讓“STEM+”課程成為教育發展的小趨勢

摘要：本文分析了STEM教育與創客教育的共同特征，將現在基礎教育存在的形式概括為“STEM+”課程，這種課程通過探究解決問題的主題活動，結合知識鏈與設計思維，形成了學科界限模糊、網狀知識結構、聚焦核心素養培養等的課程內容特點，它將是教育發展的小趨勢。

關鍵詞：“STEM+”課程;知識鏈;知識結構;小趨勢

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2019）22-0093-04

2016年6月，教育部頒布《教育信息化“十三五”規劃》（教技〔2016〕2號），強調“有條件的地區要積極探索信息技術在‘眾創空間、跨學科學習（STEAM教育）、創客教育等新的教育模式中的應用”。于是，創客教育、STEM教育成了熱點話題，各省、市、區縣紛紛出臺了相關政策。許多人認為這將是教育發展的大趨勢，國家要盡快建成STEM教育的生態系統[1][2]，但也有人認為這些新名詞、新概念都是在“趕時髦”，只是“一陣風”而已。筆者在中國知網上搜索了有關文章，發現2015—2018年這段時間發表的論文數量最多，達到了高潮，但隨后文章的數量又顯著下降，這似乎給“時髦論”者提供了依據。然而筆者認為，這恰恰說明教育的發展需要堅實而緩慢的試行，不宜出現過多的反復;創客教育與STEM教育絕不是新名詞，而是影響未來教育變化的潛在因素與關鍵變量，應是教育發展中能帶來改變的改變、影響趨勢的趨勢，或稱之為小趨勢。[3]

STEM教育與創客教育的共同價值追求

雖然STEM教育和創客教育兩個概念有不同的發展歷史，前者強調學科的融合，后者強調創新，但是兩者在“寓教于樂”和“學以致用”等基本教育理念上，在培養發現問題、分析問題和解決問題能力的教育核心上，在追求個性化的教育價值取向以及追求知識的綜合應用、實際問題的解決等方面高度一致。

有人認為創客教育是STEM教育的一種重要實施方式。[4]因此筆者認為，在義務教育階段，可以將創客教育整合或納入到STEM教育中，并將多學科知識進行融會貫通，形成特有的“STEM+”教育模式。

“STEM+”教育不僅僅是科學、技術、工程和數學這四門學科的融合，正如許多學者認為的那樣，融合思想還可以運用到文科、社會學和品德教育上，從這個意義上講，STEM就有了更豐富的內容，即S代表社會、表達、體育、樂觀和毅力，T代表傳統、優美、交流、信任和協作，E代表經濟、環境、表達、平等、樸實和認真，M代表方法、管理、積極主動、品德和心胸。同一個字母代表的含義之間用“和”而不用“或”，也是為了強調學科間的融合。這就是“STEM+”教育的核心所在。

“STEM+”課程內容

1.學科界限從清晰走向模糊

傳統的教育模式以界限清晰的學科教學為主，不同學科之間的邊界清晰，即使在同一學科的內部，細分學科或專業之間也是有清晰界限的，知識點之間相互聯系比較少。打破學科的壁壘，突破學科的界限，實現跨學科的融合，學科界限從清晰走向模糊，是教育發展的方向。

“STEM+”教育則強調在不同學科之間，同一學科內部的不同子學科、不同專業和不同知識點之間建立起聯系，從而打破不同學科之間的界限[5][6]，將不同學科的知識技術和方法相互引進，提高學習和研究的效率。

2.知識結構從三角形樹狀走向網狀

界限清晰的學科與知識點，在教育領域被歸納成了一棵知識樹：科學是主干，第一次分枝成了自然科學和人文科學，第二次自然科學又分枝成了數學、物理、化學、生物……，第三次物理又分枝成了力學、電磁學……按照知識樹來區分，各級分枝的層次清晰，知識內容在教學過程中交叉得很少，各知識范圍相互間的界限清晰，知識結構呈現出一個清晰的三角形。

學生對真實世界的認識大多是從整體走向局部，再從局部走向整體。從了解知識到應用知識，就不能停留在學科知識樹中，如學生對“水”的認識，就應該連接物理、化學、生物、地理、人文、社會等各學科的知識，形成網狀知識結構?！癝TEM+”教育在打破學科界限的基礎上，給學生提供了形成網狀知識結構的機會，彌補了傳統教育的不足。例如，下圖顯示的“STEM+”課程“小型智能車”就將不同學科、不同領域及不同專業的知識聯系起來，從而形成了主題鮮明、不斷交織的知識網絡立體結構。

