论STEM教育何以特殊.docx

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1、论STEM教育何以特殊杨开城公平【摘要】STEM教育是过几年就冷下去的教改运动吗？不是。但是，作为聚焦国民科技创新素养培养的STEM教育，如果离开了自身的专业化和现代化，将无法生存和成熟。成熟的STEM教育需要具备四个外部特征一一问题解决、创中学、设计制造和协作探究，以及两个内部特征一一S. T. E. M.知识真实的整合性的应用和科学精神的熏陶与强化。这种STEM教育会是一种全新的教育实践，它需要零起点开发的，数字化、标准化和结构化的，包含教学详案的课程产品，需要“用教学过程说明自身”的教学评价方式，需要专业化的人力资源配置，需要全新的教育产业链。在理论上，STEM教育并不需要旧教育学(Pe

2、dagogy),它需要的是新教育学(Educology)o在新教育学的引下，当下的STEM教育运动是一场教育现代升级转型的机会。【关键词】STEM教育；教育专业化;新教育学；课程开发;教学评价;教育产业链;教育现代化;科技创新素养【中图分类号】G511【文献标识码】A【文章编号】1009-458x(2022) 4-0048-07早在20世纪80年代，美国就已经意识到STEM教育对于经济发展和国家竞争的重要意义(NationalScienceBoard, 1986)o在21世纪第二个十年，西方发达国家开始将STEM教育置于国家发展的战略地位(宿庆，等，2022)o人们普遍认识到，在信息社会科技创

3、新(而非超时劳动)是财富增值的核心所在，科技创新能力是一种国家实力的表现。而一个国家科技创新能力的提升，离不开具有相应功能的教育，即离不开STEM教育。可是，我们能真正实现STEM教育吗？毕竟历史上雷声大雨点小的教改运动比比皆是。即使美国STEM教育已经坚持三十多年，人们仍有理由怀疑，我国STEM教育是否仍会在一阵火热的讨论和尝试后,只留下文献意义上的遗产？我们认为，STEM教育可以拥有与以往不同的命运，STEM教育有其特殊性。一、STEM教育的基本特征STEM教育不是“科学教育+技术教育+工程教育+数学教育”的总和，也就是说，不是S.T.E.M.教育，而是一个全新的教育领域，这个教育领域的核

4、心任务是培养和提升学生综合运用S. T. E. M.知识从事创新发明的能力。由此我们认为，STEM教育需要具备四个外部特征：问题解决，即运用知识感知问题、制订解决策略、评估解决效果、改进解决方案。创中学。STEM教育中的问题解决不是解决纸面问题，而是解决开放性的具有现实意义的真实问题，更重要的是通过创新发明来解决问题。但从教育角度看，创新发明只是解决问题的外部形式，最终的目的仍是通过创新发明深化和整合所学知识。设计制造。在中小学阶段，STEM教育的“创中学”最常见的表现形式是创制工程作品。它不是单纯的手工制作，而是更加专业化的设计与制造过程，包含特定的设计过程以及这个设计过程所带来的推敲、取舍

5、等蕴含知识运用的机会。协作探究。STEM教育中通过正规设计、规划和创建作品来解决问题的过程，不是简单机械重复已知操作的过程，而是一个真实的创新发明的过程，其中蕴含着事先无法预知的挫折和挑战，因此需要比较高的动力水平以及多主体的智力交流和贡献，所以需要按照协作探究的方式展开。同时，如果仅仅限于这四个外部特征的约束，STEM教育极可能退化为简单的手工制作而与创新发明能力的培养无关。因此我们还必须强调STEM教育的两个内部特征：STE.M.知识真实的整合性的应用，在STEM活动中让不同领域知识发挥其功能：科学知识的解释与预测、技术知识的物质能量信息变换、工程知识的过程管理、数学知识的基于数形规律等知

