楊開(kāi)城 公平

【摘 要】

STEM教育是過(guò)幾年就冷下去的教改運(yùn)動(dòng)嗎？不是。但是，作為聚焦國(guó)民科技創(chuàng)新素養(yǎng)培養(yǎng)的STEM教育，如果離開(kāi)了自身的專業(yè)化和現(xiàn)代化，將無(wú)法生存和成熟。成熟的STEM教育需要具備四個(gè)外部特征——問(wèn)題解決、創(chuàng)中學(xué)、設(shè)計(jì)制造和協(xié)作探究，以及兩個(gè)內(nèi)部特征——S.T.E.M.知識(shí)真實(shí)的整合性的應(yīng)用和科學(xué)精神的熏陶與強(qiáng)化。這種STEM教育會(huì)是一種全新的教育實(shí)踐，它需要零起點(diǎn)開(kāi)發(fā)的，數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化和結(jié)構(gòu)化的，包含教學(xué)詳案的課程產(chǎn)品，需要“用教學(xué)過(guò)程說(shuō)明自身”的教學(xué)評(píng)價(jià)方式，需要專業(yè)化的人力資源配置，需要全新的教育產(chǎn)業(yè)鏈。在理論上，STEM教育并不需要舊教育學(xué)（Pedagogy），它需要的是新教育學(xué)（Educology）。在新教育學(xué)的引領(lǐng)下，當(dāng)下的STEM教育運(yùn)動(dòng)是一場(chǎng)教育現(xiàn)代升級(jí)轉(zhuǎn)型的機(jī)會(huì)。

【關(guān)鍵詞】? STEM教育;教育專業(yè)化;新教育學(xué);課程開(kāi)發(fā);教學(xué)評(píng)價(jià);教育產(chǎn)業(yè)鏈;教育現(xiàn)代化;科技創(chuàng)新素養(yǎng)

【中圖分類(lèi)號(hào)】? ?G511? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】? A? ? ? ?【文章編號(hào)】? 1009-458x（2022）4-0048-07

早在20世紀(jì)80年代，美國(guó)就已經(jīng)意識(shí)到STEM教育對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的重要意義（National Science Board， 1986）。在21世紀(jì)第二個(gè)十年，西方發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始將STEM教育置于國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略地位（宿慶， 等， 2020）。人們普遍認(rèn)識(shí)到，在信息社會(huì)科技創(chuàng)新（而非超時(shí)勞動(dòng)）是財(cái)富增值的核心所在，科技創(chuàng)新能力是一種國(guó)家實(shí)力的表現(xiàn)。而一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新能力的提升，離不開(kāi)具有相應(yīng)功能的教育，即離不開(kāi)STEM教育。

可是，我們能真正實(shí)現(xiàn)STEM教育嗎？畢竟歷史上雷聲大雨點(diǎn)小的教改運(yùn)動(dòng)比比皆是。即使美國(guó)STEM教育已經(jīng)堅(jiān)持三十多年，人們?nèi)杂欣碛蓱岩?，我?guó)STEM教育是否仍會(huì)在一陣火熱的討論和嘗試后，只留下文獻(xiàn)意義上的遺產(chǎn)？我們認(rèn)為，STEM教育可以擁有與以往不同的命運(yùn)，STEM教育有其特殊性。

一、STEM教育的基本特征

STEM教育不是“科學(xué)教育+技術(shù)教育+工程教育+數(shù)學(xué)教育”的總和，也就是說(shuō)，不是S.T.E.M.教育，而是一個(gè)全新的教育領(lǐng)域，這個(gè)教育領(lǐng)域的核心任務(wù)是培養(yǎng)和提升學(xué)生綜合運(yùn)用S.T.E.M.知識(shí)從事創(chuàng)新發(fā)明的能力。由此我們認(rèn)為，STEM教育需要具備四個(gè)外部特征：①問(wèn)題解決，即運(yùn)用知識(shí)感知問(wèn)題、制訂解決策略、評(píng)估解決效果、改進(jìn)解決方案。②創(chuàng)中學(xué)。STEM教育中的問(wèn)題解決不是解決紙面問(wèn)題，而是解決開(kāi)放性的具有現(xiàn)實(shí)意義的真實(shí)問(wèn)題，更重要的是通過(guò)創(chuàng)新發(fā)明來(lái)解決問(wèn)題。但從教育角度看，創(chuàng)新發(fā)明只是解決問(wèn)題的外部形式，最終的目的仍是通過(guò)創(chuàng)新發(fā)明深化和整合所學(xué)知識(shí)。③設(shè)計(jì)制造。在中小學(xué)階段，STEM教育的“創(chuàng)中學(xué)”最常見(jiàn)的表現(xiàn)形式是創(chuàng)制工程作品。它不是單純的手工制作，而是更加專業(yè)化的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程，包含特定的設(shè)計(jì)過(guò)程以及這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程所帶來(lái)的推敲、取舍等蘊(yùn)含知識(shí)運(yùn)用的機(jī)會(huì)。④協(xié)作探究。STEM教育中通過(guò)正規(guī)設(shè)計(jì)、規(guī)劃和創(chuàng)建作品來(lái)解決問(wèn)題的過(guò)程，不是簡(jiǎn)單機(jī)械重復(fù)已知操作的過(guò)程，而是一個(gè)真實(shí)的創(chuàng)新發(fā)明的過(guò)程，其中蘊(yùn)含著事先無(wú)法預(yù)知的挫折和挑戰(zhàn)，因此需要比較高的動(dòng)力水平以及多主體的智力交流和貢獻(xiàn)，所以需要按照協(xié)作探究的方式展開(kāi)。同時(shí)，如果僅僅限于這四個(gè)外部特征的約束，STEM教育極可能退化為簡(jiǎn)單的手工制作而與創(chuàng)新發(fā)明能力的培養(yǎng)無(wú)關(guān)。因此我們還必須強(qiáng)調(diào)STEM教育的兩個(gè)內(nèi)部特征：①S.T.E.M.知識(shí)真實(shí)的整合性的應(yīng)用，在STEM活動(dòng)中讓不同領(lǐng)域知識(shí)發(fā)揮其功能：科學(xué)知識(shí)的解釋與預(yù)測(cè)、技術(shù)知識(shí)的物質(zhì)能量信息變換、工程知識(shí)的過(guò)程管理、數(shù)學(xué)知識(shí)的基于數(shù)形規(guī)律等知識(shí)的長(zhǎng)程推理;②科學(xué)精神的熏陶與強(qiáng)化，如基于事實(shí)、定量測(cè)量、精確判斷、理性證偽、勇于質(zhì)疑、平等溝通等。前者事關(guān)STEM教育能力培養(yǎng)的功能，后者事關(guān)STEM教育價(jià)值觀培養(yǎng)的功能以及STEM教育的動(dòng)力系統(tǒng)。只有同時(shí)滿足上述內(nèi)外特征的STEM教育實(shí)踐，才能將“21世紀(jì)核心素養(yǎng)”“計(jì)算思維”“設(shè)計(jì)思維”“創(chuàng)造力培養(yǎng)”等從理念的天堂拉到現(xiàn)實(shí)的行動(dòng)中。

