任的公民。STEM教育是實踐性很強的發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造力的不同于傳統(tǒng)傳授的教育，這就需要教師不斷反省和改變，特別是要自覺克服潛意識中知識傳授的慣性，通過反復(fù)錘煉，迭代改變，才能讓STEM課程真正推動有深度的學(xué)習(xí)，造福學(xué)生。