STEM課程的跨學(xué)科整合模式與基本取向

余勝泉+++胡翔

在課程方面，STEM教育代表了課程組織方式的重大變革。有研究表明，學(xué)習(xí)者接受STEM教育有助于獲得對(duì)數(shù)學(xué)和科學(xué)等內(nèi)容更加深入的理解。同時(shí)也有助于培養(yǎng)他們獲得在真實(shí)世界應(yīng)用這些知識(shí)解決問題的能力，因?yàn)檫@些問題從本質(zhì)上就是跨學(xué)科的。因此，STEM教育的課程設(shè)計(jì)應(yīng)該使用“整合的（integrated）課程設(shè)計(jì)模式”，即將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等整合在一起，強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的應(yīng)用和對(duì)學(xué)科之間關(guān)系的關(guān)注。

跨學(xué)科整合的模式

針對(duì)STEM教育整合的課程設(shè)計(jì)，美國(guó)馬里蘭大學(xué)赫希巴奇（Herschbach，2011）提出兩種最基本的課程模式：相關(guān)課程（thecorrelated curriculum）模式和廣域課程（the broad fields curriculum）模式。相關(guān)課程模式將各科目仍保留為獨(dú)立學(xué)科，但各科目教學(xué)內(nèi)容的安排注重彼此間的聯(lián)系。例如，上物理課可能需要學(xué)生預(yù)先掌握數(shù)學(xué)概念，數(shù)學(xué)和物理教師要通過溝通，將這兩次課安排在時(shí)間節(jié)點(diǎn)相近且數(shù)學(xué)課教學(xué)排在前面。相關(guān)課程模式與學(xué)校目前的課程模式很相近，但最大的區(qū)別在于前者需要不同學(xué)科之間的教師對(duì)課程安排進(jìn)行詳細(xì)、周密的協(xié)調(diào)和計(jì)劃。

廣域課程模式則取消了學(xué)科間的界限，將所有學(xué)科內(nèi)容整合到新的學(xué)習(xí)領(lǐng)域。STEM教育的廣域課程模式不再?gòu)?qiáng)調(diào)物理、化學(xué)甚至科學(xué)作為獨(dú)立的學(xué)科存在，而是將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等內(nèi)容整合起來，形成結(jié)構(gòu)化的課程結(jié)構(gòu)。赫希巴奇指出，最常用的整合方式是通過活動(dòng)（activities）形成連貫、有組織的課程結(jié)構(gòu)Herschbach，2011）。例如，教師圍繞建構(gòu)和測(cè)試太陽(yáng)能小車組織課程。在這樣的課堂里，教師通過設(shè)計(jì)太陽(yáng)能小車，將科學(xué)、技術(shù)和工程等STEM學(xué)科相關(guān)知識(shí)均包含在內(nèi)，讓學(xué)生通過活動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

總的來說，上述兩種課程整合模式各有優(yōu)劣勢(shì)。相關(guān)課程模式對(duì)教師來說比較熟悉，但需要各學(xué)科教師之間密切協(xié)商與交流；廣域課程模式打破了學(xué)科間的界限，通過活動(dòng)促使學(xué)生在真實(shí)情景中學(xué)習(xí)各學(xué)科的知識(shí)，但如何在打破的學(xué)科之間取得平衡、建立新的課程結(jié)構(gòu)對(duì)一線教師和政策制定者提出了新的挑戰(zhàn)（Herschbach，2011）。

跨學(xué)科整合的基本取向

STEM教育要求四門學(xué)科在教學(xué)過程中必須緊密相連，以整合的教學(xué)方式使得學(xué)生掌握概念和技能，并運(yùn)用技能解決真實(shí)世界中的問題。如何將四門獨(dú)立學(xué)科知識(shí)緊密關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)整合，有三種取向：

1.學(xué)科知識(shí)整合取向

分析各學(xué)科最基本的學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)，找到不同學(xué)科知識(shí)點(diǎn)之間的連接點(diǎn)與整合點(diǎn)，將分散的課程知識(shí)按跨學(xué)科的問題邏輯結(jié)構(gòu)化。將各學(xué)科內(nèi)容改造成以問題為核心的課程組織，通過序列化的問題有機(jī)串接起各學(xué)科知識(shí)，使課程要素形成有機(jī)聯(lián)系和有機(jī)結(jié)構(gòu)。

