摘要：本文分析了STEM教育與創(chuàng)客教育的共同特征，將現(xiàn)在基礎(chǔ)教育存在的形式概括為“STEM+”課程，這種課程通過探究解決問題的主題活動，結(jié)合知識鏈與設(shè)計思維，形成了學(xué)科界限模糊、網(wǎng)狀知識結(jié)構(gòu)、聚焦核心素養(yǎng)培養(yǎng)等的課程內(nèi)容特點，它將是教育發(fā)展的小趨勢。

關(guān)鍵詞：“STEM+”課程;知識鏈;知識結(jié)構(gòu);小趨勢

中圖分類號：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?論文編號：1674-2117（2019）22-0093-04

2016年6月，教育部頒布《教育信息化“十三五”規(guī)劃》（教技〔2016〕2號），強(qiáng)調(diào)“有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在‘眾創(chuàng)空間、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用”。于是，創(chuàng)客教育、STEM教育成了熱點話題，各省、市、區(qū)縣紛紛出臺了相關(guān)政策。許多人認(rèn)為這將是教育發(fā)展的大趨勢，國家要盡快建成STEM教育的生態(tài)系統(tǒng)[1][2]，但也有人認(rèn)為這些新名詞、新概念都是在“趕時髦”，只是“一陣風(fēng)”而已。筆者在中國知網(wǎng)上搜索了有關(guān)文章，發(fā)現(xiàn)2015—2018年這段時間發(fā)表的論文數(shù)量最多，達(dá)到了高潮，但隨后文章的數(shù)量又顯著下降，這似乎給“時髦論”者提供了依據(jù)。然而筆者認(rèn)為，這恰恰說明教育的發(fā)展需要堅實而緩慢的試行，不宜出現(xiàn)過多的反復(fù);創(chuàng)客教育與STEM教育絕不是新名詞，而是影響未來教育變化的潛在因素與關(guān)鍵變量，應(yīng)是教育發(fā)展中能帶來改變的改變、影響趨勢的趨勢，或稱之為小趨勢。[3]

STEM教育與創(chuàng)客教育的共同價值追求

雖然STEM教育和創(chuàng)客教育兩個概念有不同的發(fā)展歷史，前者強(qiáng)調(diào)學(xué)科的融合，后者強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，但是兩者在“寓教于樂”和“學(xué)以致用”等基本教育理念上，在培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力的教育核心上，在追求個性化的教育價值取向以及追求知識的綜合應(yīng)用、實際問題的解決等方面高度一致。

有人認(rèn)為創(chuàng)客教育是STEM教育的一種重要實施方式。[4]因此筆者認(rèn)為，在義務(wù)教育階段，可以將創(chuàng)客教育整合或納入到STEM教育中，并將多學(xué)科知識進(jìn)行融會貫通，形成特有的“STEM+”教育模式。

“STEM+”教育不僅僅是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)這四門學(xué)科的融合，正如許多學(xué)者認(rèn)為的那樣，融合思想還可以運用到文科、社會學(xué)和品德教育上，從這個意義上講，STEM就有了更豐富的內(nèi)容，即S代表社會、表達(dá)、體育、樂觀和毅力，T代表傳統(tǒng)、優(yōu)美、交流、信任和協(xié)作，E代表經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、表達(dá)、平等、樸實和認(rèn)真，M代表方法、管理、積極主動、品德和心胸。同一個字母代表的含義之間用“和”而不用“或”，也是為了強(qiáng)調(diào)學(xué)科間的融合。這就是“STEM+”教育的核心所在。

“STEM+”課程內(nèi)容

1.學(xué)科界限從清晰走向模糊

傳統(tǒng)的教育模式以界限清晰的學(xué)科教學(xué)為主，不同學(xué)科之間的邊界清晰，即使在同一學(xué)科的內(nèi)部，細(xì)分學(xué)科或?qū)I(yè)之間也是有清晰界限的，知識點之間相互聯(lián)系比較少。打破學(xué)科的壁壘，突破學(xué)科的界限，實現(xiàn)跨學(xué)科的融合，學(xué)科界限從清晰走向模糊，是教育發(fā)展的方向。

