STEM教育的關鍵：跨學科、靈活課時與深度學習①

摘要STEM教育是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式。它打破了傳統的分科教學體系，鼓勵學生運用多學科知識解決實際問題。STEM教育不應成為一門新學科。STEM教育需要適應不同教學場景的靈活課時，包括大小課、長短課、階段性課時等。STEM教育要打破“坐著不動的課堂”，把知識學習與社會實踐、社區服務、參觀考察、研學旅行等結合起來，讓學生在真實情境中開展深度學習。

關鍵詞STEM教育；項目學習；跨學科；靈活課時；深度學習

中圖分類號G63

文獻標識碼B

文章編號1002-2384（2018）10-0031-03

近年來，STEM教育快速興起，越來越多的學校開始引入STEM教育。但是，STEM教育既沒有固定的課時，也不是一門獨立的學科，一不小心就會流于形式。于是有學校提出，只有把它變成一門獨立的學科、安排固定的課時，才能突破瓶頸。那么，這種做法是否符合STEM教育的本質？能不能產生積極的效果呢？下面是筆者的一些基本觀點。

一、STEM教育不應成為一門新學科

STEM教育涉及科學、技術、數學、工程、藝術等多個領域，盡管與數學、科學、信息技術、通用技術等科目有密切的聯系，但它并不屬于任何一門單獨的學科。STEM教育帶有明顯的跨學科特征，倡導學生在多學科交叉中開展項目式學習；它關注的不是某一個學科內部的知識，而是不同學科之間的聯系及其相互影響。比如：數學建模簡化了人們對自然體系的認識和控制，促進了技術的運用，這是數學與技術的聯系。如果技術帶來了發明和創造，那么它背后一定有相應的科學原理和依據，此即技術與科學的聯系。科學本身不能生產產品，孤立的技術、單獨的數學更不能，只有把科學、技術和數學結合在一起，我們才能生產出計算機和其他高科技產品。科學、技術、數學彼此間相互滲透，相互干預，而工程又深嵌于技術之中。[1]所以，學科之間的必然聯系是產生STEM教育的前提，也是保障STEM教育健康持續發展的基石。設置獨立的學科，短期內可能有助于STEM教育在中小學站穩腳跟，但長期看會摧毀STEM教育的未來，使它陷入分科的泥潭中，從而喪失對學校教育整體轉型和創新人才培養的影響力。

STEM教育的核心，就是在分科教學體系中建立一座溝通的橋梁，發現學科之間的內在聯系，鼓勵學生運用多學科知識解決問題，為他們提供整體認識世界的機會。建設這種跨學科課程有兩種方式。

其一，立足學科進行主題式整合。以學科知識為基點，尋找不同學科知識之間的連接點，將相關知識改造成以問題為核心的課程組織，通過序列化的問題，串接起各學科知識，使課程要素形成有機聯系和有機結構。[2]實際上，沒有學科，就沒有跨學科。每門學科都蘊含著豐富的STEM資源，不是只有信息技術課、科學課或綜合實踐課的教師才能開展STEM教育。比如：一位數學教師將六輛自行車推到教室，引導學生開展“未來自行車”設計，學生在問題解決過程中學習數學知識，其中滲透科學探究、工程設計和技術運用。學生設計出很多有創意的“未來自行車”，包括隱形鏈條自行車、微車架自行車、水陸兩棲自行車等。廣東省深圳南山實驗學校讓學生在美術課上開展跨學科學習，以“手繪大深圳”“大樹的心聲”等22個單元主題為主線進行教學，把藝術、科學、技術等學科整合在一起，學生完成了陶藝、手工制作、電子繪本、計劃任務書等多種形式的作品。

其二，面向真實生活的廣域課程整合，打通書本學習與社會實踐之間的界限，把學校從灌輸知識的講經堂，變成親身實踐的實驗室。學校課程相互聯系的中心不是語文、數學、物理、化學，而是學生自身的社會活動。[3]廣域課程整合要從真實的問題入手，包括科技創新、生態失衡、環境污染、資源短缺等，對這些問題進行多學科的全方位解讀，將不同學科、不同領域的觀點，甚至是不同文化、不同主體的觀點都整合起來考慮，尋找解決問題的多種途徑。比如：杜威于1896年創辦的芝加哥大學附屬初等學校，其課程設置中有一門園藝課，目的不是培養未來的園林工人，也不是為學生提供一個在學習之外的消遣活動，而是讓學生了解園藝在社會生產中所占的位置，并通過模擬真實的園藝工作流程，讓學生在實踐體驗中探索植物生長的奧秘，研究土壤、光線、空氣和水分的作用，以及有害的和有益的動物生活等。

