科學視角下的STEM教育

徐杰

實施STEM教育，是順應國際教育發(fā)展趨勢的大好事。STEM，是科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫。如何讓學生以工程的方法，充分運用科學知識、技術(shù)技能，改進工程質(zhì)量，經(jīng)歷探究、設計、創(chuàng)造、實踐、表達等一系列過程，實現(xiàn)工程、技術(shù)、數(shù)學和科學融合，最佳的方法就是選取最為核心的內(nèi)容，最為恰當?shù)姆椒?，去粗求精、去偽求真。那么，怎樣才能體現(xiàn)去粗求精、去偽求真呢？

一是體現(xiàn)在內(nèi)容上。因為STEM教育中的跨學科融合不是簡單的拼湊和集合，所以，我們要從更高、更寬的角度來思考和設計“跨”的問題。例如，以“水世界”為主題的STEM課程，科學老師介紹水的物態(tài)變化、性質(zhì)，語文老師介紹與水有關(guān)的詩詞美文、人文故事，社會老師介紹水在地球系統(tǒng)中的重要作用，美術(shù)老師介紹和水有關(guān)的藝術(shù)作品、創(chuàng)意產(chǎn)品，化學老師介紹水對于生命體的巨大作用等。到此為止，“水世界”主題并沒有進行融合，學科間也只是平行式的相鄰關(guān)系。

如果要圍繞“水世界”這個主題來實施STEM教育，我們就必須對這些內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化、體系化的改造與提升，進而生成全新的STEM課程。比如，水和生命（動植物、微生物）；水和地球圈層（大氣、生態(tài)、巖石、地質(zhì)、氣候）；水與生產(chǎn)生活；水資源和水循環(huán)（淡水、污水處理、海水淡化、農(nóng)田灌溉、回收再利用）；水資源管理（調(diào)度、保護、節(jié)水、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、雨水收集）；水與社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的相互作用（價值觀、城市形象、航行交通、運河、一帶一路、戰(zhàn)爭糾紛）；水與文化的共生（藝術(shù)、風俗、音樂、詩歌、攝影）。通過尋找分科課程中知識內(nèi)容之間的交叉點和共同點，對原有的學科課程知識進行重組、融合，從而序列化地串起這些學科的知識內(nèi)容。

這種融合真正體現(xiàn)了《K12科學教育框架：實踐、交叉概念和核心概念》的基本原則：①具有學科意義，即STEM教育融合了多個學科領(lǐng)域或者是某個學科領(lǐng)域中組織相關(guān)知識的大概念、核心概念；②具有很強的解釋力，即能夠用來解釋更多現(xiàn)象；③具有生成性，即突破預設，抓住生成的教學資源，為理解和探究更為復雜的概念和解決問題提供幫助；④與生活相關(guān)，即它與社會和個人關(guān)注的問題有緊密聯(lián)系，并與學生的生活體驗和興趣相關(guān)；⑤能夠在多個年級教與學，并不斷增加深度和復雜性。（如圖）

為探尋具有江蘇特點的STEM教育課程和評價體系建設，2017年9月，江蘇省中小學教學研究室、南京師范大學教育科學學院與江蘇鳳凰數(shù)字傳媒有限公司聯(lián)合成立江蘇STEM教育協(xié)同創(chuàng)新研究中心研制的《小學STEM活動課程》均屬于此類研究成果。目前已經(jīng)出版小學STEM課程10冊、小學人工智能課程4冊。

當然，跨學科的融合還可以有各種不同形式。一是序列式，也就是按某種檔次排列，既可以是同一序列，也可以是不同序列；二是平行式，也就是在同一方向上不相交；三是部分式，也就是整體中的局部、個體；四是提升式，也就是使目標、能力、水平、數(shù)量、質(zhì)量等方面比原來高；五是總體融合式，就是相互結(jié)合在一起。我們要針對具體內(nèi)容深度研究、精準研究STEM的呈現(xiàn)形式，只有這樣，才能形成全新的跨學科的融合的STEM課程。

二是體現(xiàn)在方法上。沒有科學知識為基礎，就不會有技術(shù)的創(chuàng)新；技術(shù)的創(chuàng)新，若沒有態(tài)度和情感的引導，就會缺少創(chuàng)新的動力和價值。STEM教育不僅是知識的融合，也是技能、能力、方法、情感等要素的融合。從教育學科的角度來講，學校教育培養(yǎng)的主要能力也就是能力遷移、方法遷移。有些學生學習不得要領(lǐng)，原因就是所學知識不會遷移到真實生活情境中。STEM教育讓學生學會應對新的問題，從一個情境到另外一個情境，從一個學科到另一個學科。

例如，在《我的LED》這個STEM課程，以“設計制作圣誕裝飾品”作為任務驅(qū)動，通過新舊知識的累積與碰撞，激發(fā)學生研究的熱情，使學習變?yōu)橐环N學生內(nèi)心的認知需要，進而產(chǎn)生持續(xù)、自主的學習內(nèi)驅(qū)力。在經(jīng)歷《我的LED》這個STEM課程中，學生不斷調(diào)動個體的智慧和創(chuàng)造性，綜合運用原有的知識、經(jīng)驗，做出合理推論并分析、發(fā)現(xiàn)存在的問題，形成自己的假說和解決方案；然后，再動手解決問題，完成任務。與此同時，由于教師給學生留有充分發(fā)展思維、分析、探究、交流和拓展的空間，也進一步推動了學生主動學習，提高了學生動手完成任務的能力，創(chuàng)新精神和實踐能力也得到進一步培養(yǎng)。在這個項目研究過程中，教師和學生一起商量可能的方案、可行的技能，他們擁有克服困難的一點一滴的經(jīng)歷，也有收獲成功的信心滿滿。這樣的活動，既將科學、技術(shù)、工程、數(shù)學有效地融合在一起，找到了它們之間存在的相互支撐、相互補充、共同發(fā)展的隱形線索，又使學生在交互碰撞中實現(xiàn)了深層次的學習、理解性學習。

STEM教育用科學的方法指導工程學的研究，打開了一片嶄新的天空。對學生而言，不僅僅為了培養(yǎng)科學家和工程師，也是對教育價值的認可，即人格的培養(yǎng)；對國家而言，我們培養(yǎng)的是國家未來的核心競爭力。因此，STEM教育一定要有實際操作，一定要有設計，一定要有產(chǎn)品。如果最終沒有產(chǎn)品被生產(chǎn)出來，就不是真正的STEM教育，只是紙上談兵。

STEM教育強化了對知識、能力、方法的遷移，培養(yǎng)的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題等能力，是一個探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的綜合能力和關(guān)鍵能力。但是，針對不同的類型STEM（驗證型STEM、探究型STEM、制造型STEM、創(chuàng)造型STEM等），我們必須以創(chuàng)新的精神來開拓這個有意義的領(lǐng)域，才會有大的收益。

（作者單位：江蘇省海門市海南小學）