論STEM教育是科學教育的完成形態

摘要：科學教育語境下的科學是指自然科學，它屬于經驗科學。作為知識的科學是真理體系的一部分，它表現為與經驗事實保持一致的、可證偽的精確判斷的命題網絡；作為方法的科學是指“接受-懷疑-猜想-檢驗”的認識過程；作為價值的科學是指科學精神，比如，好奇心驅動、獨立自主、基于事實等，以及科學研究倫理規范。基于“知識-方法-價值”的理解框架，科學教育的宗旨是培養學生生活世界中的科學素養，即“懂科學、用科學、倡科學”。由此，科學教育的完成形態必然是STEM教育。為了STEM教育的可持續、高質量的發展，我們需要利用教育眾籌機制，應對STEM現代課程開發、專業的科學教師隊伍培育以及基于質的教育過程管理這三個相互關聯的系統性挑戰，從而將課程開發、教師專業發展以及教育過程管理融為同一個過程。這個過程同時也是教育現代轉型的過程。

關鍵詞：科學教育；STEM教育；現代課程；教育過程管理；教育眾籌

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

一、科學教育語境下的科學

為了能完整地理解科學教育，我們需要完整地理解科學。科學教育語境下的科學是指自然科學，它是科學大家庭中的典型代表，屬于下文所說的經驗科學。

（一）作為知識的科學

直觀地看，科學首先表現為知識體系，這個知識體系是人類構建的事實性真理體系（后簡稱真理體系）的一部分。認識論歷史上“符合論”和“融貫論”之間的爭論[1]表明，人們往往將事實與真理割裂開考察。實際上真理體系是一個連續體，我們可以將它表征為：事實—經驗科學—形式科學—哲學思想。從抽象程度（而不是發生學原理）看，經驗科學（典型的如物理學）表現為對事實的抽象概括，內部區分為不同領域；形式科學（典型的是系統論，在某種程度上數學也屬于形式科學）表現為對經驗科學的抽象概括，它是弱跨領域的；哲學思想表現為對形式科學的抽象概括，它是強跨領域的。這個真理連續體的真理性便是連續體內在的融貫性，即一致性。也就是說，經驗科學的真理性在于與事實保持融貫（此處的融貫也即符合論強調的“符合”），形式科學的真理性在于與經驗科學保持融貫，哲學思想的真理性在于與形式科學保持融貫。當然經驗科學、形式科學和哲學思想內部自身的融貫性是基本要求。由于不同真理分區的抽象程度不同，其真理強度也不同。真理連續體在經驗科學到哲學思想的方向上，真理強度是漸弱的。人類無條件地服從事實，因此直接服從事實的經驗科學的真理性最強，而哲學思想的真理性最弱。沒有了經驗科學的真理性，真理體系內部的融貫性將毫無意義。由于經驗科學的真理性檢驗并非基于總體樣本的，即不是基于全體事實的，這種真理性不具有絕對性。也就是說，經驗科學具有可錯性。這種可錯性是可以通過抽象概括向上傳遞的，越抽象的真理其精確性就越低，其檢驗成本就越高，發現錯誤的概率就越低，真理強度也就越低。但這種真理強度和精確性的損失也是有補償的，它帶來的是認識的統整性，滿足的是人類認識上的審美要求。

真理連續體中的事實并不是孤立的、現成的、原初的自在存在。這里，事實的功能是為經驗科學提供證據。引發新的經驗科學猜測的偶遇事實（現象）是不具有證據的合法性的，嚴格來說我們可以稱之為事情而不是事實。作為證據的事實是根據經驗科學論斷析出、構造的。也就是說，為了驗證某個科學論斷，人們必須按照該論斷的語義去構建特定的事實來說明該論斷具有真值。只有如此，這樣的論斷才能具備對世界的描述能力、解釋能力以及預測能力。在某種程度上說，人們構建特定事實的能力也就蘊含著特定論斷的真理性水平。事實與經驗科學之間的這種雙向關系并不限于它們二者。真理連續體中的各個真理分區之間的關系不是如上文所提到的抽象概括這種單向性關系，而是雙向互動關系。比如，一個經驗科學領域生成形式科學的論斷經常會對另一個經驗科學領域產生重要影響。典型的如，當物理學上升到系統論的水平時，系統論最終成了所有科學研究領域的世界觀。

直觀地看，作為知識體系的科學表現為命題網絡?？茖W中的命題是描述性命題，不是規定性或規范性命題，因為只有描述性命題才有真值。由于科學追求的是普遍必然性，因此科學命題表達的是概念之間的關系，而不是個別對象之間的關系?？茖W命題在描述上存在三個重要特征。第一個特征是事實性，即科學命題是一種事實性判斷，命題的陳述不能包含價值性、感受性語詞。也就是說，科學命題中的概念詞和關系詞都必須是事實性語詞而不能是價值性或情感性語詞。雖然科學的應用或者說科學的實踐功能背后都是價值驅動的，但科學本身是價值無涉的。這種價值無涉就表現在科學命題是事實性的。我們不能因為研究背后的價值關切而破壞科學的價值無涉。由于價值判斷和情感判斷的多元性，有價值詞或情感語詞參與的概念界定，在科學語境下會成為偽概念；用價值詞或情感詞來表達關系，在科學語境下會成為偽命題。