知識(shí)整合取向模式一般采用基于問題的學(xué)習(xí)模式，強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)在復(fù)雜、有意義的問題情境中，通過學(xué)生合作解決嵌入于真實(shí)情境中的問題或與真實(shí)世界相關(guān)的問題，促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解與建構(gòu)，從而習(xí)得隱含于問題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。它可以使學(xué)生通過體驗(yàn)知識(shí)獲得的過程，促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知能力的發(fā)展，通過應(yīng)用知識(shí)解決問題達(dá)成對(duì)知識(shí)的靈活掌握，并能對(duì)知識(shí)進(jìn)行社會(huì)性、情境性的遷移運(yùn)用。解決問題的目的是為了掌握蘊(yùn)含于問題之中或支持問題解決的知識(shí)，問題是多學(xué)科知識(shí)融合的交叉點(diǎn)與整合點(diǎn)，是觸發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)與探究的觸發(fā)器，是創(chuàng)新學(xué)習(xí)的載體。一般來說，問題解決的過程不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)，具體開展的方式方法也會(huì)多樣化，比如WebQuest網(wǎng)絡(luò)探究、5E教學(xué)法（engage、exploration、explanation、elaboration、evaluation）、研究性學(xué)習(xí)等。

2.生活經(jīng)驗(yàn)整合取向

注重知識(shí)的社會(huì)功能，也就是基于學(xué)習(xí)者的需求，以第三次工業(yè)革命為代表的知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)所必需的知識(shí)與技能為核心整合多學(xué)科知識(shí)，然后以項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施為載體，將學(xué)術(shù)性的學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為可解決實(shí)際問題的生活性知識(shí)。基本做法是從兒童適應(yīng)社會(huì)的角度選擇典型項(xiàng)目進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，讓學(xué)習(xí)者在體驗(yàn)和完成項(xiàng)目的過程中，習(xí)得蘊(yùn)含于項(xiàng)目之中的多學(xué)科知識(shí)與技能，或從改造和完善現(xiàn)有社會(huì)的角度，選擇挑戰(zhàn)性項(xiàng)目。

這種課程整合方式強(qiáng)調(diào)社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)以及社會(huì)問題解決能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科知識(shí)融合到真實(shí)的社會(huì)性項(xiàng)目中，在項(xiàng)目活動(dòng)中尋找各學(xué)科知識(shí)的整合點(diǎn)。因此，項(xiàng)目的過程分析、活動(dòng)設(shè)計(jì)等社會(huì)分析是核心。

生活經(jīng)驗(yàn)與社會(huì)取向課程整合模式一般采用基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)模式（project-basedlearning），以實(shí)踐性的項(xiàng)目完成為核心，將跨學(xué)科的內(nèi)容、高級(jí)思維能力發(fā)展與真實(shí)生活環(huán)境聯(lián)系起來。項(xiàng)目學(xué)習(xí)一般以開發(fā)最終作品或“人工制品”為出發(fā)點(diǎn)，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生按自己的設(shè)計(jì)思路，采用科學(xué)的方法完成作品設(shè)計(jì)。作品設(shè)計(jì)是項(xiàng)目學(xué)習(xí)貫穿的主線和驅(qū)動(dòng)力，學(xué)生在完成作品的過程中進(jìn)行檢索、討論、演算、設(shè)計(jì)、觀察等學(xué)習(xí)活動(dòng)，并解決一個(gè)或多個(gè)問題，從而獲得知識(shí)和技能。作品制作是這種學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，但更為重要的是學(xué)生在制作作品過程中獲得跨學(xué)科的知識(shí)和技能，并獲得創(chuàng)造性運(yùn)用知識(shí)的社會(huì)性能力。

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)并非只強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識(shí)的掌握，還側(cè)重對(duì)教材內(nèi)容以外知識(shí)的體驗(yàn)與經(jīng)歷，旨在豐富學(xué)生對(duì)事物的認(rèn)識(shí)，注重生活經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的增長(zhǎng)。整個(gè)學(xué)習(xí)過程應(yīng)真實(shí)可信，是反映真實(shí)情境和現(xiàn)實(shí)生活的體驗(yàn)性活動(dòng)，體現(xiàn)將學(xué)術(shù)性學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為生活經(jīng)驗(yàn)知識(shí)價(jià)值取向。