STEM教育的多項(xiàng)內(nèi)外部特征決定了其在性質(zhì)上就不是一陣教改運(yùn)動(dòng)——試圖修正某些教育觀念、采用某種新的教學(xué)方法，而是一種新型的教育生活，它需要相當(dāng)?shù)某志眯圆拍軐?shí)現(xiàn)STEM教育的價(jià)值，而且這種教育生活面向所有的學(xué)生而非只朝向具有一定特長(zhǎng)或興趣的少數(shù)學(xué)生，因?yàn)樗噲D提升的是整個(gè)民族的科技創(chuàng)新素養(yǎng)。STEM教育不關(guān)注紙筆應(yīng)試能力，而是關(guān)注創(chuàng)新地解決具有現(xiàn)實(shí)背景的真實(shí)問(wèn)題的能力，其必然包含動(dòng)手活動(dòng)，但不追求膚淺的“寓教于樂(lè)”，而是強(qiáng)調(diào)對(duì)真理的“艱辛”求索。因此，在原來(lái)的科目教學(xué)中點(diǎn)綴幾個(gè)貌似體現(xiàn)STEM教育理念的環(huán)節(jié)，不是我們所說(shuō)的STEM教育。依賴這類(lèi)屬于教師私人的、而且是時(shí)下偶發(fā)的行為，不足以實(shí)現(xiàn)STEM教育的功能。STEM教育需要的不是零星的教育革新行動(dòng)，而是在成熟的STEM課程體系保障下的普遍教育行動(dòng)。

二、STEM教育是一種全新的教育實(shí)踐

從國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的角度看，我們需要成熟的STEM教育。與當(dāng)下的教育相比，成熟的STEM教育是一種全新的教育實(shí)踐?？梢哉f(shuō)，STEM教育如果不成為一種全新的教育實(shí)踐將無(wú)法生存與成熟。可是面對(duì)STEM教育的價(jià)值訴求，國(guó)內(nèi)當(dāng)下教育實(shí)踐中可利用的資源便是各種綜合實(shí)踐課或手工課。這些課“動(dòng)手”“活動(dòng)”的特點(diǎn)，讓人產(chǎn)生一種誤解：這些課程天然就是STEM課程（只是名字不同），或者將它們經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改造，強(qiáng)調(diào)一下“實(shí)驗(yàn)”“探究”“設(shè)計(jì)”，便是STEM課程，由此展開(kāi)的便是STEM教育。為了提高辨識(shí)能力，我們提出了三代STEM課程的觀點(diǎn)（楊開(kāi)城， 等， 2020），并且將只動(dòng)手無(wú)知識(shí)含量的活動(dòng)課稱為大孩子的手工課，簡(jiǎn)稱“大手工課”。大手工課不是STEM課。如果將大手工課整合了工程知識(shí)，按照系統(tǒng)工程過(guò)程管理手工制作過(guò)程，這便是第一代STEM課程。這是國(guó)內(nèi)最容易生成的STEM課程，很多情況下這類(lèi)課程中的手工制品沒(méi)有知識(shí)含量，教學(xué)很容易退化為大手工課。如果我們將科學(xué)知識(shí)作為背景知識(shí)整合進(jìn)第一代STEM課程，再將各種材料也歸入技術(shù)范疇，設(shè)定材料選擇探索的機(jī)會(huì)，這便生成了第二代STEM課程。如果我們?cè)诘诙鶶TEM課程基礎(chǔ)上，整合技術(shù)知識(shí)和數(shù)學(xué)知識(shí)，并且在某些環(huán)節(jié)形成基于知識(shí)的推理，那么就形成了第三代STEM課程。由于第三代STEM課程所包含的知識(shí)需要精確鑒別且分屬不同領(lǐng)域，因而課程開(kāi)發(fā)工作具有一定的難度。