科學命題的第二個特征是精確性?？茖W命題越是精確，其價值越高。波普爾[2]指出，越精確的科學命題失敗的概率也就越大，可是一旦證實，這個科學命題的真理性也就越高，它提供的實踐價值也就越大。為了提高概念的精確性，人們往往選擇含義明確的語詞來定義概念，如果自然語言的含混性妨礙了概念的精確表達，人們常常會采用更加具體的操作性定義的方式定義概念，盡量減少歧義性和含混性。為了提高關系的精確性，人們傾向于用數學語言使得關系定量化（恩格斯在《自然辯證法》中指出“任何一門科學的真正完善在于數學工具的廣泛應用”）。定量關系離不開特定的觀測工具，因此說，科學命題的精確性受限于觀測工具的精密水平。

科學命題的第三個特征是可證偽性。也就是說，科學命題蘊含著可精確觀測的事實。如果人們無法構造相應的事實，該科學命題會被稱為假說；如果人們構造的事實有違科學命題時，該命題便處于被證偽狀態。雖然科學命題并不總是因為一次證偽而被科學共同體放棄，因為證偽畢竟包含事實的構造，人們可以懷疑事實構造本身的不嚴密甚至錯誤（比如錯誤的實驗方案也就喪失了證偽能力）；但證偽的確是科學進化的內在機制。科學論斷通過證偽而變得越來越精確，它的功能也就越來越強大。此外，科學命題的可證偽性對于科學來說并不完備?？勺C偽性無法說明科學的理論功能。科學的理論功能來源于它的可證實性。只有滿足可證實性，科學理論才具有描述、解釋、預測等功能。所以科學論斷必須是正面的（Positive）而不是負面的（Negative），它描述的是什么存在、什么會發生而不是什么不存在、什么不會發生?！安淮嬖凇薄安粫l生”是科學應用的衍生推論。

（二）作為方法的科學

作為方法的科學這里不是指科學作為迷信的替代品被應用于理解、解釋和預測這個世界，也不能被簡化地理解為“科學方法”，甚至被簡化為“科學實驗”。作為方法的科學是指科學作為探究真理的一種特定方式，即科學建構自身的基本認識邏輯。

根據黑格爾，思維與存在的同一“不是指思維符合于存在，而是存在符合于思維”[3]，也就是說，人類的認識不是一種簡單的、類似于照相的反映過程，而是一種主觀見之于客觀的過程，即人類精神通過勞動達到內外統一的過程。這個過程可以簡單地被概括為以下幾個階段：

1.接受，即研究者都是在繼承已有科學成就的基礎上從事科學創新的。任何科學研究都是非零前見的。科學史告訴我們，科學起源于常識、脫胎于哲學，剔除粗糙、偏見和錯誤一直是科學本身的特征。

2.懷疑，即研究者以個體生命體驗為中介感知矛盾，生成疑惑。這個矛盾可能是研究者自己的認識與某個科學論斷之間的矛盾，也可能是面對同一個問題的多個科學論斷之間的矛盾，還可能是對新現象、新問題與所生成的新解釋之間的矛盾。沒有這種矛盾，沒有這種懷疑，便不可能發生后面所說的猜想與證偽，科學便不可能進化。懷疑是最基本的科學精神。科學懷疑不是懷疑論意義上的懷疑，它是一種引導真理發現的肯定性力量，而不是一種導向不可知論或者相對主義的否定性力量。

3.猜想，即構建新命題。新命題是構建出來的，因此說科學“發現”這個環節上應該被稱為“發明”。新命題不但需要滿足事實性、可證偽性的要求，而且還需要滿足精確性的要求。也就是說，如果新命題是對舊命題（如果存在的話，比如眾多競爭的科學論斷或者初步構建的科學解釋）的超越，它應該是舊命題的精確化。

無論新命題顯得多么“信誓旦旦”，甚至在一些發達的科學領域，研究者可以通過數學來證明新命題的真，但這仍然擺脫不掉它猜想的身份。也就是說，新命題還沒有獲得真理資格，它被稱為假設。人類只能無條件地服從事實而不可能無條件地服從所謂的“理性論證”——哪怕是數學論證。從語言的角度看，“我們能夠談論只是可能而非現實的事物，這一點屬于語言的本質”[4]。命題的真理性從來都是潛在的、可能的。命題必須通過它與特定事實相符合來獲得真理性。

“猜想”環節是科學創新的核心環節。在這個環節，任何思維形式都是平等的，邏輯推理并不比想象更具有真理性，反過來也一樣。在這個環節，任何思維形式都必須富含內容，比如這里的想象不是指隨意聯想，而是基于特定知識的聯想，我們稱之為理論的想象力。正因為如此，這個環節也是最考驗研究者學養水平的環節。我們用“猜想”這個詞，是意圖說明它的主觀性。此處不主觀，便不存在“主觀見之于客觀”的問題了?！爸饔^-客觀”和“真-偽”是兩對不同的矛盾或者維度，因此主觀未必錯誤。問題僅在于為什么那個主觀判斷恰好就是真理呢？這需要一個過程。這個過程便是檢驗。

4.檢驗，即構造事實證據以證明新命題假設為真。構造事實證據的最直接方法是自然觀測，最復雜的方法是受控實驗（以下簡稱實驗）。科學研究者根據命題假設的內涵以及特定的實踐條件來設計特定的檢驗過程。檢驗過程的設計要邏輯嚴謹，有時特別考驗研究者的理論想象力，它的實質就是將事實從它的背景中提煉出來，將事實與它所在的背景做認知上的切割?，F實是無限的雜多，哪些信息是事實證據、哪些信息只是情境，這需要調用已有的被接受為真的理論以及當前的命題假設來標識。此外，研究者還需要對事實證據進行定量化處理。

