朱幼文

基于科學(xué)與工程實(shí)踐的跨學(xué)科探究式學(xué)習(xí)
——科技館STEM教育相關(guān)重要概念的探討

朱幼文①

目前國內(nèi)對(duì)于STEM教育和科技館教育的理解有一些誤區(qū)，使某些科技館STEM教育項(xiàng)目“有其形而無其神”。通過文獻(xiàn)研究、教育學(xué)分析和案例分析，本文提出：STEM教育的基本特征是“基于科學(xué)與工程實(shí)踐的跨學(xué)科探究式學(xué)習(xí)”；科技館展示教育的基本特征是“通過模擬再現(xiàn)的科技實(shí)踐，為觀眾營(yíng)造探究式學(xué)習(xí)的情境，從而使觀眾獲得直接經(jīng)驗(yàn)”；實(shí)踐、探究式學(xué)習(xí)、直接經(jīng)驗(yàn)是二者的共同要素。本文由此提出：基于科技館展品開展STEM教育具有天然優(yōu)勢(shì)，不僅可使二者互補(bǔ)相長(zhǎng)；而且通過“形神兼?zhèn)洹钡腟TEM教育，可使科技館展示教育本應(yīng)具有的功能得以充分實(shí)現(xiàn)，并成為提升展示教育效果的突破口。

科技館；STEM教育；概念；基本特征；開發(fā)思路

一、問題的提出

STEM(Science,Technology,Engineering,Mathematics)教育的概念于20 世紀(jì) 80 年代末誕生于美國大學(xué)校園，21世紀(jì)初成為美國國家教育戰(zhàn)略，其代表性標(biāo)志是2009年美國總統(tǒng)奧巴馬宣布啟動(dòng)的“教育創(chuàng)新”運(yùn)動(dòng)(“EDUCATION TO INNOVATE” CAMPAIGN)和美國2013年發(fā)布的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱《新一代標(biāo)準(zhǔn)》)。[1]

據(jù)《中國知網(wǎng)》檢索，國內(nèi)教育界關(guān)注和研究STEM教育始于2008年，關(guān)于科技館STEM教育的論文則首見于2013年。近年來，不僅在各地科技館中可見到眾多STEM教育活動(dòng)項(xiàng)目，僅投稿于中國自然科學(xué)博物館協(xié)會(huì)2016年年會(huì)的STEM教育論文就有20余篇。

但細(xì)讀眾多STEM教育案例和論文，筆者卻產(chǎn)生了一些困惑：STEM教育與傳統(tǒng)科技教育項(xiàng)目相比有何重要特征？它難道只是不同學(xué)科內(nèi)容的集合嗎？國內(nèi)對(duì)于STEM教育基本概念的理解是否存在誤區(qū)？

人在解決現(xiàn)實(shí)工作和生活中面對(duì)的各種問題時(shí)，不僅需要某一學(xué)科或方面的科技知識(shí)和技能，還需要能夠綜合運(yùn)用多學(xué)科或方面的科技知識(shí)和技能，更需要具備科學(xué)方法、科學(xué)思想、科學(xué)精神(或稱科學(xué)的認(rèn)識(shí)論、方法論和科學(xué)的價(jià)值觀)。在創(chuàng)新型人才成為一個(gè)企業(yè)甚至一個(gè)國家核心競(jìng)爭(zhēng)力的今天，上述綜合素質(zhì)與能力就顯得更為重要。而傳統(tǒng)教育中以教材為核心、分學(xué)科、灌輸式、脫離科技實(shí)踐的教學(xué)內(nèi)容和方法，并不能滿足上述需要。

美國2013年公布的《新一代標(biāo)準(zhǔn)》首次將STEM教育正式納入國家教育標(biāo)準(zhǔn)，2011年完成的《K-12科學(xué)教育框架》(以下簡(jiǎn)稱《K-12框架》)則是該標(biāo)準(zhǔn)前期研究的成果文件。引人注目的是，上述文件中均強(qiáng)調(diào)了三個(gè)要素：“實(shí)踐”“跨學(xué)科概念”“學(xué)科核心概念”。美國學(xué)者Hubert Dyasi和Derek Bel把“實(shí)踐”“跨學(xué)科概念”“學(xué)科核心概念”稱為STEM教育的3個(gè)維度，指出“在每一個(gè)學(xué)科中，這些維度都緊密聯(lián)系在一起，每一個(gè)維度的缺失都將影響整個(gè)學(xué)科。也就是說，為了讓學(xué)習(xí)活動(dòng)能夠真實(shí)，3個(gè)維度的內(nèi)容都必須清楚明白地體現(xiàn)在活動(dòng)設(shè)計(jì)中”，并以下圖示意3個(gè)維度與STEM教育的關(guān)系。[2]