劃分三代STEM課程的目的是便于識(shí)別現(xiàn)實(shí)中STEM課程的發(fā)展水平。現(xiàn)實(shí)中的STEM課程也可能處于代際之間，比如2.5代STEM課程。成熟的STEM教育需要的是第三代STEM課程，只有第三代STEM課程才能將學(xué)科知識(shí)的整合應(yīng)用、科學(xué)探究與工程設(shè)計(jì)以及溝通、協(xié)作、創(chuàng)新和批判性思維等21世紀(jì)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)融為一體。本文所探討的STEM教育是以第三代STEM課程為基礎(chǔ)的。

1. STEM教育需要全新的課程產(chǎn)品及其生成方式

（1）STEM課程只能是零起點(diǎn)自主開(kāi)發(fā)的且包含教學(xué)詳案的產(chǎn)品

STEM課程的焦點(diǎn)不是系統(tǒng)化的知識(shí)傳遞，而是整合創(chuàng)新，因此它無(wú)法基于某個(gè)或某幾個(gè)已有的分科課程，通過(guò)局部調(diào)整而獲得。同時(shí)，STEM課程培養(yǎng)的是真實(shí)問(wèn)題解決能力，而不是紙筆上的演算思考能力，因此它必然與現(xiàn)實(shí)生活深度關(guān)聯(lián)，故而異域文化的STEM課程也很難引進(jìn)和移植，最多只能借鑒其STEM主題思路。因此說(shuō)，STEM教育需要我們從零開(kāi)始開(kāi)發(fā)STEM課程。開(kāi)發(fā)一門(mén)STEM課程需要完成以下工作：

①設(shè)計(jì)STEM主題

STEM主題是指STEM課程所規(guī)定的學(xué)生需要通過(guò)整合特定S.T.E.M.知識(shí)去理解和解決的問(wèn)題、去創(chuàng)制的作品、去克服的挑戰(zhàn)、去完成的發(fā)明。STEM課程開(kāi)發(fā)的零起點(diǎn)特征與STEM主題有關(guān)。課程開(kāi)發(fā)的核心工作之一是知識(shí)擇宜，即確定該課程所包含的知識(shí)內(nèi)容。但我們無(wú)法僅從STEM理念和價(jià)值出發(fā)確立可傳遞的S.T.E.M.知識(shí)。STEM課程旨在整合創(chuàng)新，但并非所有的S.T.E.M.知識(shí)都可以用于特定條件的整合創(chuàng)新。具體什么S.T.E.M.知識(shí)用于什么情境、什么問(wèn)題的整合創(chuàng)新，取決于STEM主題。也就是說(shuō)，STEM課程選擇S.T.E.M.知識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)不僅僅是它的難度和系統(tǒng)性，更重要的是它能否被用于整合創(chuàng)新中的問(wèn)題解決。STEM主題中的工程作品及其對(duì)學(xué)生的挑戰(zhàn)是選擇S.T.E.M.知識(shí)的第一層約束。STEM主題的確立本身就是一個(gè)創(chuàng)造發(fā)明的過(guò)程，雖然TRIZ理論可以助力解決這個(gè)問(wèn)題（鄧玉紅， 2021），但對(duì)課程開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)它的確是一種前所未有的挑戰(zhàn)。

②精確配置S.T.E.M.知識(shí)

STEM主題只能粗線條地確定STEM課程所需要包含的S.T.E.M.知識(shí)。STEM課程開(kāi)發(fā)還需要回應(yīng)這些問(wèn)題：這些知識(shí)的學(xué)習(xí)需要哪些先決知識(shí)？所有這些知識(shí)需要以何種方式進(jìn)行學(xué)習(xí)？這種學(xué)習(xí)方式又需要額外學(xué)習(xí)哪些先決知識(shí)？所有這些知識(shí)之間具有哪些關(guān)聯(lián)？要準(zhǔn)確完整地回答這些問(wèn)題，我們需要完成知識(shí)建模分析、學(xué)習(xí)活動(dòng)中的交互設(shè)計(jì)、媒體資源制作等工作。只有完成了這些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，我們才能夠完全確定該STEM課程所需要包含的全部知識(shí)點(diǎn)。所以說(shuō)，完成形態(tài)的STEM課程必須提供包括交互設(shè)計(jì)的教學(xué)詳案，供教師在實(shí)施課程時(shí)參考和調(diào)適。

③支架設(shè)計(jì)

STEM課程中的整合創(chuàng)新是學(xué)生們的整合創(chuàng)新，而且多是采用小組協(xié)作方式展開(kāi)的探究過(guò)程。這是一種自主學(xué)習(xí)的過(guò)程。這種自主學(xué)習(xí)過(guò)程要比教師主控的教學(xué)過(guò)程具有更大的不確定性。為了降低這種不確定性，通常的做法是為它提供學(xué)習(xí)支架。這種學(xué)習(xí)支架主要解決小組學(xué)習(xí)遭遇認(rèn)知上的障礙而又無(wú)法及時(shí)得到教師輔導(dǎo)時(shí)啟動(dòng)的自助手段。這種支架設(shè)計(jì)并非泛泛的啟發(fā)或鼓勵(lì)，而是特定問(wèn)題情境下的啟發(fā)、引導(dǎo)和信息補(bǔ)充等。

