STEM教育的基本方式與過程（五）

向世清，博士，中國科學院上海光學精密機械研究所研究員。長期從事激光物理與工程技術的前沿研發，是參與產業經濟戰略與決策咨詢，基礎教育改革咨詢，科技創新中心發展戰略設計等多領域戰略專家，也是上海市最為活躍的科技創新教育專家之一。

第四步：形成假設與預判。完成第三步后，通過預學，首先，我們已更為明確自己本次學習或待解決問題的目標;其次，我們已建立了為完成本次學習的前期知識基礎準備;再次，也是最本質的，我們明白了自己有什么不懂（這正是要去學的）、有什么還沒有解決的或是值得去解決的（這正是要去研究解決的），甚至也已經清楚了自己有“幾斤幾兩”。此時，我們心中原有的一些學習新內容之前的目標不清、像是知道又不是很清楚地知道自己究竟要干點啥的感覺或狀態，包括猶豫、疑慮和徘徊，都已基本消除，“摸著石頭過河”的感覺已不那么強烈。由此，我們可建立起一個相對的滿滿信心，心態上感覺可以開始新內容的學習了（對于要去解決問題的人，也會感覺到該用已經掌握的知識解決新的問題了！是不是有點躍躍欲試、迫不及待？這種心理正是造就學習動力和動機的根基之一）。

總之，我們下一步要考慮的是如何具體實現目標。這樣的情形，上升到知識管理的層面，就意味著我們現在已經很清楚自己在“知識地圖”上的位置，接下來大致到了在地圖上考慮設定到達新的目的地的計劃路徑的時候了（如果沒有這一感覺，那么很簡單，說明第三步還要繼續進行。不用急，那就繼續進行第三步唄！事實上，梳理清楚自身已有的基礎相對較為容易，但還要明白自己是否也完成了他人所取得的已有同類進展，其實是很難的。因為完備地查閱資料一直都很難做到。當然，現在查閱資料相對容易了，至少比以前我們查閱資料的困難要少得多！畢竟現在是信息時代了嘛！想過我們過去是怎么過來的么？笑）。

預學在推進學習進度中，自然會對第二步給出的假說同時進行不斷地判斷，反復確認其正確性、科學性。但這還不是全部。預學還會進一步將假說逐漸細化、充實化和具體化，建立起其內容和內涵，并考慮究竟如何完成和驗證。這時，按照人的自然思維模式，我們通常會再次展開初步設想，只不過不是像第二步再次設想目標（假說）了，而是設想如何達成目標，對假說給出某種具體的可行和科學性總體解決途徑及可能的思維。我們把這一形成思路的過程叫作假設。

假設和預期有區別，預期只是一個前期對結果的總體期望，即期望大概有什么樣的結果，而假設則是想象結果有可能怎么完成或做到，把具體的方法和手段等預設出來。而假說和假設也不一樣，通俗一點說，假說是在整體目標層面，而假設是在內部方法層面，至少低1個層面。假設是為假說服務的。有了假設，假說就豐滿了、有具體內容了，也更為準確、清楚了（至少是在某種程度上說得過去了，不會違背已有的各種科學原理和規律了）。在這樣的意義下，假設是在具體的解決問題的層面，要回答清楚“如何解決”“如何做”“如何完成”等問題。

由此，假設帶有強烈的科學原理和方法上的猜想性，有時甚至是從現有的理論、規律上有所突破地想象出某些新的理論性猜想，或在已有的解決方法和方案下有所突破地想象出某些新的設計結構或方式。這里的關鍵是“有所突破地合理達成”。可以說，假設往往就是最終實現的創新結果的前期理論預設，當然，它需要接下來的研究驗證給予核實、證明和證實。

在假設階段，我們需要通過很多思考過程。這些過程中，源自這里的思考主要是在厚實的已有知識了解的基礎上所進行的深度思考，就有可能真正出現“新的原理、理論、技術、方法、途徑”等，這使得假設階段成為一個誕生“新穎構想結果”的搖籃（不過，需要說明，這里的新穎是對于學習者自身而言的，是自己對自己的創新，即至少這里的新穎是他自身以前沒有的或沒有見過的，這與真正的創新概念需要比任何其他人的結果都新穎是有所區別的）。而為了做到這一點，我們要在預學的基礎上，至少進行以下3個方面的思考。