圖1 STEM教育的三個(gè)維度

目前國內(nèi)STEM教育論文和案例往往只關(guān)注科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)知識(shí)與技能的“跨學(xué)科”集合或整合，卻忽視了上述三個(gè)要素/維度，不完整、不準(zhǔn)確，致使許多STEM教育項(xiàng)目“有其形而無其神”。本文將重點(diǎn)討論“實(shí)踐”和“跨學(xué)科概念”兩要素的基本概念和意義。

二、關(guān)于STEM教育的再認(rèn)識(shí)

(一) 關(guān)于“實(shí)踐”(Practices)

在討論STEM教育中的“實(shí)踐”時(shí)，有兩組密切關(guān)聯(lián)且需要厘清的概念：一是“實(shí)踐”與“探究式學(xué)習(xí)”的關(guān)系，二是“實(shí)踐”與“動(dòng)手做”的關(guān)系，這是當(dāng)前常被誤解的概念。

1996年美國的第一個(gè)《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱《1996年標(biāo)準(zhǔn)》)曾明確提出其核心理念是“以探究為核心的科學(xué)教育”，而《新一代標(biāo)準(zhǔn)》中沒有明確地提出其核心理念是什么，且似乎未像《1996年標(biāo)準(zhǔn)》那樣強(qiáng)調(diào)“探究”。國內(nèi)有論文指出：美國用“實(shí)踐”取代了“探究式學(xué)習(xí)”，是因?yàn)椤翱茖W(xué)探究”容易給人造成一種偏重于動(dòng)腦的科學(xué)活動(dòng)。以“科學(xué)實(shí)踐”替代“科學(xué)探究”，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，目前可以起到糾偏的作用，尤其對(duì)于那些只講授科學(xué)知識(shí)不重視科學(xué)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的教師來說，則顯得更為重要和迫切。[3]

筆者以為：上述分析確有一定道理，但如果由此做出“探究式學(xué)習(xí)”已被“實(shí)踐”所取代、已經(jīng)過時(shí)了的判斷，那對(duì)于“探究”和“實(shí)踐”的理解就未免過于簡(jiǎn)單、過于膚淺了。

首先，“探究式學(xué)習(xí)”不僅適用于自然科學(xué)的探索，也適用于技術(shù)發(fā)明和工程設(shè)計(jì)；

其次，正如上海師范大學(xué)副教授鮑賢清與筆者交流時(shí)所指出的：“探究式學(xué)習(xí)”是科學(xué)學(xué)習(xí)和STEM教育的一個(gè)重要特征和教學(xué)方式。

上述誤解和將“實(shí)踐”等同于“動(dòng)手做”，是由于對(duì)“做中學(xué)”和“探究式學(xué)習(xí)”的理解誤區(qū)造成的。有許多人認(rèn)為：讓學(xué)生動(dòng)手了就是“做中學(xué)”，給學(xué)生提出問題了就是“探究式學(xué)習(xí)”[3]。