二、STEM教育需要更加靈活的課時安排

課時是教學活動的時間單位，主要依據學生注意力的集中時長和教學活動的難易程度制定。在我國，小學課時一般是40分鐘，中學一般是45分鐘。開學前，學校就會排定課表。這種標準、規范的課時安排，極大地提高了教學的標準化水平。但一旦課時安排固定化，就會給教學帶來影響：課時變成了一把剪刀，學生的個性差異、課程內容的難度差異、教師的教學風格差異都被剪掉了很大一部分。

近年來，探索新的課時安排方式，已成為各地深化課程改革的重要舉措。 2015年3月，《浙江省教育廳關于深化義務教育課程改革的指導意見》提出，增加課時安排的靈活性，學校應努力增加拓展性課程課時，積極探索長短課、大小課、跨年級、多學期等課時安排方式。2015年7月，《北京市實施教育部<義務教育課程設置實驗方案>的課程計劃（修訂）》提出，進一步下放課程自主權到學校，鼓勵學校根據學科、課型等，積極開展長短課、大小課相結合的課程實驗。在學校層面，也涌現出一批典型案例。比如：清華大學附屬小學在“1+X課程”實施中，把原來每節課40分鐘，調整為90、60、50、35、10分鐘等彈性課時，在國家課時總量不變的情況下，根據學科與教學內容的不同，長短課時交錯，突出“母語學習”“體育健康”和“創新與實踐”，時間安排趨于合理，學生學習也更加多元開放。[4]上海市江寧學校針對學生學習特點的群體差異以及學習內容的差異，重新劃分單位課堂教學時間，施行長短課時結合。英語學科由每周“3+1”的課時安排，改為“4短+1長”的課時安排，即每周4天小課時（每天15～20分鐘），1天大課時，周課時量不變；語文學科由每周9課時的安排，改為“4短+7長”的課時安排；將每周兩節35分鐘的自然課連排，延長單次課的課時長度，形成70～85 分鐘的“長課時”，從而給學生充分的實驗探究時間。[5]事實證明，這樣的課時安排更加符合學校課程改革的需要，對于教學方式創新有很好的促進作用。

STEM教育的興起，對傳統教育的運行規則提出了很大的挑戰，尤其對課時安排提出了新的要求。它需要的不是全校統一編排、提前預設、固定僵化的標準課時，而是適應不同教學場景的靈活課時。STEM教育通常會根據生活中的真實問題設置主題，把相關知識從各門學科中抽離出來，用一種全面的視角來重新審視課程與教學。原有的學科林立變成了跨學科的課程整合，原有的講授式教學變成了項目式學習，原有的固定課時變成了大小課、長短課，甚至是沒有明確時間劃分的現場考察、互動游戲、創意制作、科技發明、藝術設計等。這種課時安排必須富有彈性，不僅可以嵌入某門學科的內部，直接在常規課堂時間內開展；也可以是跨越學科界限的課程整合，采用大小課、長短課的方式來開展；甚至可以是突破學校圍墻的“泛在課時”，利用科技館、博物館、科研院所、高新科技企業等社會資源，開展基于真實情境的實踐性學習，從而實現課上課下、校內校外的無縫銜接。于是，全社會都成為學校開展STEM教育的大平臺，真正可以做到停課不停學。

三、STEM教育要指向學生的深度學習

很多學校把“坐著不動的課堂”視為學生在校學習的唯一方式。他們認為，讓學生走出教室進行自主探究或實踐體驗，根本稱不上學習，充其量也只是學習的補充。這種觀點是片面的，甚至是危險的。

我曾聽過一節語文公開課《山雨》。當教師帶著學生分析寫作手法時，我隨意掃了一眼窗外，發現教室外面就是一座山，那天又恰好下著小雨，窗外的景象與課文描述的幾乎一模一樣。或許，作者正是看到這般美景，才寫下這篇文章。遺憾的是，教師對此視而不見，只專注于文本的解讀。脫離真實情境的學習，容易形成孤立的、過于簡單的理解。正如盧梭所說：“你以為你在教他世界是什么樣子的，他不過只是在學習地圖。”用靜聽代替實踐，用背誦代替思考，用記憶代替對問題本質的探索，不可能讓學生獲得真正的成長。

