從問題中反思，加深A(yù)-STEM課程學(xué)習(xí)的深度

吳向東

摘要：本文通過對(duì)當(dāng)前STEM教育中學(xué)習(xí)深度不夠的問題的分析，總結(jié)深圳市龍崗區(qū)A-STEM教育的經(jīng)驗(yàn)，提出了賦予人文價(jià)值、著眼師生共創(chuàng)、劣構(gòu)問題化、普及數(shù)字測(cè)量技術(shù)、掌握統(tǒng)計(jì)思想方法等針對(duì)性策略。

關(guān)鍵詞：A-STEM;STEM;課程;教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G710 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2020）19-0005-03

A-STEM（人文引領(lǐng)的STEM）是STEM教育的一個(gè)變式，是深圳市龍崗區(qū)創(chuàng)新教育實(shí)踐的載體之一，是凸顯粵港澳大灣區(qū)和深圳先行示范區(qū)“雙區(qū)驅(qū)動(dòng)”特色的大科學(xué)教育的新探索，旨在培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和能力的特區(qū)新人。隨著A-STEM的發(fā)展壯大，特別是經(jīng)歷了疫情期間的網(wǎng)上教學(xué)后，當(dāng)下的STEM（包括A-STEM）教育中存在不少問題，需要我們不斷反省，從中反思總結(jié)，尋找對(duì)策，以進(jìn)一步地提升A-STEM教育的質(zhì)量。

● 當(dāng)前STEM課程存在的問題

①在人文融入上，機(jī)械地把A加到STEM中較為普遍，而深層次的價(jià)值引領(lǐng)卻體現(xiàn)不足。A經(jīng)常被實(shí)際作為藝術(shù)裝飾，或者為了強(qiáng)行增加A，專門為某個(gè)項(xiàng)目增加藝術(shù)表演等類似的內(nèi)容。而藝術(shù)是表，人文是里，A-STEM項(xiàng)目的宗旨是為人類福祉服務(wù)，這個(gè)終極價(jià)值在課程中有所體現(xiàn)，才是真的人文融入。

②在課程深度上，偏重于體驗(yàn)性設(shè)計(jì)，缺乏深入探究的內(nèi)容。例如，種植花草的STEM項(xiàng)目，有種植，有觀察，看到了植物生長中出現(xiàn)的種種問題，但并沒有藉此形成一個(gè)個(gè)研究項(xiàng)目去做深入的探究。

③在思維深度上，批判性思維缺乏，挑戰(zhàn)性不夠。體驗(yàn)性課程的問題還在于難以引發(fā)學(xué)生的深度思考，主要是體驗(yàn)感受已知答案的內(nèi)容，不需要太多的思維投入，也缺乏對(duì)未知或?qū)Πl(fā)現(xiàn)問題的批判性思考。而STEM是以解決問題為導(dǎo)向的需要批判性思維深度融入的活動(dòng)，把體驗(yàn)性活動(dòng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)樯钊胩骄康幕顒?dòng)，才能提供挑戰(zhàn)性，批判性思維的融入才有機(jī)會(huì)。

④在課程的生成上，學(xué)生只是完成教師設(shè)定的內(nèi)容，缺乏從學(xué)生中生長出的探究項(xiàng)目。目前的STEM課程基本解決了從無到有的問題，而“有”又主要是教師或教材預(yù)先設(shè)定好的，學(xué)生主要是執(zhí)行，缺乏從學(xué)生生活中或從預(yù)設(shè)的課程中生長出學(xué)生發(fā)現(xiàn)的問題和繼續(xù)深入探究的項(xiàng)目，而這才是STEM教育中最需要體現(xiàn)的，這樣做才有利于培養(yǎng)有主動(dòng)探究和創(chuàng)新精神的人。

⑤在STEM四大元素上，M（數(shù)學(xué)）缺位，定量研究缺乏。近現(xiàn)代科學(xué)是建立在數(shù)理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，M（數(shù)學(xué)）是開展STE（科學(xué)、技術(shù)、工程）活動(dòng)的方法和工具，即定量研究，以保證其科學(xué)性。但反觀實(shí)際的STEM課程，定量研究缺乏，造成了憑經(jīng)驗(yàn)、不嚴(yán)謹(jǐn)做研究項(xiàng)目的現(xiàn)象比較突出，甚至因缺乏定量研究，造成質(zhì)量粗糙或使研究項(xiàng)目陷入錯(cuò)誤的經(jīng)驗(yàn)之中。