其實(shí)，早有國內(nèi)學(xué)者對(duì)“做中學(xué)”做了深刻解讀：“做中學(xué)”的核心實(shí)際上是“間接經(jīng)驗(yàn)”的“直接經(jīng)驗(yàn)化”，[4]即將書本上的“間接經(jīng)驗(yàn)”轉(zhuǎn)化為學(xué)生通過“做”的過程中獲得的“直接經(jīng)驗(yàn)”。對(duì)此，筆者深以為然，并認(rèn)為“做”的過程其實(shí)就是“實(shí)踐”的過程，而通過“實(shí)踐”獲得“直接經(jīng)驗(yàn)”的過程其實(shí)就是“探究式學(xué)習(xí)”的過程。在“做中學(xué)”“探究式學(xué)習(xí)”和《新一代標(biāo)準(zhǔn)》、STEM教育中，雖然突出強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)各不相同，但其中“實(shí)踐”“探究”“直接經(jīng)驗(yàn)”缺一不可：“實(shí)踐”是條件，“探究式學(xué)習(xí)”是方法，同時(shí)二者也是過程，它們互為依托；而“直接經(jīng)驗(yàn)”則是結(jié)果。真正的“做中學(xué)”“探究式學(xué)習(xí)”和STEM教育，都應(yīng)通過基于“實(shí)踐”的“探究式學(xué)習(xí)”獲得“直接經(jīng)驗(yàn)”。由此可見，STEM教育項(xiàng)目中的“實(shí)踐”并非簡(jiǎn)單地“動(dòng)手做”，如果不是以探究為目的的“實(shí)踐”，那么這種“實(shí)踐”作為當(dāng)代改革教育重要舉措的意義就大打折扣了，也沒有提出的必要了。

亦如鮑賢清副教授與筆者交流時(shí)所指出的：美國《新一代標(biāo)準(zhǔn)》和STEM教育中的“實(shí)踐”有特定所指，系指“8種科學(xué)與工程實(shí)踐”。8種科學(xué)與工程實(shí)踐的提出，是為了通過科學(xué)實(shí)踐發(fā)展學(xué)生研究自然世界的能力，通過工程實(shí)踐發(fā)展學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。[5]

美國《1996年標(biāo)準(zhǔn)》《新一代標(biāo)準(zhǔn)》《K-12框架》均由美國國家研究理事會(huì)(NRC)牽頭制訂，該理事會(huì)為指導(dǎo)美國學(xué)校實(shí)施“探究式學(xué)習(xí)”，曾在2000年提出了“課堂探究的基本特征”。對(duì)比“課堂探究的基本特征”與“8種科學(xué)與工程實(shí)踐”的主要內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)二者之間存在著一定對(duì)應(yīng)關(guān)系(見圖2)：

圖2 “課堂探究基本特征”[6]與“8種科學(xué)與工程實(shí)踐”[5]的對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖2僅是簡(jiǎn)單地對(duì)比了5個(gè)“課堂探究基本特征”和“8種科學(xué)與工程實(shí)踐”，并不十分嚴(yán)謹(jǐn)，某些內(nèi)容并不能一一對(duì)應(yīng)，但依然可以看出二者內(nèi)容之間確實(shí)存在著某種對(duì)應(yīng)關(guān)系(考慮到是同一機(jī)構(gòu)的成果，甚至可能有傳承關(guān)系)，后者比前者內(nèi)容更豐富、更細(xì)化。

由此可見，《新一代標(biāo)準(zhǔn)》和STEM教育并非拋棄了“探究”，而是對(duì)《1996年標(biāo)準(zhǔn)》核心理念的補(bǔ)充、完善和深化，不僅突出了“實(shí)踐”在“探究式學(xué)習(xí)”中的地位，而且為“探究”提供了實(shí)施路徑和必要條件，明確了通過什么樣的“實(shí)踐”途徑來進(jìn)行“探究”，這就使“探究”有了明確的內(nèi)容和堅(jiān)實(shí)的根基，使“實(shí)踐”和“探究”得以具像化、可操作化了；同時(shí)，由“以探究為核心的科學(xué)教育”進(jìn)化為“基于科學(xué)與工程實(shí)踐的探究式學(xué)習(xí)”，是對(duì)以往片面理解“探究”的“糾偏”。正因?yàn)槿绱?，Hubert Dyasi和Derek Bel把STEM教育稱為“基于探究的科學(xué)、工程和技術(shù)教育”。[2]

STEM教育提倡基于項(xiàng)目或基于問題的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)完成工程項(xiàng)目和探索解決科學(xué)問題，其實(shí)都是一種“探究”的“實(shí)踐”，要通過“實(shí)踐”的過程設(shè)計(jì)完成項(xiàng)目和探索解決問題，并從中獲得知識(shí)和技能(“直接經(jīng)驗(yàn)”)。從某種程度上說，這種基于科學(xué)與工程實(shí)踐的學(xué)習(xí)，與“做中學(xué)”和“探究式學(xué)習(xí)”的教育理念高度吻合，與由教師直接或變相向?qū)W生傳授知識(shí)與技能的“間接經(jīng)驗(yàn)”的灌輸式教學(xué)和“偽探究”有著本質(zhì)的不同。