所提煉出來的事實是證據的身份，因此這個事實與待檢驗的假設之間存在著或直接或間接的因果關聯。有些情境下，事實與命題假設之間不是單步推理關系，而是一個多步推理的證據鏈。這時，這個證據鏈應該是清晰的、邏輯嚴密的，不能是多義的、含混的。這個證據鏈條除了命題和事實證據之外，其他環節應該由知識來填充。

在檢驗階段，成功證偽或證實失敗的情況非常普遍。這時，科學共同體要么進一步優化檢驗過程后再進行檢驗；要么回到“猜想”階段，調整假設命題后再進行檢驗；要么徹底放棄命題假設。對命題的調整當然包括對概念和關系的調整。由此可見，盡管從構成的角度看，先有概念、后有命題，但實際上概念的精確界定源自命題的調整。一個精確的概念代表著理論質量，而概念是通過命題檢驗來精確化的。

由于事實的構造依賴特定的觀測工具，觀測工具的精密性也就限制甚至決定了假設命題的精確性。這里我們需要對觀測工具有個更豐富的認識，它不僅僅是一種工具，而且也是“具象”的真理。接受觀測工具的有效性也就接受了工具原理的真理性，而特定領域的觀測工具是該領域已經被檢驗為真的知識的對象化。所以說，恰恰是有效的觀測工具反駁了不可知論，當然它不是對普遍必然性的言辭證明，而是普遍必然性在實踐上的直接顯現。

“接受”“懷疑”“猜想”都是個體論的，研究者個體常常處于“接受”“懷疑”“猜想”相混雜的認知狀態，而“檢驗”只能是共同體意義上的。雖然每次檢驗最終通過個體來完成，但檢驗實則是科學共同體的工作。任何科學命題都時刻面臨著任何一個科學研究者的檢驗，而有意義的檢驗都可以看作是以證偽為動機的證實過程。在某種程度上說，他者對新命題的檢驗一定會比最初的提出者做得更周全。而這個他者有可能與提出者不是同時代的人。這就要求這個事實證據是可重復構造的。事實證據的可重復構造意味著整個研究的可重復性。研究的可重復性是以研究對象的可重現性為前提的。

總之，科學是一個“接受”“懷疑”“猜想”“檢驗”的循環往復的人類實踐過程[5]，它是一項屬于科學共同體的無法完結的偉大事業，有些研究者個體窮其一生或許只是有意義地參與了其中的1—2個環節?？茖W的成就不是“想”出來的或者“看”出來的，而是“做”出來的?？茖W命題的真值是檢驗過程賦予的。命題獲得真值的過程也是獲得客觀性的過程。作為公共事業，科學追求客觀性，但它卻只能從個體主觀性出發。客觀性并不是居于主觀性之外與之對立的東西，它只是一種特別的主觀性?？陀^性只是經過他者基于事實和理性認同的主觀性。這里的事實不是現成的而是按照假設構造的，這里的理性也不是孤立的理性，而是基于事實的主體間理性。正是因為如此，新命題的個體主觀性才升級為群體主觀性，直至升級為類主觀性。而類主觀性便是科學所能達到的最高客觀性。

（三）作為價值的科學

作為價值的科學是指科學所關涉的價值，它包括科學精神與科學研究倫理兩個方面?？茖W精神至少包括以下幾方面的內容：（1）用好奇心考察世界。只有好奇心才能擺脫功利動機。（2）獨立自主思考，既不服從學術權威，也不服從政治權威，更不服從資本權威。（3）勇于懷疑，只要與自己的經驗相矛盾，就要懷疑。哪怕是被廣泛接受的真理也沒有資格逃避懷疑。（4）敢于精確判斷，越精確的真理價值越高，但精確性越高，出錯概率就越高。精確判斷需要一種不怕犯錯的勇氣。（5）基于事實思考。一方面要區分事實與觀點，另一方面要為觀點尋找事實證據而不是其他理由。（6）講理性、講邏輯。這要求思維縝密細致，同時反對神秘主義。面對“神秘”或“超自然”現象，要么擱置解釋、要么堅持科學意義上的解釋，而不去發明無法檢驗的解釋，對非科學的解釋永遠持懷疑態度，但不是否定態度，因為科學是一種肯定性（Positive）的立場，不是一種否定性（Negative）立場，對未知世界持開放心態。（7）平等溝通。只有主體間的平等溝通，才能發揮基于事實的主體間理性的作用。

在科學研究倫理方面，我們反對科學至上的科學主義立場。雖然科學是人類求真的經典領域，也是最成功的領域，但科學不是終極真理。我們反對價值的絕對主義，不承認存在獨立于其他價值之外的終極價值，至善不是，科學也不是。科學主義是對科學的價值貶損，屬于學術帝國主義意識。

科學是價值無涉的知識體系，但科學背后有著明顯的功利訴求。這種功利訴求對科學研究有時會產生消極影響。為了規避這種消極影響，科學研究本身必須遵循研究倫理?？茖W研究倫理要求科學研究和成果應用不能與其他人類價值發生沖突和矛盾。在科學研究階段，不能以其他人類價值為代價來換取對真理的確證。當科學研究的對象是有生命的系統或者包含生命的系統時，很容易遇到這個問題。面對這種情形，研究者需要規避殘忍行為。當研究涉及人類個體時，研究者必須采取知情同意、隱私保護以及代價補償等措施。即使采取了必要的措施，仍存在倫理風險時，必須擱置研究。而在科學應用階段，不能將科學服務于人類內部的各種壓迫?？茖W知識雖然是由肯定性（Positive）命題組成的，但面對科學應用的風險，我們應該采用否定性（Negative）的立場，不能以“沒有證據表明X的危險”而無視該危險，不能用“罪在當代、功在千秋”為托辭與資本共謀。

