劉穎

摘 要：“4C能力”作為STEM發(fā)展的核心要義，旨在通過對真實問題的解決，發(fā)展學生的批判性思維能力、創(chuàng)新思維能力、合作能力、溝通能力，因此關注STEM教育中學生的“4C能力”能夠促進學生思維品質(zhì)和實踐能力的發(fā)展。文章立足于STEM教育跨學科的內(nèi)涵與特征，剖析“4C能力”與STEM教育跨學科發(fā)展的關系。研究發(fā)現(xiàn)，加強STEM課程師資隊伍建設、合理配置STEM課程現(xiàn)代技術資源、設置完整的STEM課程方案設計是促進STEM教育跨學科發(fā)展的有效路徑。

關鍵詞：4C能力;STEM教育;跨學科發(fā)展

中圖分類號：G420? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2019）24-0006-05

一、引言

2013年德國認為人類已經(jīng)進入到了以創(chuàng)新科技為目標的第四次工業(yè)革命時代，呼吁為未來社會培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技術的新型人才。我國“六卓越一拔尖” 計劃2.0提出要“強化實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，培育科學道德、批判精神和創(chuàng)新精神，提升溝通表達能力和團隊協(xié)作精神，造就敢闖會創(chuàng)、敢為天下先的青年英才?！盵1]

對于STEM的研究，研究者大多把研究的視角聚焦于STEM課程的設計當中，要求教師具備STEM的專業(yè)發(fā)展能力，但是對STEM教育的育人價值，也就是STEM教育對學生發(fā)展提出的價值訴求沒有給予太多的關注。由此可見，將STEM教育的育人價值和“4C能力”的人才培養(yǎng)聯(lián)系起來，將會給STEM教育的研究提供新契機，明確STEM教育中學生需要達到的層次，為教師和學生的發(fā)展提供了一個清晰的方向。

所謂“4C能力”，是美國制定的“21世紀學習框架”當中需要發(fā)展的學生能力，包括批判性思維能力（Critical Thinking）、溝通能力（Communication）、協(xié)作能力（Collaboration）以及創(chuàng)新創(chuàng)造能力（Creativity）。

二、STEM教育的內(nèi)涵與特征

1.STEM教育的內(nèi)涵

STEM教育并不是將科學、技術、工程和數(shù)學四門學科的教學內(nèi)容進行簡單的排列組合，或進行一個簡單、機械的拼湊，而是教師通過自身的STEM專業(yè)能力將四門學科組成一個富有生命力的整體。STEM教育的發(fā)展并不是一蹴而就的，而是經(jīng)歷了圖1所示的“四個發(fā)展階段”[2]，這四個階段的發(fā)展又與布盧姆的教育目標分類學的劃分階段相聯(lián)系：①分科課程階段，各個學科之間的距離較遠，彼此獨立，呈現(xiàn)出相互分離的狀態(tài)，并且存在碎片化知識的特點，此階段各學科之間的關聯(lián)性較差，注重的是記憶和理解;②多學科階段，學生能夠在這個階段中習得涵蓋概念和技能的主題內(nèi)容，多學科階段開始注重將碎片化的知識重新進行排列組合，開始重視各科之間知識的關聯(lián)性與交互性;③學科間階段，強調(diào)學生在高度相關的兩門以上的學科中學習概念和技能，這一階段高度關注各科知識之間的交互性，強調(diào)對知識的應用和分析能力;④跨學科發(fā)展階段，即STEM教育融合階段，這一階段強調(diào)圍繞項目驅(qū)動實現(xiàn)實際生活中的問題解決，注重學生評價和創(chuàng)造的能力?？鐚W科教育強調(diào)學科之間的融合與發(fā)展，并且給予了各個學科自我發(fā)展的空間，使各科仍然具備自身學科的特色與課程品質(zhì)。前面的階段發(fā)展成為融合階段發(fā)展的重要基石，STEM教育最終走向的是學科之間的融合與創(chuàng)新。

2.STEM教育的特征

（1）以跨學科教育為核心，實現(xiàn)多門學科的交叉性

傳統(tǒng)教育將知識按具體學科劃分，強調(diào)學科知識組織的條理化、邏輯化以及系統(tǒng)化，目的是為了形成結構良好的知識板塊，使學生對知識的學習有更高層次上的把握。但是，這種強制性的劃分同時也割裂了學科知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，分裂的知識之間相互掣肘，最終導致學生的學習缺乏真實的問題情境。

STEM教育的核心就是打破原有知識之間的阻礙，整合課程學科知識，使之形成一種跨學科的教育組織形式?！翱鐚W科課程整合就是環(huán)繞一個共同的主題，打破學科的界限，把不同學科、不同領域的理論和方法有機結合，有目的、有計劃地設計組織課程內(nèi)容和教學活動，以提高學生能力、促進學生全面發(fā)展為最終目的的一種課程組織方式和課程設計理念?！盵3]

