STEM教育，從探索走向實踐

摘要：近年來，“STEM教育”成為教育領域的熱詞。這一現象主要的驅動力源于國內教育發展對于學生核心素養和關鍵能力以及為了培養素養和能力而倡導的“以學習為中心”的課堂的關注。STEM教育讓課堂“以學習為中心”成為可能，讓學生核心素養的培養在課堂落地成為可能，因而受到格外的關注和研究。STEM教育方式正逐漸展現出自己相對于傳統分科教學方式的優越性：項目主題有趣、有用，能保持學習驅動力;延展時空疆域，讓個性化學習成為可能;突破學科壁壘，為項目需要而學習;任務更復雜，指向合作學習;作品多樣化、獨創性，在迭代中優化。

關鍵詞：STEM課例項目迭代

近年來，“STEM教育”成為教育領域的熱詞。這一現象主要的驅動力源于國內教育發展對于學生核心素養和關鍵能力以及為了培養素養和能力而倡導的“以學習為中心”的課堂的關注。STEM教育讓課堂“以學習為中心”成為可能，讓學生核心素養關鍵能力的培養在課堂落地成為可能，因而受到格外的關注和研究。

STEM教育方式正逐漸展現出其相對于傳統分科教學方式的優越性，因此也被寫入了《義務教育小學科學課程標準（2017年版）》：“倡導跨學科學習方式。科學（science）、技術（technology）、工程（engineering）與數學（mathematics），即STEM，是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，它將科學、技術、工程、數學有機地融為一體，有利于學生創新能力的培養。”這標志著STEM教育正在從探索走向實踐，應成為全體科學教師及其他學科教師需要認真貫徹和落實的任務。此外，新一輪的課標修訂還強調科學探究與科學實踐的有機結合與循環迭代，STEM教育因為注重工程技術領域的融合而十分契合這一需求。

《爆破摩天大樓》《摩爾斯電碼》兩則STEM教育課例都是由學校一線教師根據STEM教育理念，自主開發、設計實施的。從專業的角度來看，它們都還有瑕疵，難以盡善盡美。但從案例的設計以及教學實錄來看，還是體現了不少STEM教育應有的特質與樣態的，值得在更為廣泛的STEM教育實踐中借鑒與彰顯。

一、項目主題有用、有趣，能保持學習驅動力

STEM教育課例一般是從發布一個要求明確的任務或解決一個具有挑戰性的問題開始的，在此基礎上由學生個體或團隊開展持續性的探究。那么，要讓學生保持持久的學習動力，所選擇的項目任務或問題，要么基于學生生活實際，使學生通過學習能夠解決或滿足生活中的實際困難或需求;要么新奇、有趣，能夠最大限度地激發學生的好奇心。

《爆破摩天大樓》課例中，貫穿始終的項目是用規定的材料搭建一座大樓并實施爆破，具體表述為：（1）在“15厘米×15厘米”的區域內，用50根長和寬都是1.5厘米、高是8厘米的長方形木條，搭建一座不低于60厘米的大樓。（2）用一根棉線拴住大樓的某根木條，拉動棉線使大樓倒塌，實現爆破。無論搭建大樓還是爆破大樓，無論語言文字的表述效果還是需要實際操作的探究過程，都是學生感興趣的、充滿期待的、想要去嘗試的。

《摩爾斯電碼》的課題一公布，立刻引起了全班學生的歡呼，可見他們對于這一研究主題的感興趣程度。當獲知通過學習，他們不但可以用摩爾斯電碼進行完整的編碼、發送、接收、解碼的聯絡過程，還能自己制作一套發報系統，甚至編制自己的獨特密語時，學生更是熱情高漲，表現為在整個學習過程中，思維始終保持高度活躍的狀態。

二、延展時空疆域，讓個性化學習成為可能

傳統的課堂教學模式，時間相對固定，學生也很難跳出教室空間之外。而讓學生直面生活中的真問題、真項目，并給學生更多的時間和空間，讓他們面臨具體項目、問題的復雜性，允許他們有更多的選擇和取舍，迫使他們采取更多的合作和交流，知識才有可能自主建構，思維才有可能走向深入，創意才有可能油然而生。

