STEM教育的基本方式與過程（六）

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。

第五步：進行設計與規劃。在前四步后，我們有關學習新的預設知識或解決預定問題的前期基礎準備業已完成，目標更為清晰，基本路徑也清晰顯現，學習信心也已經滿滿充實于心中。而且，作為每一個個體的學習者，我們實際也已經構設出自己對最終目標的基本傾向性和路徑自我預設性（這就反映了是單個學習者個性化的訴求）。那就正是將躍躍欲試轉變為實際行動的時候了。讓我們開始吧！

一旦具體開始，我們就會發現，當前最重要的工作就是要讓腦中所思所想，如何變為具體行動和現實。這意味著此次STEM學習任務的進度正式進入了要考慮下一步如何具體實現目標的階段。我們已經有了一定的到達新的目的地的計劃路徑的考慮和設定，此時我們就要考慮將路徑變為具體細化的、可行的、可以落實的、可以操作的做法和方案。這里可分為2個層面，高一點的層面是框架的和主線條的，叫作規劃，基本是大框架的、粗線條的、制訂綱要的;低一點的層面是較完整給定方式方法和步驟流程的，具有用什么做和具體怎么做的基本描述，叫作計劃和方案，是給出詳細內容的、細節的、定義每個局部和分支的完成方式（嚴格意義上，方案比計劃還要更為細節和實際一些）。古語言，“預則立”，凡事必先規劃和計劃，“九步”的第五步作為STEM教育的承接和轉折點步驟，正是完成如此要求（它是對前述幾步的總結和后續幾步的指南，所以可以當作承接和轉折點看待）。既如此，那我們就對學生要求，努力完成這一必須給出規劃和計劃的事情和過程吧！

作為規劃和計劃，有了前幾步的過程，我們現在的任務看起來似乎蠻簡單的。首先，出發點已很明確，那就是現在具有的已有知識或者面向所解決的問題的現有資源條件等;其次，目標終點也已很明確，那就是需要學習的新知識或者需要解決的已經基本界定清楚的新問題和新設想（甚至是新猜想、新假說、新構思等）。我們似乎只需要用一條路線簡單地將出發點和目標終點連接起來，從出發點走向終點就可以了。但實際不然，就好像“條條大路通羅馬”，雖然存在多種路徑和方法，但路徑和方法之間卻具有不同的情況，那么怎樣或者哪條路徑更好呢？因此在這里還有一個在操作計劃層面需要更深入考慮的工作和事情。也就是說，究竟怎樣做最好呢？如何在現有條件和能力下達成最好的結果？有一個詞叫作“設計”，設計就是要完成這些工作和事情。

說起設計，現代社會的人往往都以為它是將什么事情做得或勾畫得更漂亮、更好看、更絢麗，但這只是因為受到很多現代平面設計、廣告設計、服裝設計等藝術設計的傳播影響和一些錯誤的媒介宣傳所導致的錯覺。如果用這種錯覺理解設計，尤其是理解STEM教育過程中的設計環節，那就會導致明確的誤導。事實上，設計具有更廣泛和更本質的涵義，那就是怎樣更好地把事情解決好（核心是更好地解決問題。就算是追求漂亮，也是要先好再美。如果一個產品只漂亮而不好用，那就是過去所說的“花瓶——漂亮但不中用”，這樣的設計就是本末倒置了），尤其在工程方案設計的情形中，要達成如下的結果：在已知和限定的人、財、物、時（時間）的情況下，如何組織調配和選擇運用，以有限的東西達成最好的結果。可以簡單看出，這里有一個如何利用人、財、物、時的經濟學概念，所以有人認為設計從本質上講，是在已有條件下從能夠具有的各種可能完成方式中力爭作出最佳選擇，而在選擇中需要反復權衡，使各種具備科學性的方式、方法、工具、材料、思路、模式、結構等達成最佳調配運用組合，在英文中通常稱為“trade-off”，帶有全盤在能解決問題的前提下可以達成更好的各方面的協調和更好效率效果的內在本意。