綜上所述，我們需要從知識、方法和價值三個角度完整地理解科學。上述對科學的理解雖顯粗糙，但有了這些理解，至少我們會意識到科學教育不應被簡化為科學知識的學習以及嚴格按照步驟刻板操作的實驗課，也不會再執著于“科學就是科學方法”“科學方法就是做實驗”的迷信。

二、科學教育的宗旨與完成形態

完整的科學教育，其目標必然是覆蓋所有目標領域的。教育目標主要區分兩個領域：能力領域和價值領域。在科學教育中，能力目標呼應的是作為知識、作為方法的科學，價值目標呼應的是作為價值的科學。由于個體的人格是由知識系統、價值系統和情感系統（我們暫時忽略欲望系統或需要系統）構成，其中情感系統是價值系統的伴隨發生物，而知識系統外化的表現就是能力，因此我們說，科學教育并非旨在讓學生記住某些科學知識，哪怕這些知識可以被學生用來理解某些現象或推算某些試題的解，而是旨在生成和培養特定的人格。人格的生成離不開真實的生活。因此我們可以換一種說法，科學教育旨在培養學生生活世界中的科學素養，用口號性話語來說，科學教育的宗旨是“懂科學、用科學、倡科學”。

科學教育不是模仿或復刻科學史意義上的科學發現過程，尤其不能針對那些遠離學生現實生活的經典科學結論開展所謂的科學再發現。真實的科學發現是自由精神充滿激情的創新表現，這種創新的不確定性是通過時間和空間由幾代人來化解的。當科學發現轉化為知識時，這些知識已經屬于冷卻了的東西，是需要時刻面臨證偽的東西。如果在科學教育中要實現這些經典科學結論的再發現，必然需要通過各種人為設計來消除發現的不確定性，還要壓縮時間成本，最終必然會演變為教師引導的科學發現，這種課堂級的科學發現實際上是科學模仿秀，通過科學模仿秀理解的科學必然是一種膚淺且片面的誤解。由此可知，科學教育中的發現不是針對經典科學知識的發現法運用。正如正常教學中存在講授但不存在講授法一樣，科學教育中存在發現，但不存在發現法。教學法本就是一個可疑的概念。還是奧蘇貝爾的觀點比較中肯，他認為學校教育應該主要采用有意義的接受學習[6]。對于絕大多數經典科學結論還是采用有意義的接受學習比較合適。但科學教育的確需要嵌入某種“發現”，因此探究學習不可避免。探究學習是學生所從事的科學發現的核心環節。但這類科學發現的預期結論最好是與學生生活相關聯的結論，是那種學生從中可以看到“生活中的科學”的結論。

由此可知，科學教育就是以科學知識為內容中介形塑教育生活，讓科學知識糾纏在特定的過程中——有的被繼承、有的被探究所發現，最終用于應對特定的挑戰，從而生成和強化特定的能力和價值觀。根據這個定位我們便知道，科學教育強調的是“做”而不僅僅是“看”，強調的是個性求新而不是墨守成規，強調的是大膽的探究而不是權威的標準答案，強調的是質疑和批判而不是服從強者（教師或優等生），強調的是基于事實的嚴謹細致的論證而不是想當然的“以理服人”，強調的是平等溝通而不是“智識歧視”，強調的是用科學降低生活苦難而不是用科學實現飛黃騰達。

那么一個嚴峻的問題便呈現出來了。我們如何去尋找那些與學生生活相關聯的科學結論（也有可能恰好就是經典科學知識），據此設定學生的探究主題呢？要回答這個問題，我們不得不思考：科學教育真的只是單純地針對科學而展開的嗎？

由上文可知，當我們將目標定位在基于科學形塑人格時，當我們拒絕將科學教育極度簡化為科學知識的灌輸以及科學現象的演示時，以自主學習方式展開的科學探究活動便是科學教育不可或缺的環節，而且它會占用大量的時間。如果我們希望通過真實的、完整的科學探究將科學知識、科學思維、科學精神“活學活用”，那么它所涉及到的便不可能僅僅限于科學本身，探究活動所涉及的材料和特定部件與技術有關，為了降低探究過程的無序性而進行的管理與系統工程有關，對數據進行的各種分析和取舍與數學有關，上述這些方面很可能還涉及其他科學領域的新知識。也就是說，如果不是人為有意的簡化和忽略（這些簡化和忽略雖然使得科學探究“純化”了，同時降低了實踐成本，但也降低了科學探究的真實性），科學探究本身就是跨學科性質的。

為了尋找與學生現實生活有關聯的科學探究主題，科學教育便不得不涉及另一種探究學習——工程探究?？茖W探究的結果是某個科學結論，即科學知識；工程探究的結果是某個技術制品或設計方案。與科學探究相比，工程探究更能突顯科學知識的學以致用，而且在方法和價值層面上與科學探究沒有質的區別。

要知道科學知識的世界是對常識的超越，它已經成為相對獨立的世界，與生活世界是存在分界線的。這樣的科學本就無法直接回到生活世界。然而，科學世界觀的建立不是靜觀直觀的結果，而是通過成功地技術性干預世界而生成的。這也決定了科學可以而實際上也是通過技術與生活世界建立關聯的。而系統性的技術干預必然是工程性質的。因此說，無論是科學研究還是科學應用（在技術發明過程中提供原理層次上的可行性說明）其實都是工程性質的活動。更重要的是，與科學探究主題相比，我們更容易確立與學生現實生活有關聯的工程探究主題，而且這類工程探究主題所蘊含著的科學探究主題自然蘊含著與學生現實生活的關聯，畢竟科學探究的結論可以立即在工程探究中使用。很明顯，經過謹慎設計的工程探究，由于蘊含著特定的科學探究，其本身自然也是跨學科性質的。