因此筆者認(rèn)為：如果沒有“實(shí)踐”，“探究”就缺乏根基；如果沒有“探究”，“實(shí)踐”就喪失了意義；如果沒有“基于實(shí)踐的探究式學(xué)習(xí)”，STEM教育就缺失了“靈魂”。

(二) “跨學(xué)科概念”(Crosscutting Concepts)

《新一代標(biāo)準(zhǔn)》和《K-12框架》提出了“跨學(xué)科概念”(Crosscutting Concepts)，國內(nèi)有的論文將其譯作“交叉概念”。Hubert Dyasi和Derek Bel對(duì)其解釋是：“有一些概念在所有STEM各學(xué)科中都會(huì)出現(xiàn)，甚至出現(xiàn)在其他的學(xué)科中，這就是跨學(xué)科概念……不論是科學(xué)家、工程師、技術(shù)專家，還是數(shù)學(xué)家，這些跨學(xué)科概念在看待世界上各種現(xiàn)象時(shí)可作為有力且全面的框架。因?yàn)樗鼈兂搅瞬煌琒TEM學(xué)科之間的邊際，它們也被稱為統(tǒng)一的概念?！盵2]

從《K-12框架》所列的“跨學(xué)科概念”內(nèi)容看(參見表1)，它含有某些適用于各個(gè)學(xué)科甚至社會(huì)生活、個(gè)人發(fā)展的科學(xué)的認(rèn)識(shí)論、方法論和價(jià)值觀(即科學(xué)方法、科學(xué)思想和科學(xué)精神)的內(nèi)容，并且它們是通過“實(shí)踐”過程所獲得的(也是“直接經(jīng)驗(yàn)”)。從這個(gè)意義上說，“跨學(xué)科概念”比“交叉概念”更貼近“Crosscutting Concepts”的原義。

由此可見，STEM教育中的“跨學(xué)科”，不僅僅是“跨學(xué)科”的知識(shí)與技能，還包括“跨學(xué)科概念”。而且，在以提高科學(xué)素質(zhì)為目標(biāo)的科學(xué)教育中，掌握“跨學(xué)科概念”比掌握知識(shí)與技能更為重要。同時(shí)，它也體現(xiàn)了當(dāng)代科學(xué)教育三層次教學(xué)目標(biāo)“知識(shí)與技能”“過程與方法”“情感態(tài)度價(jià)值觀”中后兩個(gè)更加上位層次的目標(biāo)，而這是以傳授知識(shí)與技能為主要目標(biāo)的傳統(tǒng)科學(xué)教育最為欠缺的。2017年2月11日，美國科學(xué)教師協(xié)會(huì)召開虛擬會(huì)議，專題討論《新一代標(biāo)準(zhǔn)》《K-12框架》和STEM教育中“實(shí)踐”“跨學(xué)科概念”“學(xué)科核心概念”與三層次教學(xué)目標(biāo)的關(guān)系。[18]由此可見，STEM教育是實(shí)現(xiàn)三層次教學(xué)目標(biāo)的有效途徑。

(三) 關(guān)于STEM教育的基本特征

為了完整、準(zhǔn)確地理解STEM教育的基本特征，筆者將其歸納為“基于科學(xué)與工程實(shí)踐的跨學(xué)科探究式學(xué)習(xí)”。目前一些STEM教育項(xiàng)目之所以“有其形而無其神”，恰恰是由于缺失了“基于科學(xué)與工程實(shí)踐的跨學(xué)科探究式學(xué)習(xí)”中的某些甚至大部分重要元素。

表1 “跨學(xué)科概念”及其價(jià)值[7]

三、科技館教育的特征

科技館的英文science and technology museum原意指科學(xué)技術(shù)博物館(簡(jiǎn)稱“科技博物館”)，然而在我國卻特指那些相當(dāng)于國際上被稱為“科學(xué)技術(shù)中心”(science and technology center，簡(jiǎn)稱“科學(xué)中心”)或以科學(xué)中心展示教育方式為主的科技博物館。[9]因此，筆者采用“博物館教育→科技館教育”的路徑，分析科技館教育的基本特征。