當然，通過設計，這里最后需要給出的內容包括：清晰途徑、明確方法、合理步驟、準確流程、資源分配、分工權重、進度安排、實驗方案、測試方法、分析趨向、結果圖景等。總之，要形成一個照著做就差不多可以達成任務結果的可行的好計劃或方案（這里也可以看作是做好正式的、正規的規劃和方案。前幾步都是這一步的預備工作。與前幾步不同的是，這里的規劃和方案必須要經過多次優化的過程，最終不只是停留在腦中，也不是只有大概或者差不多的考慮，而是要具體可行的、基本可以達成最好的結果的。所以，一定要正式地寫出成稿，并經過論證或者反思提升優化，然后才能確定下來并準備嚴格地按其實施。對于任何一個初學者，這一過程特別具有深遠的意義。如果一個學生哪怕只經歷一次真正的自己設計規劃和方案的過程，并由此過程掌握了規劃和方案的方法與套路，那么他此后的人生中就幾乎有可能將每一件事情都做得更好。這種方法和套路的能力是可以真正遷移至今后的做事能力中去的）。

一般來說，設計過程中也會存在很多新穎構思的機會。特別對于解決問題的過程而言，如果預設目標上沒有很大的新意，那么在解決方案上往往就會需要有新意，這樣才能在最后的問題解決上給出相比他人和前人更好的結果。

其實，與其說這里的設計給出的是后續的行動方案，不如說這是對前幾步給出的目標預計或假說所給出的驗證方案。這相當于是在前幾步通過預學給出假想結果，而在后幾步對假想結果進行驗證。STEM教學法大抵就是這樣的一個驗證式教學過程，而設計就是為這個驗證考慮清楚并設定好驗證方法。一旦驗證成功，就證明預計的目標或者假說是對的;反之，則需要重新設定預計目標和假說等，并再次進行后續的驗證。這種在實際上叫作“試錯”的過程，對于學生的學習過程是免不了的，誰都不會也不可能一學就會、一學就懂、一做就成吧？！也正是因為這一點，STEM教學法有著教學的奇效，對于更好地掌握知識或者解決問題可以達成比傳統教學法更好的效果。

必須強調的是，在STEM教育的設計方案中，最為重要的設計必須落在對學習的知識的探究實驗或者對解決問題的達成與驗證試驗上，而且實驗和試驗都必須具有實操和可行性，在整體方案中最后比重也應大一些。依靠這一重心的加強，就使得STEM教學具有明顯結合了實際的實踐探究和動手實驗的特征，更使其具備了將知識學習與解決問題合二為一的能力。STEM教育非常崇尚的是“實踐之中出真知”，人的認知如果沒有“認識實踐再認識”的完整過程，勢必就會形成知識的膚淺理解，最終走向最為低端的“記憶背誦”，如此學習知識只能導致“知識的不可用、不會用、不能用”，而且導致知識與客觀世界的相互分離，演變為學知識與應對客觀世界之間的“兩張皮”，失去知識學習和教育的本來意義（現階段的應試教育主要就是這一方面的問題，很可惜教育界絕大多數人和社會大眾看不清這一點，從而導致了應試教育的盛行，以及大眾百姓的錯誤認識和亦步亦趨）。

還要強調的是，在STEM教育中，教師或者導師應該十分重視讓學生自己親自并先期進行設計和規劃，這種自己完成的意義是十分重大和顯而易見的，否則仍舊會回歸到教師的概念灌輸，學生永遠得不到解決問題的親身體驗和實際鍛煉。當然，學生完全靠自己能夠做成很好的設計方案也是不易和不太現實的，因為完成一個真正好的設計其實需要很多方面的功底，反過來也就對很多方面有著實際的訓練和提升價值。但正是因為這樣，相比于成熟的設計者而言，學生作為一種嘗試的設計者還有深刻的探究意義，因為這種帶有嘗試甚至試錯的

與任務過程，才使學生得以真正地學會。

作為簡明的歸納，這里最后給出設計與規劃的簡明過程：定義目標—厘清前提—摸清資源—羅列方法—判斷合理—選擇方案—構思框架—設定做法—配置資源—設計流程—設定過程—優化選擇—出錯預案—歸納成稿。按照這一過程，最終更明確地給出正式文稿。