當科學教育包含了真實的科學探究和工程探究時，我們很自然地發現，科學教育就是STEM教育。由此我們可以說，科學教育是一種不全則無的跨學科教育，如果僅限于科學，那么科學教育便不完整、不徹底、不協調，難以成功；只有在實踐意義上將科學知識與技術、工程以及數學知識整合在一起，才能生成學生生活世界中的科學素養。我們只需要將完整科學教育的應有之義和自然顯現的東西，變成自覺的STEM教育。

科學教育的完成形態是STEM教育。從STEM教育的角度和真實的需要出發，我們的思路更加明確：利用與現實生活世界有密切關聯的工程探究主題提煉科學探究主題，科學探究主題之外的科學知識，無論如何經典，都采用有意義的接受學習方式，把大量時間安排給科學探究和工程探究。這樣才能造就一個充滿科學知識、方法和價值的教育生活。在這樣的教育生活中，學生可以通過科學探究、工程探究以及其他知識的接受學習，生成真實的科學素養。雖然初期學生的經典科學知識量偏小，但有了真實的科學素養，在后期進入專門的經典科學知識學習時，便幾乎只是知識量的積累這樣簡單的問題了。

STEM教育是科學教育的完成形態，這不是說先有被嚴重簡化了的科學知識傳遞樣式的科學教育，再進入STEM教育階段，STEM教育不是科學教育的高級階段。而是說，不按照STEM教育思考科學教育，不根據STEM教育的真實需要引出單學科性質的科學教育活動，科學教育便是沒有完成的。

三、STEM教育的實踐路徑

一旦以STEM教育引領對科學教育的思考，我們便會發現，問題變得越發復雜了。就目前情況看，完整的科學教育，即以STEM教育為完成形態的科學教育，面臨的是課程問題、師資問題以及教育過程管理問題這三個核心問題。而這三個問題是相互聯動的問題。為了實現STEM教育，我們需要從以下四個方面做出不懈的努力。

（一）開發現代課程，為STEM教育提供基本條件

STEM教育的終端目標是能力和價值，這種高端的教育價值訴求是前現代教育——由教材規定知識內容+教學法或教學模式及其運動式的教改+玄而又玄的教學智慧+學生們的“苦練”——無法完成的，它需要首先將終端目標的價值訴求凝結于現代課程，再通過專業教師將課程不失真地轉化為師生行動。

現代課程并非是指包含現代知識內容的課程。課程的現代性是由課程生成過程的現代性賦予的，這是因為現代性是過程的特征而非結果的特征?，F代性的核心是理性，因此課程生成過程的現代性必然表現在以技術理性為統領的結合了科學理性和價值理性的完整理性。也就是說，現代課程必須是一種技術人造物，是一種技術過程的產物。由于課程并非僅僅是知識內容載體，而是承諾了特定目標的東西。因此說，課程的核心質量指標是目標-手段一致性[7]。由此可知，目標的清晰表征以及完整的課程對象設計是現代課程的基本要求。也就是說，現代課程必須是指向清晰目標的詳案課程（即詳細規定了師生交互及其所需資源工具和規則的課程），因為只有完成詳案設計，我們才能確認目標-手段的一致性。此外，課程本身必須是結構化的和模塊化的，這不但是技術性開發過程的自然結果，而且只有結構化和模塊化的課程，其開發和維護成本才可能降至最低。由于課程源自特定設計者之手，設計者不可能完全了解課程實施時所面對的實情，因此作為公共課程的現代課程必須具有可調適性，允許實施者教師對課程做適應性設計而生成自己的私有課程。而滿足上述特征的現代課程是課程開發技術的必然要求和自然結果。從物化形態看，我們不能將現代課程再等同于教材（除非我們任性地無邊界地泛化教材的概念）?，F代課程是一個完整的、可調適的、可升級的數字化資源包，它明確區分哪些必須貫徹執行而哪些需要做適應性調整，明確規定哪些是學生和教師獨占的資源材料而哪些是學生和教師共享的資源材料。

只有通過技術性過程，我們才能將STEM教育的終端目標清晰化并轉化為課程的詳案設計。能力目標的清晰化離不開課程主題，沒有主題我們便就無法說明能力目標到底是什么[8]。STEM主題設計是STEM課程的首個創新點。STEM主題屬于工程探究主題，它又蘊含著特定的科學探究主題，因此它限定了STEM課程的質量。STEM課程的質量最終是通過詳案質量來體現的。一方面，主題設計的質量必須通過詳案設計才能得到最終的確認。貌似合理的主題如果不能轉化為可行的詳案，就屬于失敗的主題。另一方面，只有通過詳案設計，課程才能展示終端目標是如何落實到細節的，從而避免諸如學科拼盤、虛假探究、機械刻板的實驗課、放任的自主活動等形式主義。也正是因為詳案，我們才能將STEM教育終端目標的價值訴求凝結在課程中，而教學方法模式以及教師頭腦中的理念合起來信息量太小，無法實現這種凝結。如果不能實現這種凝結，僅僅依賴教師們有限的經驗，將STEM教育的終端目標轉化為它所蘊含的師生行動，便飽含著巨大的不確定。換句話說，只有通過現代STEM課程，我們才能將科學的知識、方法和價值以課程為中介融為學生可參與其中的整體。