“STEM+”教育則強(qiáng)調(diào)在不同學(xué)科之間，同一學(xué)科內(nèi)部的不同子學(xué)科、不同專業(yè)和不同知識點之間建立起聯(lián)系，從而打破不同學(xué)科之間的界限[5][6]，將不同學(xué)科的知識技術(shù)和方法相互引進(jìn)，提高學(xué)習(xí)和研究的效率。

2.知識結(jié)構(gòu)從三角形樹狀走向網(wǎng)狀

界限清晰的學(xué)科與知識點，在教育領(lǐng)域被歸納成了一棵知識樹：科學(xué)是主干，第一次分枝成了自然科學(xué)和人文科學(xué)，第二次自然科學(xué)又分枝成了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物……，第三次物理又分枝成了力學(xué)、電磁學(xué)……按照知識樹來區(qū)分，各級分枝的層次清晰，知識內(nèi)容在教學(xué)過程中交叉得很少，各知識范圍相互間的界限清晰，知識結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出一個清晰的三角形。

學(xué)生對真實世界的認(rèn)識大多是從整體走向局部，再從局部走向整體。從了解知識到應(yīng)用知識，就不能停留在學(xué)科知識樹中，如學(xué)生對“水”的認(rèn)識，就應(yīng)該連接物理、化學(xué)、生物、地理、人文、社會等各學(xué)科的知識，形成網(wǎng)狀知識結(jié)構(gòu)。“STEM+”教育在打破學(xué)科界限的基礎(chǔ)上，給學(xué)生提供了形成網(wǎng)狀知識結(jié)構(gòu)的機(jī)會，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教育的不足。例如，下圖顯示的“STEM+”課程“小型智能車”就將不同學(xué)科、不同領(lǐng)域及不同專業(yè)的知識聯(lián)系起來，從而形成了主題鮮明、不斷交織的知識網(wǎng)絡(luò)立體結(jié)構(gòu)。

3.從單一的知識結(jié)構(gòu)走向核心素養(yǎng)

知識結(jié)構(gòu)就是一系列緊密聯(lián)系的知識體系，而理解就是結(jié)構(gòu)高度發(fā)達(dá)與完善的結(jié)果?！癝TEM+”教育可以幫助學(xué)生形成一種跨學(xué)科綜合性的知識結(jié)構(gòu)[7]，它可以從需要熟悉的知識、需要掌握和完成的重要任務(wù)、需要形成的大概念以及完成核心任務(wù)等不同高度來建構(gòu)，從而達(dá)到解釋、闡明、應(yīng)用、洞察、神入和自知等不同層級的程度。這樣就能在自主認(rèn)知、社會認(rèn)同、實踐參與等多方面提升素養(yǎng)。

在下圖智能車的案例中，學(xué)生利用傳感器、編程語言和控制主板就可以形成基本的控制結(jié)構(gòu)，結(jié)合動力傳動、能源、懸掛就可以探索并認(rèn)識行駛車輛的控制方法，再結(jié)合駕駛和交通法規(guī)就可以實現(xiàn)初步的自動駕駛。具體到某個模塊內(nèi)部，由許多材料元器件等組成的子模塊，也符合同樣的規(guī)律。例如，智能車的機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊，就可以分割成金屬與非金屬材料、幾何結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度、機(jī)械連接和安全裕度等子模塊，學(xué)生在這些知識模塊之間構(gòu)建起自己的知識結(jié)構(gòu)，就能懂得車輛機(jī)械強(qiáng)度提升的方法，車輛在行駛和載重上也會有更好的表現(xiàn)。