6、识的长程推理;科学精神的熏陶与强化，如基于事实、定量测量、精确判断、理性证伪、勇于质疑、平等沟通等。前者事关STEM教育能力培养的功能，后者事关STEM教育价值观培养的功能以及STEM教育的动力系统。只有同时满足上述内外特征的STEM教育实践，才能将“21世纪核心素养” “计算思维” “设计思维”“创造力培养”等从理念的天堂拉到现实的行动中。STEM教育的多项内外部特征决定了其在性质上就不是一阵教改运动一一试图修正某些教育观念、采用某种新的教学方法，而是一种新型的教育生活，它需要相当的持久性才能实现STEM教育的价值，而且这种教育生活面向所有的学生而非只朝向具有一定特长或兴趣的少数学生，因为它

7、试图提升的是整个民族的科技创新素养。STEM教育不关注纸笔应试能力，而是关注创新地解决具有现实背景的真实问题的能力，其必然包含动手活动，但不追求肤浅的“寓教于乐”，而是强调对真理的“艰辛”求索。因此，在原来的科目教学中点缀几个貌似体现STEM教育理念的环节，不是我们所说的STEM教育。依赖这类属于教师私人的、而且是时下偶发的行为，不足以实现STEM教育的功能。STEM教育需要的不是零星的教育革新行动，而是在成熟的STEM课程体系保障下的普遍教育行动。二、STEM教育是一种全新的教育实践从国家竞争的角度看，我们需要成熟的STEM教育。与当下的教育相比，成熟的STEM教育是一种全新的教育实践。可以

8、说，STEM教育如果不成为一种全新的教育实践将无法生存与成熟。可是面对STEM教育的价值诉求，国内当下教育实践中可利用的资源便是各种综合实践课或手工课。这些课“动手”“活动”的特点，让人产生一种误解:这些课程天然就是STEM课程（只是名字不同），或者将它们经过简单改造，强调一下“实验” “探究”“设计”，便是STEM课程，由此展开的便是STEM教育。为了提高辨识能力，我们提出了三代STEM课程的观点（杨开城，等，2022）,并且将只动手无知识含量的活动课称为大孩子的手工课，简称“大手工课”。大手工课不是STEM课。如果将大手工课整合了工程知识，按照系统工程过程管理手工制作过程，这便是第一代ST

9、EM课程。这是国内最容易生成的STEM课程，很多情况下这类课程中的手工制品没有知识含量，教学很容易退化为大手工课。如果我们将科学知识作为背景知识整合进第一代STEM课程,再将各种材料也归入技术范畴，设定材料选择探索的机会，这便生成了第二代STEM课程。如果我们在第二代STEM课程基础上，整合技术知识和数学知识，并且在某些环节形成基于知识的推理，那么就形成了第三代STEM课程。由于第三代STEM课程所包含的知识需要精确鉴别且分属不同领域，因而课程开发工作具有一定的难度。划分三代STEM课程的目的是便于识别现实中STEM课程的发展水平。现实中的STEM课程也可能处于代际之间，比如2. 5代STEM

10、课程。成熟的STEM教育需要的是第三代STEM课程，只有第三代STEM课程才能将学科知识的整合应用、科学探究与工程设计以及沟通、协作、创新和批判性思维等21世纪核心素养的培养融为一体。本文所探讨的STEM教育是以第三代STEM课程为基础的。1. STEM教育需要全新的课程产品及其生成方式（1） STEM课程只能是零起点自主开发的且包含教学详案的产品STEM课程的焦点不是系统化的知识传递，而是整合创新，因此它无法基于某个或某几个已有的分科课程，通过局部调整而获得。同时，STEM课程培养的是真实问题解决能力，而不是纸笔上的演算思考能力，因此它必然与现实生活深度关联，故而异域文化的STEM课程也很难