(一) 博物館教育特征分析

博物館的主要功能及其排序，已由傳統(tǒng)博物館的“收藏、研究、展陳”轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)代博物館的“教育(含展陳)、研究、收藏”。展品和藏品，是博物館最大、最有特色和其它任何教育機(jī)構(gòu)所不具備的教育資源。因此，基于展覽展品的教育(包括展覽展品本身及基于展覽展品的教育活動(dòng))，是博物館教育功能的最主要載體。

如果以學(xué)校這一最為典型的教育機(jī)構(gòu)作為參照，從教學(xué)信息的載體、學(xué)習(xí)方式、獲取知識(shí)的屬性、教學(xué)活動(dòng)形式四個(gè)維度進(jìn)行對(duì)比，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)博物館教育呈現(xiàn)以下特征(見圖3)：

圖3 學(xué)校教育與博物館教育特征的對(duì)比

由此，筆者將博物館教育的基本特征歸納為：“通過基于展品的多樣化教育活動(dòng)，引導(dǎo)觀眾進(jìn)行體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，從而獲得直接經(jīng)驗(yàn)”。

上述特征是其它任何教育機(jī)構(gòu)和傳播媒體(包括新媒體)都難以具備、難以取代的。正是由于上述特征，才使博物館在教育傳播形式日益豐富、競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的當(dāng)代社會(huì)，不僅沒有被淘汰，其教育功能反而日益受到重視并得以發(fā)展。遺憾的是，目前部分博物館未能認(rèn)清自己的教育優(yōu)勢(shì)，反而模仿學(xué)校教育，丟掉了特征、“迷失了自我”。所以說，上述博物館教育特征，既是博物館的優(yōu)勢(shì)所在，也是開發(fā)展覽和教育活動(dòng)應(yīng)堅(jiān)守的基本訴求。

(二) 科技館教育特征分析

科技館教育在具有上述博物館教育基本特征的同時(shí)，還具備自己獨(dú)有的特征。

以往國內(nèi)業(yè)界對(duì)于科技館展示教育基本特征的理解是科學(xué)性、知識(shí)性、趣味性和參與性、互動(dòng)性、體驗(yàn)性，但僅此并不能將它與其它科普形式、甚至不能與游樂園中的游藝機(jī)相區(qū)別，而且可能誤導(dǎo)科技館展品及教育活動(dòng)的研發(fā)。為此，從2006年起，中國科技館研究員王恒等人從教育學(xué)、傳播學(xué)、博物館學(xué)等角度研究了國際上科技館展品的起源與發(fā)展過程、科技館先驅(qū)們研發(fā)展品的動(dòng)機(jī)、展品及教育的特點(diǎn)，于2013年提出：科技館教育的基本特征是“通過模擬再現(xiàn)的科技實(shí)踐，為觀眾營(yíng)造探究式學(xué)習(xí)的情境，從而使其獲得直接經(jīng)驗(yàn)”。[10]

2016年《自然科學(xué)博物館研究》雜志中多篇關(guān)于探究式學(xué)習(xí)、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的論文從不同角度提出：要把科技館基于展品的學(xué)習(xí)變成類似于科學(xué)家科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)考察的過程，即變?yōu)榭茖W(xué)探究的實(shí)踐過程，使觀眾通過體驗(yàn)獲得認(rèn)知(即“直接經(jīng)驗(yàn)”)。[11,12]

科技館展品承載的科技信息如表2所示。

表2 科技館展品的科技內(nèi)涵信息[13]

科技館展品多以科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究、科學(xué)考察、技術(shù)發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置或?qū)ο鬄樵?，操作體驗(yàn)展品不僅再現(xiàn)了科學(xué)家通過“探究”獲得“直接經(jīng)驗(yàn)”的“實(shí)踐”過程，并且其背后隱含著科學(xué)家在探究過程中所體現(xiàn)的科學(xué)方法、科學(xué)思想和科學(xué)精神。這些信息，均可通過展示和教育活動(dòng)傳遞給觀眾。因此，科技館的展品及基于展品的教育活動(dòng)，不僅為觀眾提供了通過“實(shí)踐”和“探究”獲得科技知識(shí)“直接經(jīng)驗(yàn)”的條件，同時(shí)也為觀眾了解掌握“跨學(xué)科概念”提供了便利。其實(shí)，這也是科技館小實(shí)驗(yàn)、小制作等其它教育活動(dòng)應(yīng)有的開發(fā)思路之一。