3.學(xué)習(xí)者中心整合取向

這種模式不強(qiáng)調(diào)由教師預(yù)設(shè)問題或項(xiàng)目，而由學(xué)習(xí)者個(gè)體或小組調(diào)查、發(fā)現(xiàn)問題。它不僅強(qiáng)調(diào)解決問題能力的培養(yǎng)，還強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)問題的創(chuàng)新能力，是一種依據(jù)學(xué)習(xí)者需求，以學(xué)習(xí)者生活經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)尋找各學(xué)科整合點(diǎn)的模式。它強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者成就感與自我效能感，強(qiáng)調(diào)學(xué)生好奇心與興趣的維護(hù)與保護(hù)，強(qiáng)調(diào)分享、創(chuàng)造的愉快。在理念上，它清晰地體現(xiàn)了教育的人本主義思想。

學(xué)習(xí)者中心取向整合模式采用學(xué)生主導(dǎo)項(xiàng)目的方式，學(xué)生以個(gè)人或小組為單位提出任務(wù)，任務(wù)內(nèi)容需要學(xué)習(xí)并運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)。學(xué)生在項(xiàng)目問題解決過程中，教師發(fā)揮協(xié)調(diào)、指導(dǎo)、檢查、監(jiān)督、計(jì)時(shí)和評(píng)價(jià)作用。其優(yōu)點(diǎn)在于能力較強(qiáng)的學(xué)生可以擺脫傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化課堂教學(xué)對(duì)個(gè)人學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)活動(dòng)的約束，能更好地發(fā)揮個(gè)人能力；缺點(diǎn)在于能力弱的學(xué)生會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)過程中的自由度不適應(yīng)，需要教師更多的指導(dǎo)；同時(shí)由于項(xiàng)目任務(wù)非結(jié)構(gòu)化，所以很難實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生技能最終結(jié)果的全面評(píng)估。

學(xué)習(xí)者中心取向整合模式強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)者可以主動(dòng)介入、研究與發(fā)現(xiàn)的豐富教育環(huán)境，讓學(xué)生在蘊(yùn)含豐富STEM知識(shí)的環(huán)境中進(jìn)行交互、探究與發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)造意義、學(xué)習(xí)知識(shí)，在建構(gòu)性的環(huán)境設(shè)計(jì)中尋找蘊(yùn)含STEM知識(shí)的整合點(diǎn)。

4.三種整合取向的共性問題及應(yīng)對(duì)

上述三種課程整合取向代表了課程的知識(shí)屬性、社會(huì)屬性與人本屬性的不同側(cè)面，它們相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充，沒有絕對(duì)的優(yōu)劣，各有適合的領(lǐng)域與對(duì)象，在課程跨學(xué)科整合的實(shí)踐中應(yīng)該配合使用多種取向。

不管采用哪種取向的整合模式，將知識(shí)情境化與社會(huì)化都是其優(yōu)勢(shì)，但各學(xué)科原有知識(shí)體系結(jié)構(gòu)的劣構(gòu)化是它們面對(duì)的共性問題，容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)結(jié)構(gòu)的不均衡，可能某些知識(shí)掌握得較好，有些知識(shí)卻沒有觸及（因?yàn)樗鶎W(xué)項(xiàng)目沒有覆蓋）。這種基礎(chǔ)知識(shí)的結(jié)構(gòu)性偏差對(duì)于中小學(xué)生是個(gè)很大的問題。創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力培養(yǎng)的可持續(xù)性，其根源還在于學(xué)習(xí)者有良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并能不斷自我完善和發(fā)展。基礎(chǔ)教育領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)構(gòu)性缺失，會(huì)給兒童一輩子的成長(zhǎng)帶來障礙。因此，STEM的跨學(xué)科整合，一方面要將分學(xué)科的知識(shí)按問題邏輯或項(xiàng)目邏輯進(jìn)行跨學(xué)科重組，另一方面又要確保設(shè)計(jì)的問題和項(xiàng)目對(duì)所有學(xué)科基礎(chǔ)性知識(shí)結(jié)構(gòu)的全面、均衡的覆蓋。設(shè)計(jì)和實(shí)施STEM跨學(xué)科整合的課程，要在學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性與解決實(shí)際問題/項(xiàng)目中所獲知識(shí)的隨機(jī)性之間保持一定的張力和平衡，基于整體知識(shí)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)問題，使各問題之間包含的學(xué)習(xí)議題（如專業(yè)概念、原理等）多次地相互鄰接和交叉重疊。

余勝泉系北京師范大學(xué)教育學(xué)部副部長(zhǎng)、教授、博士生導(dǎo)師，文章來源《開放教育研究》，有刪節(jié)endprint