（二）培育專業的科學教師隊伍，為STEM教育提供人力資源

現代課程是教學方法或教學模式以及玄而又玄的教學智慧在實踐層面上的一種否定，因為現代課程是詳案課程，它上手成本比較低，不具備所謂的教學智慧、沒有掌握特定教學方法或教學模式的教師也能理解和實施。這倒不是說，有了容易上手的STEM課程，教師們照搬照抄地實施便可以產生理想的STEM教育了。其實現代課程的實施需要教師的深度參與。

在教育實踐中，與現代課程深度配合的并不是普通教師，而是專業教師?，F代課程的實施需要教師什么樣的專業素養呢？現代課程的實施需要教師做兩項工作，一是將公共的現代課程轉化為個性化的私有課程，當然這個私有課程自然也必然是詳案課程；二是將自己的私有課程轉化為自己教學中的師生行動。將公共課程轉化為私有課程需要教師完成課程詳案的適應性設計，為了不傷害公共課程的功能，這個適應性設計必須同樣是一個技術性的操作過程。這項工作考驗的是教師的設計力，它是教師應該具備的教學設計技術的運用能力?，F代課程是詳案課程，又是結構化的和模塊化的，因此這種適應性設計完全可以是低成本的，是教師能夠接受的。第二項工作考驗的是教師的行動力。但這里的行動力不是泛泛地教學技能，而是實施特定詳案的行動能力。由于詳案是教師為自己設計的，下意識地避開了自己行動力的短板，因此我們有理由認為這個詳案應該得到有效貫徹執行。但是，同最初的公共課程設計者一樣，教師在生成私有課程時同樣離不開經驗，特別是想象力。有些經驗會失效、有些想象過于樂觀，這就導致所生成的詳案存在著某些可行性弱點，這必然導致第二項工作中行動與方案的不一致。這種不一致很可能意味著教師在某些知識、觀念和經驗上的不足，也可能意味著私有課程的詳案設計存在不足。識別這種不足，將其轉化為教師知識、觀念和經驗的更新或者詳案的優化是非常必要且可行的。由此，教師的行動力與設計力逐漸合為一項綜合能力，它被稱為基于設計的行動力或基于行動的設計力。這個基本能力是以教學設計技術知識為基礎的[9]。也就是說，教學設計技術是教師專業的知識基礎，而專業教師的綜合能力就是基于設計的行動力[10]。當然，離開了特定的學科知識，教師是無法具有設計力的。所以說，教師的專業素養不但包括以基于行動的設計力為核心的設計素養，還包括作為設計力前提的學科素養。而這個學科素養的核心內容就蘊含著特定的STEM現代課程中[11]，我們不必求諸于其它。

由此可知，專業教師并不是指有經驗教師，而是指具備特定專業素養的教師。而教師的專業素養的核心知識基礎便是教學設計技術。就目前情況看，教師還沒有完成專業化。明確了教師的專業知識基礎，教師的專業化或曰專業成長便有章可循了。也就是說，教師專業化或者專業成長的過程就是教師學習特定的知識并通過行動轉化為特定能力的過程。據此，我們將教師的專業成長區分為三個階段[12][13]：前專業階段-專業階段-后專業階段。在前專業階段，教師需要把握課程，由于現代課程是詳案課程，課程需要傳遞的知識不但語義清晰而且以滿足學生學習需要的方式呈現在詳案中，因此教師對課程的把握不是指單純把握學科知識而是生成教學所需要的完整且特定的學科素養；在專業階段，教師需要把握教學，這是通過教師先將公共課程經過適應性設計轉化為私有課程并確保教學實施與課程詳案相一致而達到的，這當然需要教師學習并且掌握教學設計技術并將它轉化為基于設計的行動力；在后專業階段，教師需要把握課程中的自主學習（比如STEM課程中的探究學習），即教師需要有能力設計和評價自主學習，這當然需要教師學習教學設計技術中的最尖端設計技術——自主學習設計技術以及基于理想過程模型的自主學習評價方法[14][15]并將它們轉化為自己的能力。

教師專業的知識基礎不可能是諸如教學法或教學模式之類的所謂默會知識，而只能是客觀公共知識，包括科學知識和技術知識。只有基于客觀公共知識，教師專業發展才會成為公共領域，教師的專業成長才會容納他者的觀察、分析和評價，他者才能成為教師專業發展的支持力量。教師專業成長離不開教研。這里的教研不是教師通過某種研究過程發現什么客觀知識或提煉所謂的默會知識，而是指教師以研究的態度對待自己的職業。也就是說，專業教師參與教研的目的不是別的，就是提升自己的專業素養[16]。從具體的內容看，教師參與教研不是制造案例，而是鍛造自己的個性課程。案例如果不包含令人眼前一亮的新行為或新主題則沒有多大借鑒意義，可是求新并不是教研的初衷，演示特定理念或模式的教學案例更是一種異化物，因為教學的目的是達到目標而不是符合某種理念或教學模式。

（三）實現基于質的教育過程管理，為STEM教育提供可持續的動力系統

STEM教育追求的終端目標是真實能力和價值，無論哪種領域的目標，都很難通過紙筆考試或者自然觀察與分析獲得即時的高效度和高信度的測量。這帶來一個嚴重的實踐問題——既然我們很難測評STEM教育的結果，我們又如何評估STEM教育過程的優劣呢？沒有了可信的教育結果的測評，我們又如何制定教育改良的管理決策呢？由此，我們的教育管理便進退失據了。