四、科技館教育與STEM教育

通過對(duì)比科技館展示教育和STEM教育的基本特征，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)：

——二者均擁有“實(shí)踐”“探究式學(xué)習(xí)”“直接經(jīng)驗(yàn)”三個(gè)關(guān)鍵要素；

——科技館展示教育雖未強(qiáng)調(diào)“跨學(xué)科”的知識(shí)內(nèi)容，但也追求“跨學(xué)科概念”。

與STEM教育同樣，在科技館展品及基于展品的教育活動(dòng)中，“實(shí)踐”“探究”“直接經(jīng)驗(yàn)”缺一不可；那些以科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究、科學(xué)考察、技術(shù)發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置或?qū)ο鬄樵偷目萍拣^展品，可以為學(xué)習(xí)者提供其它教育機(jī)構(gòu)所不具備的實(shí)踐條件和信息載體。因此，基于科技館展品開展STEM教育，不僅吻合了二者的基本特征，而且具有天然的資源優(yōu)勢(shì)。

但是，目前我國部分科技館只關(guān)注了通過展品傳播科技知識(shí)，忽視了基于實(shí)踐的探究式學(xué)習(xí)，忽視讓觀眾獲得直接經(jīng)驗(yàn)，忽視了展品知識(shí)背后的科學(xué)方法、科學(xué)思想和科學(xué)精神，致使科技館展示教育本應(yīng)具有的功能和效果未能充分實(shí)現(xiàn)。同樣，部分科技館STEM教育的論文和案例也存在上述問題，并且未能將STEM教育與科技館展示教育的基本特征相結(jié)合，未能將STEM教育作為充分實(shí)現(xiàn)科技館展示教育應(yīng)有特點(diǎn)的有效途徑。

因此，科技館通過開展具有“基于科學(xué)與工程實(shí)踐的跨學(xué)科探究式學(xué)習(xí)”特征的STEM教育項(xiàng)目，不僅為STEM教育提供了優(yōu)勢(shì)資源和條件，使二者互補(bǔ)相長(zhǎng)，而且使科技館展示教育本應(yīng)具有的功能得以充分實(shí)現(xiàn)，成為提升科技館展示教育效果的突破口。這樣，就明確了STEM教育與科技館教育之間的關(guān)系，并為科技館STEM教育項(xiàng)目提供了開發(fā)思路。

在此，筆者想強(qiáng)調(diào)通過STEM教育彌補(bǔ)科技館目前未能很好實(shí)現(xiàn)的“跨學(xué)科概念”教育。

在以往的科學(xué)教育中，一說到科學(xué)的認(rèn)識(shí)論、方法論和價(jià)值觀，仿佛除了通過說教灌輸間接經(jīng)驗(yàn)之外別無他法。但在近年來部分優(yōu)秀STEM教育項(xiàng)目中，我們看到了通過基于實(shí)踐的探究式學(xué)習(xí)過程使受眾親身體驗(yàn)或感悟“跨學(xué)科概念”的成功案例。

根據(jù)科技發(fā)展歷程的無數(shù)案例，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律或過程可概括為：“現(xiàn)象/問題→判斷/假說→驗(yàn)證→發(fā)現(xiàn)/結(jié)論”(包括通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)或科學(xué)考察的驗(yàn)證，即通過“實(shí)踐”來驗(yàn)證)。在科技發(fā)展的過程中，還由此形成了“實(shí)證的科學(xué)”與“一切科學(xué)發(fā)現(xiàn)與結(jié)論必須來源于對(duì)自然的考察與科學(xué)實(shí)驗(yàn)”這一科學(xué)的認(rèn)識(shí)論和方法論(這也是后來馬克思主義認(rèn)識(shí)論“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的來源)。同樣，在技術(shù)發(fā)明、工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目中也有類似的過程，即：“任務(wù)/問題→設(shè)計(jì)→驗(yàn)證→實(shí)施方案”。