3.從單一的知識結構走向核心素養

知識結構就是一系列緊密聯系的知識體系，而理解就是結構高度發達與完善的結果?！癝TEM+”教育可以幫助學生形成一種跨學科綜合性的知識結構[7]，它可以從需要熟悉的知識、需要掌握和完成的重要任務、需要形成的大概念以及完成核心任務等不同高度來建構，從而達到解釋、闡明、應用、洞察、神入和自知等不同層級的程度。這樣就能在自主認知、社會認同、實踐參與等多方面提升素養。

在下圖智能車的案例中，學生利用傳感器、編程語言和控制主板就可以形成基本的控制結構，結合動力傳動、能源、懸掛就可以探索并認識行駛車輛的控制方法，再結合駕駛和交通法規就可以實現初步的自動駕駛。具體到某個模塊內部，由許多材料元器件等組成的子模塊，也符合同樣的規律。例如，智能車的機械結構模塊，就可以分割成金屬與非金屬材料、幾何結構與強度、機械連接和安全裕度等子模塊，學生在這些知識模塊之間構建起自己的知識結構，就能懂得車輛機械強度提升的方法，車輛在行駛和載重上也會有更好的表現。

像智能車這樣的裝備，其機械結構、元器件、傳感器甚至編程語言都是硬件，而所實現的功能和應用這些功能的方式是軟件，硬件是為軟件服務的。只有將各個模塊之間的信息聯系建立起來，才能實現所需要的功能，而且所聯系模塊之間的信息聯系越緊密，所能夠達到的功能效果就會越好，而知識點鏈接方式以及知識結構建構的模式，才是“STEM+”教育的核心所在。通過自我探究過程，歸納出知識建構的方式并予以推廣，就能夠達到闡明和洞察的目標。

“STEM+”學習方式

1.從知識點內容走向知識的鏈接

數學的兩個點連起來是一條線，將兩個知識點聯系起來的思維方法與邏輯，就是知識鏈。兩個物理點聯系的模式有種類與強度的差別，代表了這兩個物體聯系的緊密與牢固程度，而連接不同知識領域的知識鏈，也有思維與邏輯關系強弱的差別。將許多點用不同的線聯系起來就有了立體概念與圖形;將許多知識點聯系起來的思維方法與邏輯關系，就是知識網絡，而形成的多維立體圖形就是知識結構。

情境化的“STEM+”課程，就是在建構主義理論的指導下，通過主題相關模塊，創建必要的思維聯系，利用學生已有的知識結構體系的支持，結合新的知識點的學習，在不同模塊之間，建立起盡可能多的知識鏈接，進行知識結構的同化與重組，從而促進學生知識結構的發展與升級。例如，“一帶一路”植物主題的“STEM+”課程，利用穿越到秦朝的情境，就能夠在餐館點菜過程中發現許多現代的蔬菜當時還沒有，此時就可以提出一系列的驅動性問題，如絲綢之路起源于什么年代，除了運送絲綢，還輸送了些什么東西等，從而引發學生一系列的探究活動，并且在探究活動中提高學生的認知能力。

在信息技術活動中，我們使用了各種傳感器，用于測量不同的物理量，而在控制編程和動作元器件里，各種控制信號使用的都是電信號。為了能夠統一進行控制和管理，所有的傳感器都需要將距離、速度、溫度、光線和聲音等各種不同的物理量轉換成電阻和電壓等電學度量，這樣就把原來物理學中不同細分學科的知識聯系起來，形成物理學的網狀知識結構，達到了“STEM+”教育融合學科的效果。

2.從知識灌輸走向基于問題解決的學習（PBL）

“STEM+”課程的教學，通常采用以問題為導向進行教學的問題式學習方式，即PBL方法。這類課程往往是在一個需要解決的實際問題或一個真實的情境主題中，利用問題驅動，開始探究式學習，在實際探究過程中認知、學習并應用科學的思想方法，聯系教師和學生來參加協作性的活動，最后提出解決問題的有效方案。整個探究活動的難度設計要符合學生的能力水平，讓學生能夠產生一種興奮、激動以及愿意付出努力的沖動。