由以上討論可知，STEM課程開(kāi)發(fā)的這三個(gè)方面的工作是緊密相連的。沒(méi)有最初的STEM主題設(shè)計(jì)和知識(shí)建模，也就無(wú)法確定STEM課程所包含的S.T.E.M.知識(shí)，不知曉這些知識(shí)和STEM主題也就很難有針對(duì)性地為特定自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)支架。反過(guò)來(lái)，學(xué)習(xí)支架、教學(xué)交互等設(shè)計(jì)上的困難也會(huì)影響STEM主題和S.T.E.M.知識(shí)的調(diào)整。其中，除了STEM主題具有一定的創(chuàng)造發(fā)明特征外，另兩項(xiàng)工作還需要滿足STEM課程產(chǎn)品“目標(biāo)—手段一致性”“學(xué)生參與度”“媒體多元性”“教師自由度”“S.T.E.M.整合度”5個(gè)質(zhì)量指標(biāo)（楊開(kāi)城， 等， 2020）的要求。為了評(píng)估上述指標(biāo)，STEM課程必須提供教學(xué)詳案，否則這些指標(biāo)無(wú)法計(jì)算。此外，對(duì)于新啟動(dòng)的教育實(shí)踐領(lǐng)域，我們只能選擇在崗教師實(shí)施STEM課程，這就需要STEM課程必須具有低成本上手的特征：STEM教師經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)就可以理解該課程，并且能夠初步把握該課程，以避免過(guò)度的抵觸情緒或者敷衍的做法。提供教學(xué)詳案的STEM課程便具有這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它能幫助教師理解課程、降低備課成本，從而有助于將STEM教育價(jià)值轉(zhuǎn)化為具體行動(dòng)。這倒不是說(shuō)STEM教師必須機(jī)械執(zhí)行STEM課程中的交互過(guò)程，教師有權(quán)去修訂這個(gè)交互過(guò)程及其所需的媒體資源，這體現(xiàn)在“教師自由度”這個(gè)指標(biāo)上?？傊?，STEM課程只能是自主開(kāi)發(fā)的包含教學(xué)詳案的產(chǎn)品。

（2）STEM課程必須是結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化的

STEM教育不是STEM課程的機(jī)械實(shí)施，它需要STEM教師根據(jù)實(shí)情做微觀調(diào)適。這就需要STEM教師完全理解STEM課程。雖然說(shuō)STEM課程中的教學(xué)詳案能幫助教師從微觀處理解和把握課程，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。STEM教師要獲得更加宏觀的課程理解和把握，就需要課程結(jié)構(gòu)的幫助。課程結(jié)構(gòu)能夠說(shuō)明具體的課程目標(biāo)（能力和價(jià)值觀）是如何經(jīng)過(guò)課、學(xué)習(xí)活動(dòng)、活動(dòng)任務(wù)、師生交互、學(xué)習(xí)支架、媒體資源等逐層轉(zhuǎn)化和落實(shí)的，能夠?yàn)镾TEM教師提供微觀調(diào)適的方向感和分寸感。對(duì)于STEM教育來(lái)說(shuō)，清晰的STEM課程結(jié)構(gòu)還能夠提高STEM課程在不同學(xué)科背景教師那里的接受度，讓單科學(xué)科出身的教師容易理解包含其他陌生學(xué)科信息的STEM課程的總體意圖和設(shè)計(jì)思路。

結(jié)構(gòu)化的STEM課程必然需要標(biāo)準(zhǔn)化。這種標(biāo)準(zhǔn)化不但是指課程開(kāi)發(fā)過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化，也是指課程產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)化課程需要的是課程開(kāi)發(fā)的技術(shù)化，而技術(shù)化必然需要標(biāo)準(zhǔn)化。課程開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化是提高確定性、降低實(shí)踐成本的必由之路。課程開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定了課程開(kāi)發(fā)過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的操作規(guī)范和各環(huán)節(jié)之間的接口信息，課程產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)避了教師在課程實(shí)施過(guò)程中的混亂和隨意。比如，知識(shí)分析必須采用知識(shí)建模圖而不能采用知識(shí)語(yǔ)義圖，因?yàn)楹笳卟痪哂袛?shù)據(jù)層次上的一致性（楊開(kāi)城， 等， 2019）;STEM課程提供標(biāo)準(zhǔn)化的材料工具箱配置，可以避免教師或?qū)W生自備樹(shù)葉、果皮、紙筒、廢紙盒等生活廢品垃圾作為實(shí)驗(yàn)材料的混亂和實(shí)施障礙。

結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化的STEM課程，其起始形態(tài)只能是數(shù)字化的，其終極形態(tài)也最好是數(shù)字化的。與以往其他課程（特別是分科課程）不同，STEM課程的維護(hù)周期更短。由于知識(shí)具有很強(qiáng)的客觀性和系統(tǒng)性，因此以傳遞知識(shí)為主要功能的分科課程一旦生成便具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，修改需求比較小。但STEM課程的核心是STEM主題，而STEM主題生命周期短，高度曝光的STEM主題很容易被淘汰。人們會(huì)很快升級(jí)STEM主題，或者設(shè)計(jì)出更優(yōu)秀、更高明的STEM主題。STEM主題的修改牽一發(fā)而動(dòng)全身，會(huì)帶來(lái)STEM課程的全方位調(diào)整。即使STEM主題不變，STEM課程也需要根據(jù)實(shí)施的反饋進(jìn)行局部甚至全局的調(diào)整。這就要求STEM課程必須處于易維護(hù)升級(jí)的狀態(tài)，即STEM課程在起始階段應(yīng)是數(shù)字化課程。數(shù)字化STEM課程不會(huì)受印刷教材出版周期的限制，隨時(shí)可以修改升級(jí)，新版課程也會(huì)迅速進(jìn)入課程實(shí)施。當(dāng)然，數(shù)字化STEM課程在成熟之后可以出版成印刷教材，讓無(wú)法實(shí)施數(shù)字化課程的地方受益。