不論是科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明還是工程設(shè)計(jì)，“現(xiàn)象/任務(wù)/問題→判斷/假說/設(shè)計(jì)→驗(yàn)證→發(fā)現(xiàn)/結(jié)論/實(shí)施方案”的過程，其實(shí)都是科學(xué)探究的過程；而通過“實(shí)踐”來發(fā)現(xiàn)問題，通過“實(shí)踐”來驗(yàn)證假說、判斷、設(shè)計(jì)方案是否正確、可行，并將“實(shí)踐”作為最終的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，本身即反映了科學(xué)的認(rèn)識(shí)論、方法論和價(jià)值觀。

在東南大學(xué)葉兆寧教授設(shè)計(jì)的STEM教案“我的小船”*選自葉兆寧教授2015年11月為筆者提供的《STEM課程建設(shè)與開發(fā)交流會(huì)》PPT。中，就巧妙地設(shè)計(jì)了上述過程：

1.要求學(xué)生通過對(duì)圖片、視頻、模型的觀察，發(fā)表自己對(duì)于船的認(rèn)識(shí)，并傾聽其他同學(xué)的發(fā)表(“問題→判斷”)；

2.組織學(xué)生到公園、博物館、江河湖海去看船，再次發(fā)表和討論船的基本特征、用途、造船材料特性等的認(rèn)識(shí)(“驗(yàn)證→再判斷”)；

3.引導(dǎo)學(xué)生通過上述觀察和交流畫出一條船，反映他對(duì)于船的形狀、體積、重量、驅(qū)動(dòng)方式等的認(rèn)識(shí)；

4.提供不同的材料，要求學(xué)生判斷其是否適合造船(“問題→判斷”)；

5.試驗(yàn)上述材料在水中的沉浮，修正上一步的判斷，了解不同材料的不同特性，為設(shè)計(jì)、制作小船打下基礎(chǔ)(“驗(yàn)證→再判斷”)；

6.讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)一條小船，包括小船的造型、建造材料等(“任務(wù)→設(shè)計(jì)”)；

7.學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計(jì)制作小船。在制作時(shí)，學(xué)會(huì)用工具加工材料；

8.對(duì)自己制作的小船進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試的情況進(jìn)行改進(jìn)(“驗(yàn)證→再設(shè)計(jì)/實(shí)施”)；

9.學(xué)生發(fā)表自己設(shè)計(jì)、制作、改進(jìn)小船的過程和思路，并傾聽同伴的發(fā)表。

以上教案中，包括了三次“現(xiàn)象/任務(wù)/問題→判斷/假說/設(shè)計(jì)→驗(yàn)證→發(fā)現(xiàn)/結(jié)論/實(shí)施方案”過程(分別為1-3、4-6、7-9)，不僅使學(xué)生們獲得了知識(shí)和技能的“直接經(jīng)驗(yàn)”，還將原本抽象、枯燥的“跨學(xué)科概念”巧妙地變成了可以體驗(yàn)和實(shí)踐的親身經(jīng)歷。該項(xiàng)目的全過程從頭至尾都充分體現(xiàn)了“實(shí)踐”“探究式學(xué)習(xí)”“跨學(xué)科概念”“直接經(jīng)驗(yàn)”要素，是一個(gè)完整的“基于科學(xué)與工程實(shí)踐的跨學(xué)科探究式學(xué)習(xí)”過程。該教案為科技館STEM教育項(xiàng)目(包括基于展品的教育活動(dòng)項(xiàng)目)的開發(fā)思路提供了很好的范例。

目前國內(nèi)一些STEM教育特別是科技館STEM教育項(xiàng)目，之所以忽視了“實(shí)踐”“跨學(xué)科概念”和“探究式學(xué)習(xí)”，也許恰如鮑賢清副教授對(duì)筆者所說：“大家對(duì)STEM這個(gè)舶來概念還處于了解和討論的階段。正如盲人摸象，比較表層、也最好理解的是進(jìn)行內(nèi)容的跨學(xué)科整合”。隨著探索與認(rèn)識(shí)的逐步深入，相信會(huì)真正實(shí)現(xiàn)STEM教育的“形神兼?zhèn)洹?。雖然本文的探討聚焦于科技館領(lǐng)域，但其中某些概念也適用于其它科技類博物館、文史類博物館甚至學(xué)校。

以上是筆者近來的粗淺思考與認(rèn)識(shí)，可能存在諸多謬誤，期待得到業(yè)界同行們的批評(píng)指正。本文寫作過程中，曾與上海師范大學(xué)鮑賢清副教授交流，受益良多，在此謹(jǐn)致謝意。

[1]葉兆寧，周建中，郝瑞輝等.課內(nèi)外融合的STEM教育資源開發(fā)的探索與實(shí)踐//第十六屆中國科協(xié)年會(huì)-分16-以科學(xué)發(fā)展的新視野，努力創(chuàng)新科技教育內(nèi)容論壇論文集[C].北京：中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，2014.

