STEM 規律之內涵分析(一）

向世清

美國NASA新型的科學教育模式在歷經廣泛蔓延傳播后，終于在2001年由朱迪斯·拉瑪莉（Judith Ramaley）博士給出了正式的命名，STEM教育由此得以在教育領域正式站穩腳跟（這對一個教育外部的“舶來品”來說，實在是太不容易了！笑）。前一講末尾提到，STEM的名字把技術T和工程E移到了中間，這正好“暗合”了STEM規律，且正好給出世界發展起源于科技和數學等學科耦合進步的具象。

那么，STEM究竟有什么規律于其內涵之中，而且可以用來延伸至教育并對教育有巨大影響？這一講我們將暫停介紹STEM教育的后續歷史發展過程，轉而對STEM規律予以深度解剖，待基本解剖好后再回來解讀其后續發展。這樣做特別關鍵，因為接下來STEM教育的后續發展就進入了圍繞著是否遵從這一規律的內涵性發展階段了。

闡述之前，我們很有必要再鮮明地厘清一下問題。談到STEM究竟有什么規律內含于其中，其等價的一系列問題包括：這些分開的學科究竟是什么？為什么要放在一起？為什么可放在一起？放在一起又反映了什么新內涵？我們真理解了放在一起的內涵和意義么？最后，STEM又為何可以用至教育？STEM教育的本質究竟是什么？STEM教育觸動和改變了教育的哪些關鍵“神經”？以下我們就剖析這些問題。不夸張地說，弄清這些問題，才能真正幫助您進入正確踐行STEM教育的范疇（事實上，您通過前述幾講已差不多感覺出了這種內涵性規律的大致樣子，但肯定也只是大致的。只因前面的敘述還沒有真正捅破那層窗戶紙）。

自然規律角度的STEM：人類世界科學技術體系的自然關系框架

真要完整地說明STEM規律，這里我們就必須上升到辯證唯物主義和歷史唯物主義的高度認識問題了。這是一個有關人類的知識遞進和社會進步的全過程演變所反映出的完整歷史體系的概念。

我們知道，人類世界的知識基本是按照學科的概念和框架劃分的，因此歷史上我們所有的教育也遵循了這種學科教學方式。到今天，我們看到，學科越分越多、越分越細。什么叫學科？大致就是把知識分門別類地劃分為一個個類似物理、化學、生物、數學的概念框架性知識包集。為什么這樣劃分？主要的原因僅僅只是人類為了更好地管理和傳承知識而進行教育，然后基于教育行為實施的方便性而做的一種處理（現在叫作“知識管理”更準確），因為這樣最利于知識概念的循序漸進習得，并不是基于其他的什么道理或者屬性的概念劃分的。隨著歷史的不斷推進，人們已經漸漸完全習慣于知識就是分學科的，甚至是建立起了“知識只能以學科來描述”的頑固性認識，就這樣幾乎忘掉了知識原本是一個整體的概念。所以，今天談到知識，通常只有分科，沒有合，沒有整體。不夸張地說，這是人類自身造成的一個很荒唐的結果。

為了正本清源，我們必須回歸人類知識就是一個整體的概念。正所謂，教育的最終目的不是為了分，而是為了合（教育完全可以也應該有其他的實施劃分方式和框架）。對于一個人而言，其習得知識時按分科具有方便性，但所習得的知識應該是最后形成一個各學科知識的總成（甚至是習得時最終也可不分科）。有了此總成，一個人才能準確而完整地面對世界萬事萬物并解決問題，否則就會陷入“盲人摸象”的糟糕境地。很遺憾，現實卻與正本清源相去甚遠。許多教育者已經形成了根深蒂固的認識，認為知識就是按學科劃分的，就應該如此教，不存在其他的什么方式。