STEM教育的目標不是培養一知半解的“知道分子”，而是培養有獨到見解、能觸類旁通的“智識分子”，尤其是善于解決實際問題的“高手”。這就要求學校打破“坐著不動的課堂”，讓學習突破教室的圍墻，讓學生在現實世界中開展深度學習。

所謂深度學習，就是在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。[6]它強調學習的真實性、實踐性和綜合性，倡導把知識學習與社會實踐、社區服務、參觀考察、研學旅行等結合起來，讓學習在真實情境中自然發生。比如：四川省成都市實驗小學把課堂搬到了湖中的小島上，學習內容包括科學、數學、藝術、語文等主題，授課教師既有校內的學科教師，也有校外的建筑師、設計師等，雙方合作開展教學。建筑師以小島周邊的建筑為例，講解如何提取建筑材料和運用材料，引導學生完成橋梁設計任務；科學教師帶著學生尋找湖水中的生物，探討水凈化原理，學習凈化中的分層、吸附作用，了解在自然中用何物替代活性炭，創造良好的水生態體系；學生在大自然中寫生，以戲劇形式創編故事，組織小島故事會，還學著用植物等作畫，包括木頭畫、石頭畫，制作明信片等，作品在最后一天的慈善藝術展中拍賣。

STEM教育中的深度學習不會自然發生，它需要滿足以下條件：（1）面向真實、富有挑戰的學習任務。傳統教學中，問題大多是從書本里抽取出來的，是閉環中的一環，這種“假問題”很難激發學生的熱情，傳統教學的失敗正是從這種不真實的問題情境開始的。深度學習倡導營造真實的問題情境，讓學生在現實挑戰中發現知識、學習知識、運用知識，進而建立新舊知識之間的聯系。[7]在STEM教育中，教師要善于把抽象的知識轉化為環環相扣的探究性任務，讓學生在認知沖突中突破原有的思維局限。（2）全景式的內容設計。深度學習要從知識點轉向知識單元，把握知識點的內在聯系，系統分析教材內容，通過跨概念、跨學科、跨領域的方式，把散落于不同專題或不同學科的碎片化知識整合起來，面向某一主題重新制定課程內容，形成一種更加全面的、相互銜接、融會貫通的解決方案。（3）民主而親密的師生關系。只有深度的情感參與，才有深度的認知參與。教師要營造安全的心理氛圍，允許學生充分表達個人見解，不輕易下結論、貼標簽，引導學生全身心地投入到學習活動中。（4）及時反饋。根據教學目標，制定具體、明確、可測量的評價標準，為學生提供及時有效的教學反饋，幫助他們清楚地了解自己在學習中存在的問題，進而調整學習策略。教師也要根據學生的反饋信息，敢于打破預設教案，適時調整教學計劃、改進教學方法。（5）豐富的資源支持及信息化手段。

總之，STEM教育不是對傳統教育的縫縫補補，而是一種全新的教育理念、課程組織方式和學習方式。只有超越固定課時，突破傳統的分科教學，全面激活深度學習，才能讓STEM教育在學校生根發芽、成為常態。

參考文獻：

[1] 李雁冰.“科學、技術、工程與數學”教育運動的本質反思與實踐問題—對話加拿大英屬哥倫比亞大學Nashon教授[J]. 全球教育展望，2014，（11）.

[2] 曹培杰.反思與重建：創客教育的實踐路徑[J].教育研究，2017，（10）.

[3] 余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式[J].開放教育研究，2015，（4）.

[4] 竇桂梅.新課改背景下課程整合的實踐探索—清華大學附屬小學“1+X課程”育人體系建構的案例研究[J].教育研究，2014，（2）.

[5] 吳慶琳.“課時改革”來了？！—上海市江寧學校教學組織形式變革實踐[J].人民教育，2017，（10）.

[6] 郭華.深度學習及其意義[J]. 課程·教材·教法，2016，（11）.

[7] 曹培杰.深度學習：“互聯網+課堂”的必然走向[J].今日教育，2017，（6）.

注釋：

① 本文系中國教育科學研究院基本科研業務費專項資金項目“基于人工智能的智慧教育模式研究”（課題編號：GYD2018009）的研究成果。