[2]Hubert Dyasi，Derek Bel.透視科學(xué)中的探究及工程與技術(shù)中的問題解決——以實(shí)踐、跨學(xué)科概念、核心概念的視角[J].劉潤(rùn)林譯.中國科技教育，2017(1)：15-19.

[3]伍新春.解讀科學(xué)教育中“探究”的誤區(qū)[N].中國教育報(bào)，2007-06-21(6).

[4]吳式穎主編.外國教育史教程[M].北京：人民教育出版社，1999：519.

[5]吳成軍，李高峰.重視核心概念，發(fā)展實(shí)踐能力——美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》的分析及啟示[J].中學(xué)生物教學(xué).2014(1)：7-10.

[6]羅星凱，李萍昌.探究式學(xué)習(xí)：含義、特征及核心要素[J].教育研究，2001(12)：55.

[7]National Research Council.A Framework for K-12 Science Education:Practice,Crosscutting Concepts,and Core Ideas[M].Washington,D.C.:the National Academies Press,2011.10，IX,7,83,224-228,42,84，87,105-202.

[8][EB/OL].http://learningcenter.nsta.org/products/online_courses/VC_170211.aspx.

[9]中國科技館課題組.全國科技館發(fā)展研究報(bào)告[R].中國科協(xié)“十二五”事業(yè)發(fā)展規(guī)劃重點(diǎn)研究專題，2010.

[10]中國科技館展覽教育中心課題組.科技館體系下科技館教育活動(dòng)模式理論與實(shí)踐研究報(bào)告[R].中國科技館課題，2015.

[11]孫偉強(qiáng)，張力巍.引導(dǎo)觀眾以科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方式操作體驗(yàn)展品——科技館展品探究式輔導(dǎo)的探討[J].自然科學(xué)博物館研究，2016(3)：67-72.

[12]陳闖.“分解-體驗(yàn)-認(rèn)知”——探究式展品輔導(dǎo)開發(fā)思路[J].自然科學(xué)博物館研究，2016(4)：45-51.

[13]中國自然科學(xué)博物館協(xié)會(huì)科技館專業(yè)委員會(huì)課題組.“科技館活動(dòng)進(jìn)校園”基于展品的教育活動(dòng)項(xiàng)目調(diào)研報(bào)告[R].中國科協(xié)青少年科技中心“科技館活動(dòng)進(jìn)校園”項(xiàng)目調(diào)研課題，2015.

Interdisciplinary Inquiry Learning Based on Science and Engineering Practice——Discussion about Key Concepts Relevant to STEM Education in Science Centers

Zhu Youwen

There still exists some misunderstandings of STEM and science education in domestic science centers,which leading a lack of deep intension in their STEM projects.Based on document research,pedagogical analysis and case analysis,it is proposed in this paper that:the basic feature of STEM education is “interdisciplinary inquiry learning based on science and engineering practice”; the basic feature of education through exhibits in science centers is “to create the scenarios of inquiry learning through technological practice represented in simulation,so that audiences can obtain the direct experience”; practice,inquiry learning and direct experience are common elements for both.Therefore,it is proposed that:it shall be full of unique advantages in developing STEM education based on exhibits in science centers,which their respective advantages can be complementary to each other; education in science centers can be fully realized when the STEM education is in unity of form and spirit,and it will be a breakthrough for improving the quality of education.

science centers,STEM education,concept,essential feature,development idea

① 朱幼文：中國科學(xué)技術(shù)館研究員；研究方向：科技博物館展覽設(shè)計(jì)、教育活動(dòng)；通訊地址：北京市朝陽區(qū)北辰東路5號(hào)；郵編：100012；Email：zhuyouwen2020@sina.com。