2. STEM教育需要全新的教學(xué)評(píng)價(jià)方式

任何教育都需要將課程通過(guò)教學(xué)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的成長(zhǎng)，因此教學(xué)質(zhì)量是教育實(shí)踐關(guān)注的焦點(diǎn)之一。那么如何評(píng)估教學(xué)質(zhì)量呢？現(xiàn)實(shí)中習(xí)慣的做法是，從學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)出發(fā)，通過(guò)紙筆考試等方式給學(xué)生打分，如果分?jǐn)?shù)令人不滿意，則認(rèn)為教學(xué)存在質(zhì)量問(wèn)題，如果教學(xué)質(zhì)量問(wèn)題被歸因?yàn)榻處煹乃仞B(yǎng)問(wèn)題，則會(huì)通過(guò)師資培訓(xùn)、教學(xué)改革的方式來(lái)解決。這種做法具有一定的合理性，而且具有管理成本相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)，但它完全不適合STEM教育。

STEM教育聚焦的是協(xié)作創(chuàng)新能力、真實(shí)問(wèn)題解決能力，屬于高階能力，是那種極為珍貴、需要重點(diǎn)培養(yǎng)卻無(wú)法隨時(shí)測(cè)量的東西。能通過(guò)紙筆考試等方式進(jìn)行測(cè)試且具有高重測(cè)信度的絕大部分是知識(shí)和技能，而非高階能力。因?yàn)槟芰Ρ憩F(xiàn)為頭腦中特定經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的臨場(chǎng)組合效應(yīng)（楊開(kāi)城， 2018， p.108），知識(shí)和技能可以存儲(chǔ)于頭腦中，但是能力無(wú)法被存儲(chǔ)。能力高低取決于頭腦中的信息網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，且能力的表現(xiàn)會(huì)受到任務(wù)情境的嚴(yán)重影響。常識(shí)告訴我們，對(duì)于大多數(shù)普通人來(lái)說(shuō)，隨時(shí)都可以被喚醒、被操控的“能力”絕不是了不起的高階能力。高階能力是生命中的火花。如果條件具備，它一定會(huì)點(diǎn)亮世界，但何時(shí)點(diǎn)亮是無(wú)法預(yù)測(cè)的。高階能力屬于涌現(xiàn)現(xiàn)象，難以穩(wěn)定重現(xiàn)。穩(wěn)定重現(xiàn)的“能力表現(xiàn)”是以能力命名的“套路化”技能。與技能再現(xiàn)相比，能力表現(xiàn)會(huì)包含更多因?yàn)橐馔舛l(fā)的反思，甚至自我懷疑。但高階能力的這種性質(zhì)并不會(huì)妨礙教育的展開(kāi)，因?yàn)楦唠A能力一旦表現(xiàn)出來(lái)便具有自我激勵(lì)的性質(zhì)，它與人的心理高峰體驗(yàn)有關(guān)，屬于人的高級(jí)需要。教育只需要提供表現(xiàn)機(jī)會(huì)即可。對(duì)高階能力的客觀測(cè)評(píng)在很大程度上對(duì)于教育來(lái)說(shuō)是多余的。我們能感受到它們的變化，卻無(wú)法將它們客觀化為分?jǐn)?shù)進(jìn)行排名比較。將高階能力轉(zhuǎn)化為分?jǐn)?shù)，是管理者的監(jiān)管癖好，與教育無(wú)關(guān)。

可是，教育的確需要管理。既然無(wú)法測(cè)評(píng)學(xué)生的STEM能力，那又如何達(dá)到管理性目的呢？也就是說(shuō)，沒(méi)有了學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)做參照，我們?nèi)绾卧u(píng)價(jià)教學(xué)、評(píng)價(jià)教師的工作呢？有一點(diǎn)需要明確，教學(xué)不是一個(gè)完全確定的過(guò)程。教學(xué)目標(biāo)與學(xué)習(xí)結(jié)果常常不一致。而且，學(xué)生的成長(zhǎng)最終是自我建構(gòu)的結(jié)果，最優(yōu)的外部條件也只能提供成長(zhǎng)所需要的資源、機(jī)會(huì)、支持和引導(dǎo)。所以教育管理對(duì)于教學(xué)而言，的確不需要從學(xué)生成長(zhǎng)出發(fā)。教育管理的功能實(shí)質(zhì)上是確保課程得到恰當(dāng)?shù)膶?shí)施。如何理解“恰當(dāng)?shù)膶?shí)施”呢？這里需要一個(gè)概念，即教學(xué)方案與行動(dòng)的一致性（鄭蘭琴， 等， 2014）。假定教師在理解課程之后和進(jìn)行教學(xué)行動(dòng)之前會(huì)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，得到一份教學(xué)方案，然后再按照教學(xué)方案進(jìn)行教學(xué)。如果假定課程本身沒(méi)有問(wèn)題（這是學(xué)校教育管理工作的重要前提之一），教師的設(shè)計(jì)素養(yǎng)也是令人滿意的，那么我們也就相信那份教學(xué)方案的質(zhì)量，接下來(lái)如果教學(xué)行動(dòng)與那份教學(xué)方案是相符的，也就是說(shuō)具有令人滿意的一致性，那么這個(gè)教學(xué)便是令人滿意的。如果課程實(shí)施中的教學(xué)都是令人滿意的，那么課程便得到了“恰當(dāng)?shù)膶?shí)施”。如果上述過(guò)程任何一處出現(xiàn)問(wèn)題，教育管理者就應(yīng)該采取行動(dòng)進(jìn)行干預(yù)。假設(shè)發(fā)現(xiàn)教學(xué)方案與教學(xué)行動(dòng)之間存在嚴(yán)重不一致，如果這種不一致被歸因?yàn)榻處熜袆?dòng)力問(wèn)題，那么就著手提升教師的行動(dòng)力;如果這種不一致被歸因?yàn)榻虒W(xué)方案的質(zhì)量問(wèn)題，那么就著手提升教師的設(shè)計(jì)力以改進(jìn)教學(xué)方案。這樣循環(huán)往復(fù)（本文不討論常規(guī)管理意義上的激勵(lì)問(wèn)題），直至課程得到“恰當(dāng)?shù)膶?shí)施”。只要我們精心設(shè)計(jì)教學(xué)方案的質(zhì)量指標(biāo)、教學(xué)方案-行動(dòng)一致性指標(biāo)體系，上述“用教學(xué)過(guò)程說(shuō)明自身”（楊開(kāi)城， 等， 2021）的管理思路便具有明顯的合理性和可行性。即便遇到當(dāng)事人對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)表現(xiàn)不滿意的情況時(shí)，按照這種思路，我們也需要根據(jù)學(xué)生的學(xué)業(yè)表現(xiàn)，從改進(jìn)課程以及教學(xué)方案的設(shè)計(jì)入手進(jìn)行處理。這里唯一的問(wèn)題是，這種管理思路需要專業(yè)技術(shù)、專業(yè)工具和專業(yè)團(tuán)隊(duì)的支持。以往教育管理之所以無(wú)法執(zhí)行上述過(guò)程，是因?yàn)樯鲜鲞^(guò)程需要數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的專業(yè)分析，而在以往教育實(shí)踐中，在課程開(kāi)發(fā)階段并沒(méi)有為這種教育管理工作儲(chǔ)備好數(shù)據(jù)、平臺(tái)和算法，如果非要如此操作，從成本—收益角度看是得不償失的。但是在當(dāng)下展開(kāi)的STEM教育，完全可以在數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化的課程開(kāi)發(fā)階段就為后續(xù)課程實(shí)施中的教育管理做好數(shù)據(jù)、平臺(tái)和算法的儲(chǔ)備。