其實，即使有了可信的教育結果的測評，基于教育結果的管理決策也未必是合理的，這是因為我們很難從結果出發推定手段哪里出了問題，一方面教育總體上是不可重復的，它不允許我們精確定位問題，另一方面從人學角度看，對學生成長（即教育結果）有巨大貢獻的是學生自己，其他教育方面只是外部條件，所提供的貢獻雖然不可或缺但的確有限，因此教育手段對壞結果的貢獻也是有限的。這說明基于結果的教育管理決策天然就缺乏學理依據。管理基于評價，評價存在兩種取向，一種是結果取向，另一種是過程取向。STEM教育迫使我們放棄結果取向的教育管理，而選擇過程取向的教育管理。這也使我們回到那個原始問題：教育管理的核心對象到底是什么？當然就是教育過程。只不過是因為我們缺乏感知和分析教育過程真相的技術手段，才使得目前的教育過程管理處于被擱置的狀態。

從教育管理角度講，我們必須將教育過程看作是一種沒有預期結果的過程——其背后頗有“只知耕耘、不問收獲”的意味。既然如此，我們必須基于某種過程的理想態來評判真實的過程。教育過程是教育系統的運轉過程，它的理想過程蘊含在課程詳案之中，特別是教師個性化的私有課程之中，它的真實過程就是現實發生的課堂教學?？墒?，教育過程的理想態（符號態）與現實態（活動態）是無法直接比較的。為了比較二者，我們需要將它們轉化為同一種表征。

教育系統是一種信息系統，我們可以將教育系統看成是信息流的流動系統，只要恰當規定信息流的結構，比如像IIS圖分析[17][18]那樣，我們便可以將教育系統通過信息流切分轉化為信息流序列，再經過特定的處理，就可以獲得教育系統的信息流系統的表征，比如教學過程機制圖[19-21]。

信息流系統這個表征方法既可以表征設計態（即符號態）教育系統（即各個課程詳案），也可以表征運行態（即活動態）的教育系統（即發生的教學過程）。有了共同的表征，教育系統的設計態和運行態就可以比較，而設計態所蘊含的理想過程就是評價運行態教育系統的理想標尺。我們可以根據運行態與理想設計態之間的差異來感知現實教育過程的問題，從而有針對性地做出具體而明確的管理決策：如果是公共課程的某處缺陷，就反饋給課程開發者以求迭代升級；如果是個性化課程的某處缺陷，則改進缺陷、優化個性化課程；如果是行動經驗問題，則從知識、觀念、習慣和技巧入手提升教師專業素養；等等。由3f61fe7fdff39a9cdd91a2d3268ae7f6此，教育過程管理與STEM現代課程開發以及教師專業成長便形成了有機聯動。

這種管理決策的方式便是基于質的教育過程管理。這種管理的觀念強調特定教育過程自身獨立的價值。我們不贊同杜威的觀點：教育沒有目的，教育本身就是目的。沒有了外在的目的，我們便無法設計課程，也無法考察教育結果的意義。但杜威觀點中有一點是合理的，教育本身就是價值。即是說，一旦我們基于過程本身確認了教育的價值，它的價值會因某次不良結果而受貶損。有了這個立場，我們可以對教育問題進行更加務實的重新定位：只有通過基于質的教育過程管理鑒別出來的、最終通過教育工程過程（課程開發的技術過程、課程實施的教育過程管理等）來處理的問題才是教育問題[22]。

（四）利用教育眾籌機制，確保STEM教育的可持續發展

以上三個方面對于STEM教育來說構成了全面的挑戰，其中最重要的挑戰是STEM現代課程的開發，因為離開了現代課程開發，也就不存在對專業教師和基于質的教育過程管理的需求。

對于STEM教育所需要的現代課程，我們需要強調兩點。第一，現代課程不是知識取舍及其組織的產物，而是創新的產物。具體來說，STEM現代課程所蘊含的最重要的創新是STEM主題設計和探究學習設計。STEM主題設計是一種工程探究主題設計，我們需要在現實生活中取材，才能使其蘊含與生活有關聯的科學探究主題。由于工程是技術的再組織[23]，因此工程探究主題必然包含技術要素。我們需要自覺地強化這一點，通過設計工程主題讓學生接觸各種技術部件（比如鉸鏈、滑輪系統、Excel表的統計功能、特定的算法，等等）、學會使用技術部件，特別是學會組合各種技術部件來解決當下面對的問題。同時我們還要通過設定特定的工程技術指標，使得工程主題蘊含特定的科學探究主題。這樣工程探究與科學探究便建立了互賴關系，由此便建立了科學探究主題與現實生活之間的關聯。如此一來，學生所接觸到的科學才是真科學，它不是課堂演示的對象而是生活中的真實對象。

STEM主題最終被轉變為探究學習設計。完整的探究學習設計包括評價指標明晰的探究任務、所需要的資源工具、可能的探究路徑、鼓勵特定行為的活動規則以及針對特定思維卡點的支架[24]。STEM課程中的探究學習主要包括工程探究和科學探究。需要明確的是，工程探究和科學探究并不一定意味著非得做試驗或實驗，即使需要做實驗，實驗課也是實現探究的特定形式。所以說，這類實驗課的重點不在與學習目標沒有實質關聯的實驗操作，而是以實驗方式展開的探究學習；這類實驗課需要的是動手，但更重要的是動腦，是通過動手化解頭腦中的疑惑或驗證頭腦中的假設。所以，這類實驗課要弱化實驗操作、降低動手操作所占用的時間比例，強化實驗設計，如6e75d9ac17cf5f4fc2dbc413990f7898果不動手就能解決問題，那么完全可以做思想實驗。

