STEM教育的應用范疇（十六）

向世清，博士，中國科學院上海光學精密機械研究所研究員。長期從事激光物理與工程技術的前沿研發(fā)，是參與產業(yè)經濟戰(zhàn)略與決策咨詢、基礎教育改革咨詢、科技創(chuàng)新中心發(fā)展戰(zhàn)略設計等多領域戰(zhàn)略專家，也是上海市最為活躍的科技創(chuàng)新教育專家之一。

前一講，我們從探究可以分成的6個層次的角度，對探究作出了如何進一步具體進行和做好的解剖，并已解讀了6個層次中的4個。本講我們繼續(xù)解讀余下的2個層次。

這里首先繼續(xù)看表l中所簡單概括列出的6個探究水平層次。

（5）真實世界問題的應用這一層次的探究，意味著學習者開始將當前已學習的知識考慮如何應用至實際的問題之中，以及具體展開應用的過程并在過程中逐步深化相關知識的認識。這是一種學習者深化所學知識并應用這些知識形成拓展和遷移的嘗試過程，最明顯的是要將學到的知識嘗試著用，且用到的不僅是已學的原處地方，更多地是用到解決同類問題或類似問題的地方，所謂“舉一反三”的方式。那么，所用到的類似的情況或地方，一定是與所學原處的時候有所不同或變化，起碼用到了新位置，盡管場景大致相同或者目標大致一樣，但一定是與最初所學時有所細微差別。這種應用最能檢驗知識究竟學會了沒有。

特別要強調的是，這里有一個最本質的關鍵要求，即必須是應用到周圍生活中或者客觀世界中出現(xiàn)的真實問題解決之下。真實，意味著現(xiàn)實的存在，不是臆想、設想或者虛擬的，更不是停留于紙頭上或者書本上。一旦進入真實的問題，那么該問題就起碼會有真實客觀中各種各樣的事情交織在一起、分不清彼此和難以相互獨立開來的特點，絕不是像那種一眼就能看出受什么影響的簡單問題。因此真實問題一定是更為復雜的多方面影響下的問題，所涉及的多方面的影響甚至是錯綜交織的，難以簡單地梳理出條理和層次，而絕不會像所學的書本上一般傳授概念時描述得那般簡單、單一、獨立和抽象。所以，進入這一層次的探究立即變得困難多了，也因此有趣多了，往往就能真正體驗和檢驗所學知識是否真的會了，以及是否真的達到了應用的能力。這是因為，無論真實問題怎樣復雜，只要我們想一些方式嘗試著解決，而且將前4個層次的探究加以較好地選擇應用，慢慢地就會進階和體會到更多的體驗、思考和認識結果，且達成問題解決的可能也就會逐漸趨近應該有的終極良好結果。與此同時，過程中的學習也就將所學的知識更為理解、更為深刻把握，甚至趨向“悟通了”的境界。

通常情況下，這里的探究方向是容易明確的，因為盡管嘗試過程會更多、更長、更反復、更曲折，需要在遇到更多的失敗后再重來，但這其中始終有一個明顯的標準予以界定和指向，那就是以實際問題究竟解決了沒有為導向。如果解決了，最終效果就很容易在實際中被看到或感受到，通常是一目了然的、易于簡單知曉的。循著這一導向和判斷標準，探究者會將所學知識真正與實際的情形相對應、相匹配、相印證，應用知識的過程和方式就會更綜合和變化，也就逐步將知識的真正內涵凝練出來、關鍵道理感悟獲取，以此形成“實踐出真知”。如此，學習者依靠探究，形成了這種通過深度的嘗試性學習逐步經歷高階思維的過程，雖然不一定一下子就可能走到正確的結果上，但卻反倒是觸動了更多向、更變化的思維和判斷過程，讓知識最終得到了想象不到的“認知”。這與“紙上談兵”（如圖l示意）形成鮮明對照（這也說明了實踐、真實、挫折、失敗帶給學習的寶貴價值。我們的應試教育模式往往就缺了這些寶貴經歷。事實上，只要經歷了將知識應用于真實問題的過程，我們就會發(fā)現(xiàn)學習完全變得是另一番景象和另一種層次?？上覀円呀浗洑v較多的應試型學習是難以看到這種景象，到不了這樣的層次的。所以，現(xiàn)代的教育理論都倡導進入真實性學習過程，包括真實的問題、場景、空間、過程、變化、交互、反映，然后直到真實的結果，不是我們的虛擬定制化，不是我們的書本包辦一切，不是我們的“紙上談兵” “玩假”居多，以至于學生最終學不致用，更有甚者還因感知不到學習與世界的真實聯(lián)系而最終失去學習的動力和興趣。我在這里要順便特別呼吁，一定要大力加強我國教育中真實教育的比重，否則，再延續(xù)一些年頭，后果很難設想）。