“將各科內(nèi)容改造成以問題為核心的課程組織，通過序列化的問題有機串接起各學科知識，使課程要素形成有機聯(lián)系和有機結構?！盵4]STEM教育的訴求就是促使各學科形成一個有機的序列和結構，在多門學科的整合過程中找到學科知識的銜接點，圍繞真實情境展開，促進學生的科學思維能力和動手能力?？鐚W科知識的整合能夠促使學生掌握問題解決的能力與素養(yǎng)，觸發(fā)學生思考與自主學習的能力。

（2）以真實情境為依托，倡導現(xiàn)實生活的回歸性

STEM教育跨學科學習注重學生運用所學的知識在真實的情境中能夠解決實際的問題，強調(diào)在生活中的學習，要求學生能夠?qū)ι钪谐霈F(xiàn)的問題尋根究底，找到問題解決的辦法，從而促使學生具備團隊協(xié)作以及創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。

Anne Jolly通過總結實踐案例得出了STEM課程具有六大優(yōu)勢，其中最主要的是STEM課程能夠聚焦于真實世界中的問題，隨后才是在此基礎上進行項目導向或問題解決的學習?！翱鐚W科STEM教育強調(diào)以真實問題或主題為驅(qū)動，利用科學、技術、工程、數(shù)學以及藝術等多學科相互關聯(lián)的跨學科概念知識解決問題，實現(xiàn)從跨學科知識綜合應用的角度提高學生解決問題、探究和創(chuàng)造的能力?！盵5]跨學科STEM教育區(qū)別于傳統(tǒng)教育圍繞教科書展開的學習方式，尋求的是學生在真實問題的情境下，利用自身的知識、經(jīng)驗以及技能，并且能夠依靠技術找到問題解決的辦法。STEM跨學科教育以真實性問題為依托，學生通過在團隊小組中的互動，交流學習的經(jīng)驗與方法，為實際生活中出現(xiàn)的問題提出具有創(chuàng)新性的解決方法，從而培養(yǎng)學生學習的遷移性，依靠建構性的思維實現(xiàn)對問題的深層次理解，培養(yǎng)學生的動手能力。

四、指向“4C能力”發(fā)展的STEM教育跨學科發(fā)展路徑

1.加強STEM課程師資隊伍建設

STEM課程自開設以來，最終指向的是學生“4C能力”的發(fā)展，STEM課程是一個統(tǒng)整性的綜合活動實踐課程，這就對教師課程整合的能力要求頗高?！暗牵處煂⒃痉挚频慕滩膬?nèi)容直接安置到STEM課程主題之下，出現(xiàn)為整合而整合、不協(xié)調(diào)等拼湊現(xiàn)象?！盵11] David的研究顯示，“STEM教育的整合可能面臨K-12教師極少獲得工程學位，因為對工程沒有深刻理解，不能很好地激發(fā)學生對工程方法興趣的現(xiàn)實難題?！盵12]

STEM課程作為一門綜合性較強的課程，需要培養(yǎng)專門的STEM課程師資隊伍，不能將四門學科的知識進行簡單的拼湊，要想發(fā)展學生的STEM科學素養(yǎng)，促進學生的深度學習和遷移學習以及維持學生的學習興趣，要求教師的教學方式和教學理念有一個深層次的轉(zhuǎn)變，需要教師發(fā)展自身的STEM學科專業(yè)素養(yǎng)，促進教師STEM課程整合的意識和能力。

美國STEM教育國家研究院（The National Institute for STEM Education，簡稱NISE）為實施STEM教育的教室、學校和地區(qū)頒發(fā)證書。應用一個能力本位的、學術性引領的在線學習平臺，通過對三大領域共15種教師行為的熟練程度進行論證，用以認證教師STEM教育專業(yè)技能。因此，如果要保證STEM教師專業(yè)能力的可持續(xù)發(fā)展，應當創(chuàng)辦STEM教育專業(yè)、開展STEM教育教師培訓課程、組建STEM教育團隊、設立STEM教育研究機構、設立STEM教育特色校等等。

2.合理配置STEM課程現(xiàn)代技術資源

STEM教育主張技術作為課程開展的有力支撐，強調(diào)學生要具備一定的技術素養(yǎng)，要求學生了解現(xiàn)代化教育技術的使用過程，以備日后STEM課程的學習，培養(yǎng)學生善于運用技術解決問題的能力，從而支持深度學習的發(fā)生?！皢栴}解決或項目完成需要學習者在大量信息基礎上進行自主學習、意義建構，因此設計STEM的學習環(huán)境和豐富的學習資源與工具是STEM教學設計必不可少的環(huán)節(jié)?！盵4] STEM課程技術資源的設計主要包括在教學中需要用到的各項設備、器材和各種信息化工具，如3D打印機、開源電路板的使用等等。這些工具的使用能夠為學生的跨學科能力提供技術支持，在很大程度上提高學生的問題解決能力。