3. STEM教育需要全新的人力資源配置

很明顯，STEM課程的開(kāi)發(fā)、實(shí)施、維護(hù)升級(jí)不僅需要特定的技術(shù)工具支撐，更需要專門(mén)針對(duì)課程的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以及生存期管理的技術(shù)支撐。沒(méi)有這些專業(yè)技術(shù)，STEM教育難以走向成熟。這種態(tài)勢(shì)是目前其他教育領(lǐng)域難以看到的。

STEM教育中的專業(yè)技術(shù)需要專業(yè)人員來(lái)駕馭，而且需要不同分工的專業(yè)人員高密度交互和深度耦合。STEM教育需要專業(yè)的課程開(kāi)發(fā)人員，運(yùn)用課程開(kāi)發(fā)技術(shù)、教學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)STEM課程，并根據(jù)STEM專業(yè)教師和管理者的反饋來(lái)升級(jí)改造STEM課程;STEM教育需要專業(yè)的STEM教師，運(yùn)用教學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)STEM課程中的教學(xué)詳案進(jìn)行微觀調(diào)適，將其轉(zhuǎn)化為個(gè)性化的教學(xué)行動(dòng)，同時(shí)生成專業(yè)教師必備的基本專業(yè)能力——基于設(shè)計(jì)的行動(dòng)力（楊開(kāi)城， 等， 2020）;STEM教育需要專業(yè)的課程分析人員，運(yùn)用教育系統(tǒng)分析技術(shù)提供基于一致性的教育系統(tǒng)分析，為管理者、教師和開(kāi)發(fā)者提供各自需要的專業(yè)信息;STEM教育需要專業(yè)的教育管理者，基于教育工程學(xué)知識(shí)，理解真實(shí)發(fā)生的課程實(shí)施過(guò)程，調(diào)配課程實(shí)施的各類(lèi)資源，激勵(lì)STEM教師的專業(yè)成長(zhǎng)。也就是說(shuō)，STEM教育需要全新的專業(yè)人力資源配置。

這里需要破除一個(gè)誤解——教育已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化，PACK就是教育實(shí)踐的專業(yè)知識(shí)。真相是， PACK在性質(zhì)上不屬于知識(shí)論意義上（真?zhèn)我饬x上）的知識(shí)，更遑論專業(yè)知識(shí)了（楊開(kāi)城， 等， 2021）。因此以PACK為基礎(chǔ)的教育專業(yè)化是一條歧路。教育實(shí)踐的核心過(guò)程，即消耗成本最高的過(guò)程，不是課堂教學(xué)過(guò)程，而是課堂教學(xué)之前的課程開(kāi)發(fā)、教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程，以及課堂教學(xué)之后的教育系統(tǒng)分析過(guò)程（楊開(kāi)城， 等， 2019）。一個(gè)行業(yè)的核心過(guò)程技術(shù)化才能實(shí)現(xiàn)該行業(yè)的專業(yè)化。因此，教育專業(yè)化的知識(shí)基礎(chǔ)并不是面向課堂教學(xué)的PACK，而是上述面向課程開(kāi)發(fā)、教學(xué)設(shè)計(jì)、教育系統(tǒng)分析的技術(shù)知識(shí)。這些專業(yè)技術(shù)的用武之地歷史性地選擇了STEM教育。這也意味著STEM教育將是首個(gè)實(shí)現(xiàn)專業(yè)化的教育領(lǐng)域。當(dāng)然，STEM教育專業(yè)化必然真正開(kāi)啟教育專業(yè)化之路。