像智能車這樣的裝備，其機(jī)械結(jié)構(gòu)、元器件、傳感器甚至編程語言都是硬件，而所實現(xiàn)的功能和應(yīng)用這些功能的方式是軟件，硬件是為軟件服務(wù)的。只有將各個模塊之間的信息聯(lián)系建立起來，才能實現(xiàn)所需要的功能，而且所聯(lián)系模塊之間的信息聯(lián)系越緊密，所能夠達(dá)到的功能效果就會越好，而知識點鏈接方式以及知識結(jié)構(gòu)建構(gòu)的模式，才是“STEM+”教育的核心所在。通過自我探究過程，歸納出知識建構(gòu)的方式并予以推廣，就能夠達(dá)到闡明和洞察的目標(biāo)。

“STEM+”學(xué)習(xí)方式

1.從知識點內(nèi)容走向知識的鏈接

數(shù)學(xué)的兩個點連起來是一條線，將兩個知識點聯(lián)系起來的思維方法與邏輯，就是知識鏈。兩個物理點聯(lián)系的模式有種類與強(qiáng)度的差別，代表了這兩個物體聯(lián)系的緊密與牢固程度，而連接不同知識領(lǐng)域的知識鏈，也有思維與邏輯關(guān)系強(qiáng)弱的差別。將許多點用不同的線聯(lián)系起來就有了立體概念與圖形;將許多知識點聯(lián)系起來的思維方法與邏輯關(guān)系，就是知識網(wǎng)絡(luò)，而形成的多維立體圖形就是知識結(jié)構(gòu)。

情境化的“STEM+”課程，就是在建構(gòu)主義理論的指導(dǎo)下，通過主題相關(guān)模塊，創(chuàng)建必要的思維聯(lián)系，利用學(xué)生已有的知識結(jié)構(gòu)體系的支持，結(jié)合新的知識點的學(xué)習(xí)，在不同模塊之間，建立起盡可能多的知識鏈接，進(jìn)行知識結(jié)構(gòu)的同化與重組，從而促進(jìn)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的發(fā)展與升級。例如，“一帶一路”植物主題的“STEM+”課程，利用穿越到秦朝的情境，就能夠在餐館點菜過程中發(fā)現(xiàn)許多現(xiàn)代的蔬菜當(dāng)時還沒有，此時就可以提出一系列的驅(qū)動性問題，如絲綢之路起源于什么年代，除了運送絲綢，還輸送了些什么東西等，從而引發(fā)學(xué)生一系列的探究活動，并且在探究活動中提高學(xué)生的認(rèn)知能力。

在信息技術(shù)活動中，我們使用了各種傳感器，用于測量不同的物理量，而在控制編程和動作元器件里，各種控制信號使用的都是電信號。為了能夠統(tǒng)一進(jìn)行控制和管理，所有的傳感器都需要將距離、速度、溫度、光線和聲音等各種不同的物理量轉(zhuǎn)換成電阻和電壓等電學(xué)度量，這樣就把原來物理學(xué)中不同細(xì)分學(xué)科的知識聯(lián)系起來，形成物理學(xué)的網(wǎng)狀知識結(jié)構(gòu)，達(dá)到了“STEM+”教育融合學(xué)科的效果。

2.從知識灌輸走向基于問題解決的學(xué)習(xí)（PBL）

“STEM+”課程的教學(xué)，通常采用以問題為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)的問題式學(xué)習(xí)方式，即PBL方法。這類課程往往是在一個需要解決的實際問題或一個真實的情境主題中，利用問題驅(qū)動，開始探究式學(xué)習(xí)，在實際探究過程中認(rèn)知、學(xué)習(xí)并應(yīng)用科學(xué)的思想方法，聯(lián)系教師和學(xué)生來參加協(xié)作性的活動，最后提出解決問題的有效方案。整個探究活動的難度設(shè)計要符合學(xué)生的能力水平，讓學(xué)生能夠產(chǎn)生一種興奮、激動以及愿意付出努力的沖動。

例如，上述智能車案例中，為了能進(jìn)行有效的智能控制，需要有傳感器來測量車輛所處的環(huán)境和狀態(tài)，從而確定下一步的動作與趨勢。特定的傳感器能將不同顏色的光線轉(zhuǎn)變成不同的電信號，因此，可以通過在控制板上的編程軟件，來識別交通信號燈的指示，再結(jié)合對電動機(jī)不同的控制指令，實現(xiàn)遵從交通信號燈指令進(jìn)行的智能駕駛。學(xué)生在一個接一個的實際問題情境中，不斷地探索學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