上述兩則課例中，都采用了兩個課時的教學設計。這樣，教師可以沒有時間壓力進行教學安排;學生團隊可以有較長的時間進行獨立規劃和完成學習任務，而不必按照老師的要求亦步亦趨。從課堂觀察的實際效果來看，在每課長達20分鐘的小組合作學習活動中，每一個學生都有表達自己觀點的時間和機會，小組討論時有了意見相左的爭論與最終協商的一致，項目推進過程中看到了失敗與失敗之后的討論與修改，這些都是傳統課堂上難得一見的。當然，如果不考慮教學展示的需要，隔一段時間后再進行第二課時的教學，讓學生可以根據項目需要去做一些自發的資料拓展和學習，應該能在第二課時中看到更多的精彩。

三、突破學科壁壘，為項目需要而學習

未來社會，學生面對的許多任務與問題都是超越單一學科內容的。因而，在STEM教育中，應該突破學科之間的壁壘，不必刻意定性這是一節科學課還是一節其他學科的課。也就是說，STEM教育不應人為地、機械地去分解項目的學科目標，區分哪些環節是基于科學學科的、哪些環節是基于數學學科的，抑或畫蛇添足地去額外設置學習環節來補齊四大基本領域（科學、技術、工程、教學）的內容。在學習過程中會涉及哪些領域、誰先誰后、誰重誰輕，一切都應該根據項目推進的需要，不求形式上的完整。

《爆破摩天大樓》課例中，科學、技術、工程、數學各學科要素是隨著項目的呈現一下子鋪呈開的，學生要高質量地完成項目就必須考慮大樓的重心、高度，爆破引線的設置點，最終作品的數字化上傳，積分的統計等諸多因素，并且要處理好大樓高度與占地面積之間的矛盾。這些問題把各學科知識揉為一體，使學生的綜合能力水平自然地隨著項目的推進而水漲船高。

《摩爾斯電碼》課例中，課程的邏輯結構不再是多點開花，而是線性推進：首先，學習并嘗試運用發報技術中的兩端——編碼與解碼;然后，探尋發報機的工作原理，并利用元件組塊的方式組裝發報機，解決發報的硬件設備需要。這樣的學習進程是環環相扣的，科學、技術、工程、數學各學科的元素也是在項目推進的過程中根據需要自然出現的。

四、任務更復雜，指向合作學習

目前，“小組學習”“合作學習”也都是教育領域的熱詞。但事實上，絕大多數的合作學習徒有其表：一是課堂時間太短，留不出足夠的時間讓學生合作學習;二是學習任務難度不夠，學生往往不需要合作就能完成。因此，更多的小組合作學習變成了觀點的分享，變成了學生就同一個問題發表各自的看法，導致同質化現象嚴重，無法形成互補，合作學習的深度也就不夠。

達克沃斯說過：“如果知識領域對學習者是可獲得的，它們必須以其全部復雜性呈現出來。當我們過于簡化了課程，我們就消除了學習者與之建立聯系的具體方面。” STEM教育呈現出的就是更多的復雜性，并與之匹配地留出更多的學習時間，從而讓真正的高質量的合作學習成為可能。《爆破摩天大樓》課例中，這種高質量的合作體現得更為充分：整個第二課時，學生圍繞任務，嘗試、交流、再嘗試、再交流，每一個學生都能充分發表自己的意見，認真聆聽同伴的意見并進行整理、融合，在嘗試過程中發現問題、提出問題、分析問題、解決問題，思維在多次迭代中走向深入。而《摩爾斯電碼》第二課時中，學生的分工更加明晰，也更像專業團隊的組合：機械工程師、軟件工程師、編碼專家、解碼專家。

五、作品多樣化、獨創性，在迭代中優化

在基于項目的STEM教育中，最后呈現的不再是有標準答案的作業，而是多樣化的、獨創性的作品。師生一起從作品的整體效果中來尋找亮點與不足，這是最大的精彩之處，也是工程設計中的正常思維：沒有最好，只有更好。產品在從1.0、2.0到n.0的多次迭代中逐步升級，不斷趨向完美，卻永遠沒有盡頭。

《爆破摩天大樓》課例中，各小組的作品造型各異、高低不同，“爆破”之后更是效果迥異——最美的未必是最高的，最高的卻又未必是最成功的，各美其美，卻又各有可以繼續完善的地方。

《摩爾斯電碼》課例中，設計的本是嚴謹的工程問題，在作品呈現上并不存在太多自由發揮的空間，但是最后一個任務“參照國際摩爾斯電碼表編寫自己的密語”卻成為神來之筆，激發了學生無限的想象力，也讓一節課的結束成為新研究的開始。

參考文獻：

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[2] 〔美〕愛莉諾·達克沃斯. “多多益善”——傾聽學習者解釋[M].張華，仲建維，宋時春，譯.北京：高等教育出版社，2004.