4. STEM教育需要全新的產(chǎn)業(yè)鏈支持

STEM教育所需要的人力資源絕非學(xué)校和教研組織所能滿足的。也就是說(shuō)，僅僅依賴教師、校長(zhǎng)、教研員是無(wú)法讓STEM教育走向成熟的。按照現(xiàn)有的人力資源配置，STEM課程的自主開(kāi)發(fā)工作一定會(huì)交給一線教師，由教師去開(kāi)發(fā)校本STEM課程，或者將課程開(kāi)發(fā)工作交給教研員。無(wú)論哪種情況，這類(lèi)STEM課程開(kāi)發(fā)必然面臨諸多難以克服的障礙。首先，課程開(kāi)發(fā)者的知識(shí)背景不完整，常常是分科背景，缺乏跨學(xué)科思維的經(jīng)驗(yàn)，一種學(xué)科背景的教師或教研員很難具備另一個(gè)學(xué)科的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)（常常無(wú)法理解那個(gè)學(xué)科學(xué)生的學(xué)習(xí)困惑），并且也沒(méi)有足夠的機(jī)會(huì)和時(shí)間生成所需要的經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有哪位老師或教研員是全面能手;其次，他們普遍不具備專業(yè)的課程開(kāi)發(fā)能力，幾乎只能經(jīng)驗(yàn)主義地工作，甚至不清楚什么樣的課程是合格的STEM課程;最后，從STEM主題設(shè)計(jì)，到做各種實(shí)驗(yàn)、制作工程作品，再到鑒別其中所蘊(yùn)含的S.T.E.M.知識(shí)并將其整合到教學(xué)過(guò)程中，這是一個(gè)相當(dāng)耗時(shí)間、耗精力的高成本過(guò)程，他們一般難以承擔(dān)。這些障礙注定會(huì)使這種STEM課程開(kāi)發(fā)路徑既不可持續(xù)，也難以確保課程質(zhì)量，極易生成偽STEM課程。

現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)表明，STEM教育需要新的勞動(dòng)分工方案，即需要建立全新的教育產(chǎn)業(yè)鏈。由專門(mén)的公司組建的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)STEM課程、為相應(yīng)的課程提供師資培訓(xùn)服務(wù)、對(duì)課程實(shí)施數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)分析，由學(xué)校組織單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)STEM課程、享受師資培訓(xùn)服務(wù)、為相應(yīng)的公司提供產(chǎn)品缺陷反饋，由專門(mén)的企業(yè)根據(jù)STEM課程需求生產(chǎn)安全、適用的課程材料，由專門(mén)的企業(yè)回收處理舊的或廢棄的STEM課程材料。這種新的產(chǎn)業(yè)鏈格局，由于市場(chǎng)主體的存在將會(huì)生成STEM教育發(fā)展的持久動(dòng)力，使得整個(gè)教育實(shí)踐活動(dòng)充滿活力。這種充滿活力的教育實(shí)踐，在課程開(kāi)發(fā)的環(huán)節(jié)中，需要采用教育眾籌（楊開(kāi)城， 等， 2017）的方式將一線教師能手的設(shè)計(jì)智慧納入STEM課程中。

三、STEM教育需要新教育學(xué)

STEM教育的零起點(diǎn)、專業(yè)化等特征徹底暴露出舊教育學(xué)（Pedagogy）的理論失能?！袄砟?知識(shí)傳遞型教材+教學(xué)方法模式+教育智慧”的套路遠(yuǎn)不能解決STEM教育遭遇的困境。特別是，STEM教育的核心環(huán)節(jié)是自主探索學(xué)習(xí)，面對(duì)這種學(xué)習(xí)方式，舊教育學(xué)最具操作性的核心武器教學(xué)模式完全派不上用場(chǎng)。

由于缺乏課程開(kāi)發(fā)技術(shù)、教學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)的支撐，舊教育學(xué)支配下的STEM課程設(shè)計(jì)粗糙含混、進(jìn)化緩慢。這類(lèi)粗糙的STEM課程交由早期起點(diǎn)偏低、能力參差不齊的STEM教師來(lái)實(shí)施，讓他們承擔(dān)由抽象的STEM教育價(jià)值到具體的行動(dòng)細(xì)節(jié)之間的實(shí)踐成本，成了STEM教師不可承受之重，直接導(dǎo)致STEM教育高開(kāi)低走。很多STEM教師要么將其簡(jiǎn)化為手工課，要么付出巨大設(shè)計(jì)成本也只能使本班、本校等局部少數(shù)人受益。這直接導(dǎo)致大量一線教育工作者的遲疑觀望和不知所措，給STEM教育帶來(lái)巨大的不確定。