例如，上述智能車案例中，為了能進行有效的智能控制，需要有傳感器來測量車輛所處的環境和狀態，從而確定下一步的動作與趨勢。特定的傳感器能將不同顏色的光線轉變成不同的電信號，因此，可以通過在控制板上的編程軟件，來識別交通信號燈的指示，再結合對電動機不同的控制指令，實現遵從交通信號燈指令進行的智能駕駛。學生在一個接一個的實際問題情境中，不斷地探索學習和應用。

通過這種PBL的學習方式，學生主動構建知識結構，而且技能與方法、情感態度與價值觀相繼形成與提升。

3.從模仿走向設計思維與創新思維的應用

傳統教學方式注重介紹前人的思維結論與對應的案例，在教學過程中讓學生認識前人的思維方法，使其在遇到類似的問題時，可以模仿前人的思維方式去解決類似的問題。

“STEM+”課程是針對真實情境中的實際問題，在探究解決問題的過程中進行學習，因此要想更好地解決問題，取得真實的效果，就需要有創新思維，利用創新的方法，提出解決實際問題的方案，并在實際活動中實施?！癝TEM+”教育要求學生具備深度學習、設計思維和創新思維能力，對實際問題進行探究，并有一定的成果產出，產出環節包含作品設計、案例、論文等多種表現形式，這些作品必須與他人分享，展示給其他人。通過作品的設計，充分運用設計思維、外化學習的結果，促進學生的知識融合與經驗、能力的遷移運用;通過作品展示，凸顯學生的知識結構和能力。

“STEM+”教育的評價

傳統的學科評價很多時候是通過問卷紙筆測試以分數的高低來評價，而“STEM+”教育側重的是知識的整合與應用、工具的選擇使用、問題的解決等，不能采用單一的評價方式進行評價。

1.過程記錄與描述

“STEM+”教育側重培養學生綜合多學科知識的系統性關聯能力，許多“STEM+”教育活動還利用各種信息技術設備記錄學生的整個探究活動與學習過程。例如，利用大數據技術全面記錄學生的學習過程，分析學生的稟賦、興趣愛好、個性特長等，為學生提供個性化的成長路徑規劃，以及深度學習的依據，教師對學生的素養與能力也會有一個基本的判斷。

2.結構化評價[8][9]

教師針對學生對實際問題進行探究過程中的表現，可以分析其所達到的思維高度，從而判斷學生在探索具體問題時的思維結構處于哪一層次：前提結構是否有邏輯，是否可以找到某種解決辦法;知識結構是單一點還是多個點，是找到一條線索就以為發現了結論還是將多個知識點建立起聯系;是否能夠將零散內容整合成一個整體去解決復雜問題;是否能夠將解決問題的過程進行總結歸納，抽象成可以拓展應用范圍的系統化知識與能力;是否能夠構建起自己的知識結構系統，并用于解決實際問題。這些都是評價學生素養與能力的核心指標。

總之，“STEM+”教育不是對傳統教育的簡單替代，它更多的是一種教育的理念課程和教學方式，其核心是基于問題與情境，綜合多學科知識，進行系統性方法論的學習，它是教育發展的小趨勢。

參考文獻：

[1]祝智庭，雷云鶴.STEM教育的國策分析與實踐模式[J].電化教育研究，2018（01）.

[2]夏小俊，董宇，柏毅.美國STEM對我國中小學科學教育的借鑒意義[J].東南大學學報，2016（S1）.

[3]李偉，吳敬璉，夏斌.小趨勢：中國經濟的關鍵變數[M].北京：中信出版社，2014.

[4]鐘柏昌.創客教育究竟是什么——從政策文本、學術觀點到狹義創客教育定義[J].電化教育研究，2019（05）.

[5]蔣志輝，趙呈領，周鳳伶，等.STEM教育背景下中小學生學習力培養策略研究[J].中國電化教育，2017（02）.

[6]肖萍.STEM+教學設計與案例分析[M].長春：東北師范大學出版社，2016.

[7]趙慧臣.STEM教育視野下中學生探究學習的設計與實施[J].現代教育技術，2017（11）.

[8]李祥兆.學生思維評價的新視角——SOLO分類評價理論評述[J].教育科學研究，2005（11）.

[9]宋潔，趙雷洪.SOLO分類評價法及其應用[J].上海教育科研，2005（10）.