·明確限制，厘清前提。即辨明本次學習或者解決問題時會受到什么樣的條件和可能限定，存在哪些先要滿足的前提。這里往往用“初始條件”“邊界條件”“先決條件”“特定條件”和“前提條件”等描述。

·大膽想象，合理推論。實際上是尋找可能的解決路徑和方法。這里，在解決方法的層面，通常要先考慮很多的可能方法，然后選擇出其中最優的或將所有的方法通過綜合得出一個最優的，這個最優的往往就具有“新穎性”甚至“創新性”。還有，如果不存在已有的方法，這時就必須真的至少構思出一個方法，而如果這個構思出的方法能夠解決好問題，它就是真正的“創新”。當然，既然用推論，那就是一步緊扣一步，每一步都要緊扣合理性，否則就失去成立的可能了。

·歸納凝練，準確闡述。這實際上是在思維層面進一步把解決方法上升到理性和科學層面，完成所謂的抽象概念化過程。很多時候，將一個很好的構思最終能用某種語言或其他表達方式準確表達，特別是能夠上升到科學性概念層面，是極有成果性的。

很明顯，完成了假設，預判自然會同時完成，即弄清假設是否初步滿足科學性，是否至少不違背任何科學原理，是否能面對實際的資源和原理限制，其方法乃至方案是否仍具有達成的具體可行性。事實上，假設與預判是自然耦合在一起的，共同構成了STEM教育過程的第四步。這一步實際是預學的歸納總結和凝練提升。

同樣很明顯的是，第四步基于第三步的更好完成，可以以一定的提升性幫助學習者建立學習動力和形成學習連貫性，將學習者自身的知識建構路徑連通并遞進，所以十分關鍵。而以此自我形成的學習路徑，學習者既可向前看，又可向后看，還可橫向判斷自身及他人的感覺，所以隨著第四步的完成，他的學習感覺一定是最好的，富有自我成就感;他也就會洋溢著一種超常的欲望，那就是前面有啥都是我想學的、有啥困難都是我不怕的。這才叫作真正的主動學習和自覺學習（對比一下，這樣的感覺在應試教育中有么？可以有么）。

作為歸納總結，一般這時應形成一個綜述報告（不管叫它文獻調研綜述報告，還是其他名稱，都沒有關系，都是一樣的意思），它包含了預學的歸納總結，以及在假設和預判下提出的下一步的目標和方案2個部分。它可將預學規范化和高效率化。值得說明的是，綜述報告既是研究性學習的必備，更是科學研究提出課題或工程解決問題提出目標前的必需。

回過來看，預學還真是一件十分有利的事情（您肯定感覺到了！笑），它在STEM教育中是很好的一個學習環節，價值很大，是體現“學”的核心階段之一。它對于學習者掌握知識的要求是不低的。希望大家可以更多地理解預學，并將預學不僅僅限定于通常的“預習”那樣一個太小太窄太死的要求范疇。

完成第四步后，一個學習者或問題解決者可謂就做到了“胸有成竹”，只待具體“畫出來”了。當然，此竹非彼竹，你竹非我竹。每一個人對即將學習的內容或要解決的問題，哪怕要求一樣，也會因為個人的已有認識、傾向和意愿不同，形成不一樣的“竹”，包括其中的細節方案、過程畫法、總體輪廓、完整意境和畫外想象都會不同。

歸納起來，第四步在STEM教育中是一個承上啟下的關鍵節點，后面就是具體設計方案和根據方案完成新的學習及解決問題了。這一步在理論研究中也往往是誕生創新成果的地方。好的學習者或解決問題者在這一步的表現往往都是很杰出的。

特別強調，教師在此步驟中要重點幫助學生確定好綜述報告的結果和結論，幫助學生檢查預學的效果和完備性，以及幫助深化和修正待學目標、優化解決問題的目標（就像研究生導師幫助學生最終確定研究選題，或者教師幫助學生確定青少年科技創新的選題一樣）。因此，這一步是教師起到作用的一個重點位置，此處教師的引領和助推是STEM教育中關于學的核心。這一步中，教師也盡量要讓自身的教學目標與學生的自我設定目標融合甚至一致化。教師要保持“以學定教”和“自我開放”，站在高處看學生，還要多鼓勵學生大膽突破。不過，這一步也必須較為嚴苛，要確保“假設”和“預判”的正確性、有效性和可行性，這是決定接下來的學習和研究方案的核心基石。