好在STEM教育并不需要舊教育學(xué)，它需要的是新教育學(xué)（Educology）。新教育學(xué)這個(gè)詞語(yǔ)是相對(duì)于舊教育學(xué)來(lái)說(shuō)的。其實(shí)舊教育學(xué)不是學(xué)科理論（楊開(kāi)城， 2014a），在學(xué)科意義上新教育學(xué)就是教育學(xué)，新教育學(xué)以教育系統(tǒng)為研究對(duì)象（見(jiàn)圖1）。直觀地說(shuō)，教育系統(tǒng)即課程體系，它由門(mén)類(lèi)課程組成，門(mén)類(lèi)課程由教學(xué)系統(tǒng)組成，教學(xué)系統(tǒng)將轉(zhuǎn)化為教學(xué)活動(dòng)。新教育學(xué)研究的是如何構(gòu)建教育系統(tǒng)以及這個(gè)教育系統(tǒng)的基本特征和機(jī)制性規(guī)律——系統(tǒng)中的信息流動(dòng)是如何達(dá)成和偏離目標(biāo)的。新教育學(xué)由教育技術(shù)學(xué)和教育科學(xué)構(gòu)成，前者包含教學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)、課程開(kāi)發(fā)技術(shù)和教育工程技術(shù)，后者包含教育現(xiàn)象學(xué)和教育價(jià)值學(xué)。其中，課程開(kāi)發(fā)技術(shù)、教學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)為課程開(kāi)發(fā)、教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐提供理論支持，IIS圖分析法、教學(xué)過(guò)程機(jī)制圖分析技術(shù)等教育工程技術(shù)，以及教育科學(xué)所揭示出的教育系統(tǒng)整體特征指標(biāo)、機(jī)制性規(guī)律，為教育系統(tǒng)的分析、教育評(píng)價(jià)、系統(tǒng)缺陷分析反饋和教師專業(yè)發(fā)展的反思性實(shí)踐提供理論支持。與舊教育學(xué)不同，新教育學(xué)不宣布一般的教育目的是什么，而是關(guān)注如何制定清晰合理的教育目標(biāo);新教育學(xué)不關(guān)注教學(xué)方法模式，而關(guān)注如何設(shè)計(jì)課程和教學(xué)系統(tǒng)以達(dá)到確立的具體目標(biāo);新教育學(xué)不關(guān)注教學(xué)實(shí)踐中各種誤導(dǎo)性的有效性，而關(guān)注教育實(shí)踐中的各種一致性;新教育學(xué)不關(guān)注實(shí)踐的成功，而關(guān)注課程和教學(xué)的缺陷和改進(jìn)（楊開(kāi)城， 2014b）。新教育學(xué)不但為我們提供了一種完整的教育實(shí)踐的理論視圖（楊開(kāi)城， 2016），構(gòu)成了對(duì)STEM教育實(shí)踐的完整支持，而且更為重要的是，它提供了專業(yè)性的交流話語(yǔ)體系，這種話語(yǔ)體系在STEM教育中顯得尤其重要。分科課程的教師之間共享相同的學(xué)科背景，交流起來(lái)并不存在特殊困難。但在STEM教育起步階段，STEM教師之間卻缺乏共同的學(xué)科背景和STEM教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在這種情況下新教育學(xué)提供的交流話語(yǔ)體系就顯得尤為重要。這種話語(yǔ)體系能夠跨越學(xué)科教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在知識(shí)點(diǎn)類(lèi)型、任務(wù)類(lèi)型、活動(dòng)類(lèi)型的層次上詳細(xì)解釋STEM課程的設(shè)計(jì)意圖和細(xì)節(jié)，使得不同學(xué)科背景的教師能夠針對(duì)其他學(xué)科知識(shí)背景的主題設(shè)計(jì)、教學(xué)詳案設(shè)計(jì)進(jìn)行交流。

新教育學(xué)在STEM教育領(lǐng)域引入的并非什么新原則、新理念，而是全新的教育實(shí)踐方式，是一種現(xiàn)代教育的實(shí)踐方式。在新教育學(xué)引領(lǐng)下，STEM教育領(lǐng)域試圖將教育核心過(guò)程技術(shù)化，而任何行業(yè)的核心過(guò)程技術(shù)化也就是該行業(yè)的現(xiàn)代化（楊開(kāi)城， 等， 2019）。相比較而言，即使采用了現(xiàn)代媒體裝備，在舊教育學(xué)引領(lǐng)下教育實(shí)踐也是經(jīng)驗(yàn)主義的前現(xiàn)代方式。教育實(shí)踐的核心過(guò)程并不是課堂教學(xué)過(guò)程，而是教學(xué)之前的教育系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及教學(xué)之后的教育系統(tǒng)分析過(guò)程。這個(gè)過(guò)程所消耗的成本更高，它的技術(shù)化才是實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的關(guān)鍵。從這個(gè)角度看，STEM教育并不僅僅是新出現(xiàn)的教育實(shí)踐領(lǐng)域，在新教育學(xué)的引領(lǐng)下它還將是一次教育現(xiàn)代升級(jí)的機(jī)會(huì)。目前的機(jī)會(huì)是，STEM教育有可能成為首個(gè)實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的領(lǐng)域。可以這樣說(shuō)，不成為現(xiàn)代教育，STEM教育永遠(yuǎn)也無(wú)法成熟。隨著STEM教育的現(xiàn)代化，這種事態(tài)最終會(huì)擴(kuò)散到整個(gè)教育領(lǐng)域，進(jìn)而全面實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化。

四、小結(jié)

STEM教育是否會(huì)曇花一現(xiàn)？從不實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化就無(wú)法成熟的格局來(lái)看，不會(huì)！STEM教育不是一次過(guò)幾年就冷下來(lái)的教改運(yùn)動(dòng)。它開(kāi)啟的是教育現(xiàn)代化和教育專業(yè)化之路。世上本無(wú)路，走的人多了，便成了路。我們希望越來(lái)越多的人踏上STEM教育之路。有趣的是，與以往任何一次教育改革不同，STEM教育雖然完全與紙筆應(yīng)試脫鉤，但它與受高利害考試制約的應(yīng)試訓(xùn)練（目前仍是剛需）不完全構(gòu)成尖銳的對(duì)立和競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。STEM教育極有利于概念的深入理解、感性理解，有利于消除因誤解而答錯(cuò)題的現(xiàn)象。因此它有可能成為所謂應(yīng)試教育的“解毒劑”。

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收稿日期：2021-12-07

定稿日期：2021-12-17

作者簡(jiǎn)介：楊開(kāi)城，博士，教授，博士生導(dǎo)師，北京師范大學(xué)教育學(xué)部（100875）。

公平，碩士，培識(shí)（北京）技術(shù)有限公司（100081）。

責(zé)任編輯 劉 莉