相對于STEM主題設計，探究學習的設計更有難度。探究學習設計屬于自主學習設計，我們無法事先規定自主學習的交互過程，否則便屬于過度設計，使得自主學習不再是自主學習。如果我們只是規定了探究任務，其他一律不管，這樣的探究學習便屬于放任的自主學習，極可能丟掉目標-手段一致性，變成“為了探究而探究”。

對于現代課程，我們需要強調的第二點是，現代課程是一種快速迭代的課程。前現代教育中的課程是相對穩定的，而現代教育中的現代課程需要跟隨社會需求和人的發展需求而變化，而現代社會中的這兩個需求是迅速變化的，這就要求現代課程要能快速感知和適應這種變化。此外，現代課程需要在課程實施中感知和消除自身的缺陷。由此可知，現代課程需要通過快速迭代來確保自身的質量。由于現代課程是詳案課程，即使實現了結構化和模塊化，這種快速迭代的工作量也是非常巨大的。

總之，現代課程自身的設計創新不是一勞永逸的創新，而是一種快速迭代的、工作量巨大的“跟隨式”創新。這種對創新持續性供給的需求是明確的。然而，創新本身是具有涌現性的。在某種程度上說，有意義的創新是可遇不可求之事。面對這種矛盾，我們只能用教育眾籌的方式來化解[25]。在教育眾籌方式下，課程的主題以及組成課程的各個模塊不一定是由某個固定的開發團隊完成的，而可能是由互不相識的人通過特定的合作機制完成的。創新設計的發起人可以是一個人，創新設計的最終完成人可以是另一個人；主題設計可以是一個人提出的，該主題下的某個探究學習設計可以是另一個人完成的；課程主題或模塊的初始設計是一個人完成的，它們的優化迭代可以是另一人完成的。任何有能力、有意愿的人都可以參與教育眾籌。當然主力軍仍然是專業教師。這是因為專業教師在自己的教學實踐中所完成的課程模塊通常自動具備了可行性，這省去了單獨試課、檢驗可行性的環節。

教育眾籌絕不是單獨針對課程開發的，由于它需要專業教師的廣泛參與，它便與教師的專業成長有關。我們可以將教育眾籌看作是教師專業成長的必備渠道。一方面，非專業教師無法參與教育眾籌，教師必須學習教學設計技術、獲得了基于設計的行動力，才有能力參與教育眾籌。其實，專業教師將公共課程轉化為私有課程已經屬于教育眾籌的準備工作了。另一方面，參與教育眾籌的教師能夠使自己的專業價值得到提升和擴展。參與教育眾籌的教師并不是在開發課例，而是在建設真實在用的個性化課程。一旦教師發現他們的個性化課程或其中的某個模塊或其中的課程主題具有普適性，他們就可以通過眾籌機制將個性化的設計升級為公共課程的一部分，從而讓自己的設計智慧惠及自己班級之外的其他學生，這自然會獲得更多的自我成就感。

如果專業教師的確是在打磨自己的私有課程，那么事實上他們已經在參與教育眾籌了。不過教師參與教育眾籌的自覺性仍需要學校行政管理的支持。而支持教育眾籌的行政管理必然是以教育過程管理為核心的行政管理。這種行政管理是通過考察在教育過程中教師對優質教育過程的貢獻來評估教師的能力和績效的。

總之，只有將現代課程開發、教師專業化以及教育過程管理納入教育眾籌的機制之中，才能夠確保其可持續發展。很自然地，教育眾籌與現代課程開發、教師專業發展以及基于質的教育過程管理便成了同一個過程。

四、結語

在某種程度上說，踐行STEM教育，完成科學教育，實際上就是一個教育現代轉型的過程[26]。雖然教育的現代轉型是一個漫長的實踐過程，但不實現現代教育，科學教育及其完成形態的STEM教育將無法可持續發展。令人尷尬和遺憾的是，當下很多從教者試圖依賴前現代的思想意識來踐行現代教育，甚至以偽科學的方式從事著科學教育。為了擺脫這樣的困境，我們需要以教學設計技術為知識基礎推動教師專業化，并配以基于質的教育過程管理，鼓勵教師參與教育眾籌，參與到優質STEM現代課程的開發中，從而逐步實現科學教育的現代化。

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作者簡介：

楊開城：教授，博士生導師，研究方向為新教育學。

周俞君：在讀碩士，研究方向為教學設計。

On STEM Education as the Ultimate Form of Scientific Education

Yang Kaicheng， Zhou Yujun

School of Educational Technology， Faculty of Education， Beijing Normal University， Beijing 100875

Abstract： In the context of scientific education， ‘science’ refers to natural science， which is part of empirical science. As a body of knowledge， science is a component of the truth system， manifesting as a network of precise propositions that are consistent with empirical facts and are falsifiable； as a method， science refers to the cognitive process of ‘acceptance， skepticism， conjecture， and verification’； as a value， science embodies the scientific spirit， such as curiosity-driven， independent， and fact-based approaches， as well as the ethical norms of scientific research. Based on the ‘knowledge-method-value’ framework， the purpose of scientific education is to cultivate scientific literacy in students’life worlds， that is， ‘understanding science， applying science， and advocating for science.’ Consequently， the ultimate form of scientific education is inevitably STEM （Science， Technology， Engineering， and Mathematics） education. To ensure the sustainable and high-quality development of STEM education， we need to leverage educational crowd-funding mechanisms to address the three interrelated systemic challenges of modern STEM curriculum development， the cultivation of professional scientific teachers， and quality-based educational process management， integrating curriculum development， teacher professional development， and educational process management into one single process， which is also modern transformation process of education.

Keywords： scientific education； STEM education； modern curriculum； educational process management； educational crowd-funding