11、引进和移植，最多只能借鉴其STEM主题思路。因此说，STEM教育需要我们从零开始开发STEM课程。开发一门STEM课程需要完成以下工作:设计STEM主题STEM主题是指STEM课程所规定的学生需要通过整合特定S.T.E.M.知识去理解和解决的问题、去创制的作品、去克服的挑战、去完成的发明。STEM课程开发的零起点特征与STEM主题有关。课程开发的核心工作之一是知识择宜，即确定该课程所包含的知识内容。但我们无法仅从STEM理念和价值出发确立可传递的S.T. E.M.知识。STEM课程旨在整合创新，但并非所有的S.T.E.M.知识都可以用于特定条件的整合创新。具体什么ST.EM知识用于什么情境、什

12、么问题的整合创新，取决于STEM主题。也就是说，STEM课程选择S.T. E. M.知识的标准不仅仅是它的难度和系统性，更重要的是它能否被用于整合创新中的问题解决。STEM主题中的工程作品及其对学生的挑战是选择S. T. E. M.知识的第一层约束。STEM主题的确立本身就是一个创造发明的过程，虽然TRIZ理论可以助力解决这个问题（邓玉红，2022）,但对课程开发者来说它的确是一种前所未有的挑战。精确配置ST E. M.知识STEM主题只能粗线条地确定STEM课程所需要包含的S. T. E. M.知识。STEM课程开发还需要回应这些问题：这些知识的学习需要哪些先决知识？所有这些知识需要以何种方

13、式进行学习？这种学习方式又需要额外学习哪些先决知识？所有这些知识之间具有哪些关联?要准确完整地回答这些问题，我们需要完成知识建模分析、学习活动中的交互设计、媒体资源制作等工作。只有完成了这些细节设计，我们才能够完全确定该STEM课程所需要包含的全部知识点。所以说，完成形态的STEM课程必须提供包括交互设计的教学详案，供教师在实施课程时参考和调适。支架设计STEM课程中的整合创新是学生们的整合创新，而且多是采用小组协作方式展开的探究过程。这是一种自主学习的过程。这种自主学习过程要比教师主控的教学过程具有更大的不确定性。为了降低这种不确定性，通常的做法是为它提供学习支架。这种学习支架主要解决小组学

14、习遭遇认知上的障碍而又无法及时得到教师辅导时启动的自助手段。这种支架设计并非泛泛的启发或鼓励，而是特定问题情境下的启发、引导和信息补充等。由以上讨论可知，STEM课程开发的这三个方面的工作是紧密相连的。没有最初的STEM主题设计和知识建模，也就无法确定STEM课程所包含的S. T. E. M.知识，不知晓这些知识和STEM主题也就很难有针对性地为特定自主学习环节设计学习支架。反过来，学习支架、教学交互等设计上的困难也会影响STEM主题和S.T.EM知识的调整。其中，除了 STEM主题具有一定的创造发明特征外，另两项工作还需要满足STEM课程产品“目标一手段一致性”“学生参与度” “媒体多元性”

15、“教师自由度” STEM整合度”5个质量指标（杨开城，等，2022）的要求。为了评估上述指标，STEM课程必须提供教学详案，否则这些指标无法计算。此外，对于新启动的教育实践领域，我们只能选择在岗教师实施STEM课程，这就需要STEM课程必须具有低成本上手的特征：STEM教师经过简单培训就可以理解该课程，并且能够初步把握该课程，以避免过度的抵触情绪或者敷衍的做法。提供教学详案的STEM课程便具有这个优点，它能帮助教师理解课程、降低备课成本，从而有助于将STEM教育价值转化为具体行动。这倒不是说STEM教师必须机械执行STEM课程中的交互过程，教师有权去修订这个交互过程及其所需的媒体资源，这体现在“教师自由度”这个指标上。总之，STEM课程只能是自主开发的包含教学详案的产品。（2） STEM课程必须是结构化、标准化和数字化的STEM教育不是STEM课程的机械实施，它需要STEM教师根据实情做微观调适。这就需要STEM教师完全理解STEM课程。虽然说STEM课程中的教学详案能帮助教师从微观处理解和把握课程，但这