這正是目前大多數接觸到STEM教育的人通常會陷入膚淺理解的根源。當他們遇到STEM這樣一個“新生事物”時，認識的慣性使得他們一般有的、也是最終受到明顯的局限而只能達到的理解就是，STEM只是4個單學科的“拼接”或者“相加”，至于加起來要怎樣，哪還有什么特殊的意義（所以，在當前我國的STEM教學中，我們就看到了很多教師是怎樣刻意拼湊幾個“學科”的知識內容，硬生生地在一節課的時間內毫無關聯地呈現學習過程的！這些已有的STEM的認識錯誤和實踐錯誤，歸根結底就是將4個“學科知識”羅列在一起硬裝進一個時間盒子，時間上好像壓縮成了一個整體，但其實與分科教學沒什么兩樣）。

不僅如此，我們還要堅定而明確地指出，科學、技術和工程這3個概念與“學科”這一名詞還真不具有完全一致的概念。很清楚的是，它們是很多學科知識的一種特殊的分類性概括統稱，例如：科學包括地球科學、海洋科學、宇宙科學、物質科學等領域或學科性科學;技術包括化學技術、生物技術等多種學科性技術。在這樣的意義下，它們實質上比學科的概念層次更高一些，知識包集的范圍更大一些，更像是一種知識的范疇統稱或者范疇類別，以學科稱呼它們明顯有所不及和不妥。為了與學科相區別，我們這里就以“范疇”稱呼它們。而數學既是一個學科，仔細思考其內涵外延，它也可提升為一種范疇。如此一來，STEM表面看來就已經是4個知識范疇的交融集合，絕對不是人們通常理解的簡單意義上的4個學科的“相加”。很明顯， “4個學科”在概念上就已經說不通了！而且，我們也必須說，將STEM理解為如此簡單的學科“拼湊”實在是太膚淺了（說到這里您還有什么不同意的嗎？笑）。

那么，STEM是4個范疇的究竟怎樣的一個交融呢？

圖1是我個人站在自然辯證法和歷史唯物觀角度，基于知識的關聯邏輯和互動關系的歷史性演變規律，花了數年經歷數稿反復修正而繪出的一張STEM各范疇概念的自然關系框架圖，反映了STEM各個獨立范疇間如何生成、如何遞進、如何互動、如何交融的內在耦合機制，更反映了它們耦合在一起時作為不可分割的整體是如何面向人作用于大自然的目標，從而從根本上不斷推動人類科技創新、知識積累、社會進步的不斷前行的完整內在圖景和外部表現。當然，圖中也內含了知識的積累過程和遞進支撐作用。

從圖中可以看出，各范疇間采用箭頭相互關聯，箭頭的方向指明了從科學到技術再到工程的漸次遞進關系，這是人類認知世界、解釋世界然后反作用于世界的真實過程寫照。其具體過程和先后順序是，人類首先認知世界某些未知奧秘（研究和發現了科學），然后在科學的基礎上形成解決問題的手段和方法（發明和創造了技術），最后在各種技術的基礎上綜合解決世界上的問題（設計和實現了工程），作用于自然世界的萬事萬物。總體上，依照漸次的箭頭連接，這里就形成了一個順序遞進的正方向，然后總體構成了一個不斷的正向循環（當然，遞進過程中肯定也存在著一定的反向互動的成分）。

因為圖1的這一過程，科學技術工程形成了一個關于自然世界規律的內生耦合關聯，技術是科學的具體實化，工程是技術的協調綜成，從而將解決事物問題的多面屬性要求自然地契合在了一起，彼此無法分開。而數學在其中各處相機穿插，以其定量化形成了各關系和整體系統的表達、規范、約束和制衡，層次得以更高?？梢哉f，沒有數學，科學技術工程的關系是不易描述、不夠準確、不能確定的。

圖1是一張很有內涵的圖，其囊括意義的高度怎么說都不過分，因為它表述了人類已經形成的知識的內在邏輯關系，同時又展現了各范疇是怎樣交融在一起，構成人類解決現實世界問題的整體方法論，然后展現有效解決人類發展問題的功能和作用的全貌。