通過這種PBL的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生主動構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)，而且技能與方法、情感態(tài)度與價值觀相繼形成與提升。

3.從模仿走向設(shè)計思維與創(chuàng)新思維的應(yīng)用

傳統(tǒng)教學(xué)方式注重介紹前人的思維結(jié)論與對應(yīng)的案例，在教學(xué)過程中讓學(xué)生認(rèn)識前人的思維方法，使其在遇到類似的問題時，可以模仿前人的思維方式去解決類似的問題。

“STEM+”課程是針對真實情境中的實際問題，在探究解決問題的過程中進(jìn)行學(xué)習(xí)，因此要想更好地解決問題，取得真實的效果，就需要有創(chuàng)新思維，利用創(chuàng)新的方法，提出解決實際問題的方案，并在實際活動中實施?！癝TEM+”教育要求學(xué)生具備深度學(xué)習(xí)、設(shè)計思維和創(chuàng)新思維能力，對實際問題進(jìn)行探究，并有一定的成果產(chǎn)出，產(chǎn)出環(huán)節(jié)包含作品設(shè)計、案例、論文等多種表現(xiàn)形式，這些作品必須與他人分享，展示給其他人。通過作品的設(shè)計，充分運用設(shè)計思維、外化學(xué)習(xí)的結(jié)果，促進(jìn)學(xué)生的知識融合與經(jīng)驗、能力的遷移運用;通過作品展示，凸顯學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和能力。

“STEM+”教育的評價

傳統(tǒng)的學(xué)科評價很多時候是通過問卷紙筆測試以分?jǐn)?shù)的高低來評價，而“STEM+”教育側(cè)重的是知識的整合與應(yīng)用、工具的選擇使用、問題的解決等，不能采用單一的評價方式進(jìn)行評價。

1.過程記錄與描述

“STEM+”教育側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生綜合多學(xué)科知識的系統(tǒng)性關(guān)聯(lián)能力，許多“STEM+”教育活動還利用各種信息技術(shù)設(shè)備記錄學(xué)生的整個探究活動與學(xué)習(xí)過程。例如，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)全面記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，分析學(xué)生的稟賦、興趣愛好、個性特長等，為學(xué)生提供個性化的成長路徑規(guī)劃，以及深度學(xué)習(xí)的依據(jù)，教師對學(xué)生的素養(yǎng)與能力也會有一個基本的判斷。

2.結(jié)構(gòu)化評價[8][9]

教師針對學(xué)生對實際問題進(jìn)行探究過程中的表現(xiàn)，可以分析其所達(dá)到的思維高度，從而判斷學(xué)生在探索具體問題時的思維結(jié)構(gòu)處于哪一層次：前提結(jié)構(gòu)是否有邏輯，是否可以找到某種解決辦法;知識結(jié)構(gòu)是單一點還是多個點，是找到一條線索就以為發(fā)現(xiàn)了結(jié)論還是將多個知識點建立起聯(lián)系;是否能夠?qū)⒘闵?nèi)容整合成一個整體去解決復(fù)雜問題;是否能夠?qū)⒔鉀Q問題的過程進(jìn)行總結(jié)歸納，抽象成可以拓展應(yīng)用范圍的系統(tǒng)化知識與能力;是否能夠構(gòu)建起自己的知識結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并用于解決實際問題。這些都是評價學(xué)生素養(yǎng)與能力的核心指標(biāo)。

總之，“STEM+”教育不是對傳統(tǒng)教育的簡單替代，它更多的是一種教育的理念課程和教學(xué)方式，其核心是基于問題與情境，綜合多學(xué)科知識，進(jìn)行系統(tǒng)性方法論的學(xué)習(xí)，它是教育發(fā)展的小趨勢。

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