（6）假說性探究假說，在英文中為hypothesis，這個詞有著較為特別的含義和要求，意為“根據已知的少量事實依據作出設想，但設想還有待于進一步被證實”。所以這種探究是先對結果給出一種“假說性的描述”，然后反復驗證這樣假說的準確和正確性。這樣一種層次的探究，是探究中已經進入高層次的探究，通常是在探究經歷實踐后由基于實踐的歸納、總結、研判、預測等高階思維活動，繼而發(fā)生的向著高級思維結果邁進的過程，很大意義上已經進入思維高層次，而且這樣的過程其結果往往朝向了更為科學的結果或者準確理性的結果（這其實已經接近了“研究”的層次和階段）。

因此，這一層次的探究可以分為兩個階段。第一階段是假說的形成和提出階段。第二階段則是對所提出的假說進行想方設法但卻合理準確的驗證階段。因為假說仍然帶有“試探性地解釋或者描述”的性質，所以這里更是帶有強烈的探究意義。

在中文中，假說還可以用另外一個具有同義的詞描述，即猜想（這里大家也許馬上就會聯(lián)想到類似于數學家陳景潤研究解決“哥德巴赫猜想”的故事，然后就更能理解這里的闡述）。當你對事物認識到某種程度時，產生一種進一步的設想是再平常不過的，此時通過思考中形成某種說法或判斷論述，界定或者描述這里所認識的事物究竟“是什么”或者“有什么規(guī)律”，以及“接下來會發(fā)生什么”等，這就是假說或者猜想。然后，進行假說的驗證，包括試驗，尋找進一步的證據、更嚴格的理論和數學推導等各種各樣的證明過程。這其中，既有可能立即就證明假說具有完全的成功性，也有可能經過了很長時間仍然發(fā)現(xiàn)假說是錯誤的而必須推倒重來。所以，這樣一種“提出設想嘗試證明判斷成否”的過程，正是探究的典型過程，而且這種過程還經常需要反復進行，經常是失敗與成功交替出現(xiàn)。

有很多科學家相信， “科學假說”與“科學理論”往往就差一步之遙。很多科學家在創(chuàng)新獲得某種科學理論的成就之前，都有一個這樣的思維中構想結果的階段，而且，這樣的構想往往已經預判成功了結果的很大一個部分內容。如圖2所示，德國科學家魏格納提出“大陸漂移說”就很好地解釋了地球大陸板塊之間的變遷。又如圖3所示，俄國科學家門捷列夫在一直苦思冥想的情況下偶然做夢想到了元素周期律，然后給出了元素周期表的偉大科學貢獻。同樣地，一個建筑學家，在進行一座著名建筑設計之前，往往也會預先設想自己將建一個什么樣的建筑。所以，假說這樣一種主要是思維性的過程在達成解決問題的結果之前，是一個極其關鍵的節(jié)點和階段。

將“假說性探究”放到學習的角度，學習者利用這一過程就可以更好地體會科學概念、理論等科技成果在最終取得成功之前的一些歷程，就更能理解知識的建立歷史，也就更能深化理解知識的最本質的內涵并上升到高階思維性的知識建構。

也很容易看出，從探究層次而言， “假說性探究”實際上是包含了前面的5個探究層次或者是它們的綜合性使用。這正是探究的層次不斷遞進的充分反映，也同時說明了按照6個層次劃分探究有著高度的合理性和有效性。

截至此處，我們已經清楚地解讀了探究性學習。說到底，我希望大家在STEM教學過程中，更科學地使用好探究這一方式，給學生帶來更好的學習過程和成效。下一講，我們將在此基礎上解讀研究性學習的核心。