為了實現(xiàn)最優(yōu)質(zhì)的STEM教學技術資源，首先，要整合現(xiàn)代信息技術，選擇本次STEM課程需要用到的技術資源。這就需要教師在STEM課程開始時就確定與選擇與本次課程相關的技術設備，并且要提前告知學生本次課程將使用哪些設備。其次，要將選擇的STEM教學技術資源與STEM課程的教學設計進行配套使用，利用Scratch可視化程序設計等工具作為STEM課程發(fā)展的項目支撐，在技術設備使用的過程中要維持學生的學習興趣與學習狀態(tài)，以免學生因操作問題而喪失了學習的動機。最后，對本次使用的技術資源教學效果進行有效的評價與評估，要對學生完成的作品進行一個可視化的分析，促使學生在自己完成的基礎上形成反思與改進，檢驗教育技術是否為學生的發(fā)展帶來新的機遇。

3.設置完整的STEM課程方案設計

目前，人們對STEM課程仍舊存在兩個誤區(qū)：一是將STEM課程整合理解為科學、技術、工程和數(shù)學四門學科分支的綜合，教師對STEM課程的理解局限于四門課程簡單的疊加，出現(xiàn)為整合而整合的現(xiàn)象;二是將STEM課程與綜合課程、綜合實踐活動課程相混淆，這兩種誤區(qū)的存在都是因為教師沒有明確的STEM課程理念和STEM課程的方案設計?！癝TEM教育學習項目不是課外的科技小組活動，它是一種與傳統(tǒng)課堂教學不同的課程教學方式。它要有明確的教學目標、教學進度、教學策略和教學評價。”[13]將散亂的學科知識進行有機的整合，從而形成跨學科知識系統(tǒng)，這正是STEM課程整合的出發(fā)點，在STEM課程的整合過程當中，需要具備系統(tǒng)健全的課程標準，在教學目標、教學內(nèi)容、教學過程、教學方法、教學評價等方面都要進行詳細規(guī)劃，由此將STEM課程的權威性和有效性確定下來。

STEM課程的學習應當以真實情境中的問題為核心，在教師的幫助下由學生創(chuàng)造性地解決實際的問題，不僅保持了問題設計的真實性，同時也激發(fā)了學生學習的創(chuàng)造性。選取教師和學生共同關注的真實問題或主題，形成本次STEM課程的框架和范圍，確定相關的活動和經(jīng)驗的提取，共同開展活動、制定評價標準，最后開展STEM課程的評價，通過師生共同參與的STEM活動，學生的溝通能力、協(xié)作能力才能得以發(fā)揮。

STEM課程的劃分可以根據(jù)不同的主題和項目活動內(nèi)容進行劃分，在保障項目和主體能夠完成的情況下，教師可以根據(jù)自己STEM課程教學的進度進行能力層次難度的劃分，促使每一個學生都能參與到學習中來，避免出現(xiàn)學生學習的“邊緣化”現(xiàn)象。

根據(jù)這些主題所包含的學習任務不同，教師的STEM課程設計也有所差別，但是優(yōu)秀的STEM課程教學計劃最終要明晰的是本次STEM課程的教學目標、教學內(nèi)容、教學方法以及教學評價，并且STEM教師要了解學生在課上能夠?qū)W到哪些知識，這些知識應當學到什么程度，學生的思維品質(zhì)最終要如何發(fā)展等等，這些問題都是教師需要考慮的。通過設置完整的STEM課程方案設計，對學生STEM素養(yǎng)發(fā)展有一個準確的把握，由此能夠成為發(fā)展學生“4C能力”品質(zhì)的有效保證。

五、總結

STEM教育作為一種全新的教學范式，顛覆了傳統(tǒng)的教學組織形式，為未來社會的人才培養(yǎng)觀奠定了方向，即STEM教育跨學科發(fā)展最終要實現(xiàn)的是學生圍繞項目活動的展開在小組活動中進行有效的溝通和協(xié)作，從而形成創(chuàng)造性的思維品質(zhì)，STEM教育不是一個人的學習，而是將學生的智慧聚集在一起，激發(fā)創(chuàng)造性的思維碰撞。指向“4C能力”發(fā)展的STEM教育跨學科發(fā)展還應當注重以下幾個方面：一是STEM課程的教學設計，STEM課程是否應當有一個統(tǒng)一指導性的課程體系，如果有，教師應當如何結合學生的情況進行校本課程的開發(fā);二是STEM教師專業(yè)發(fā)展的問題，STEM課程對教師的要求較高，教師的專業(yè)發(fā)展能力是否應當有一個標準，這些標準又有哪些維度和量化的指標體系。這兩個方面都需要學者們進行深入的實踐與探索，從而為培養(yǎng)21世紀需要的具有“4C能力”素養(yǎng)的人才做好充分的準備。

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