⑥在信息技術(shù)與課程的深度融合上，信息化程度不夠，先進(jìn)性體現(xiàn)不足。STEM是時(shí)代的產(chǎn)物，具有鮮明的時(shí)代特征，課程天然地要與信息技術(shù)深度融合，但我們還是習(xí)慣用傳統(tǒng)的方法，包括定量測(cè)量還在用幾百年前的工具，如煤油溫度計(jì)等，數(shù)字化的測(cè)量工具還是沒有普及。

● 加深A(yù)-STEM課程學(xué)習(xí)深度的策略

加深STEM課程學(xué)習(xí)的深度，就需要解決以上這些問題。自從龍崗區(qū)開展A-STEM教育探索以來，一些優(yōu)秀的教師在開展有深度的A-STEM項(xiàng)目上做出了表率，再結(jié)合平時(shí)的觀察、學(xué)習(xí)和指導(dǎo)工作所積累的經(jīng)驗(yàn)，特提出以下加深A(yù)-STEM課程學(xué)習(xí)深度的策略。

1.賦予項(xiàng)目人文價(jià)值，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

始于內(nèi)在動(dòng)機(jī)的學(xué)習(xí)最能持久，當(dāng)學(xué)生認(rèn)識(shí)到做某個(gè)項(xiàng)目能解決人們生活中的某個(gè)問題或感受到有較重要的社會(huì)價(jià)值時(shí)，責(zé)任感、使命感會(huì)油然而生，成為學(xué)生不懈探索的動(dòng)力。在疫情期間，筆者以《別扔了那些不要的花和菜》為題，把純科學(xué)的植物無性繁殖的種植活動(dòng)與新冠病毒奪去人類生命的事件結(jié)合起來，教學(xué)生把要丟棄的開過花的水仙球、花謝了的玫瑰、切掉的蘿卜蒂等保留下來，用簡單的扦插等繁殖方法，讓這些植物獲得第二次生命，把尊重生命的人文意蘊(yùn)，賦予植物無性繁殖活動(dòng)之中，A-STEM學(xué)習(xí)有了不同尋常的意義。

2.倡導(dǎo)課程的師生共創(chuàng)，改變教師的單向設(shè)計(jì)

教師預(yù)先設(shè)計(jì)的內(nèi)容，對(duì)于A-STEM課程來說只是引子或序曲，學(xué)生由此得到啟發(fā)，自己發(fā)現(xiàn)問題，生成自己的研究項(xiàng)目，自己去組織解決問題，這才是設(shè)計(jì)課程的目的。在《別扔了那些不要的花和菜》的教學(xué)視頻中，筆者展現(xiàn)的只是自己家中有的少量的花和菜，這些只是例子或引子，是為了啟發(fā)學(xué)生在家里觀察（家里廚房和房間里有哪些花和蔬菜，它們身體的哪些部位可以用來做無性繁殖，該采用怎樣的無性繁殖方法，怎樣養(yǎng)護(hù)），從而引發(fā)學(xué)生生成自己的研究項(xiàng)目。

類似的師生共創(chuàng)課程，擺脫了教師習(xí)慣的單向設(shè)計(jì)，把學(xué)生從項(xiàng)目的執(zhí)行者轉(zhuǎn)變?yōu)樾马?xiàng)目的創(chuàng)造者。因?yàn)槟康氖且獑l(fā)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題和產(chǎn)生新項(xiàng)目，深度的思考、批判性思維自然就會(huì)在頭腦中發(fā)生;因?yàn)橛幸欢ǖ乃季S深度，學(xué)習(xí)活動(dòng)的體驗(yàn)性就容易轉(zhuǎn)變到探究性上來，增加了學(xué)習(xí)的深度。

3.課程設(shè)計(jì)要劣構(gòu)問題化

課程的深度不夠，習(xí)慣于體驗(yàn)性設(shè)計(jì)，與課程設(shè)計(jì)者缺乏問題意識(shí)有關(guān)。A-STEM的宗旨是為人類福祉服務(wù)，怎樣才能做到這一點(diǎn)呢？那就需要帶領(lǐng)學(xué)生去直面生活中的問題，并想辦法解決它。所以，在這個(gè)意義上，問題是課程的起點(diǎn)，解決問題是課程的終點(diǎn)。

據(jù)筆者觀察，只要教師潛意識(shí)中以傳授知識(shí)為目的，設(shè)計(jì)的問題多是良構(gòu)的，很少是更有挑戰(zhàn)性的劣構(gòu)問題。良構(gòu)問題廣泛存在于教材中，其特征是問題的內(nèi)在結(jié)構(gòu)明確，解決問題所需的知識(shí)和方法明晰，甚至提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟指引和記錄表，實(shí)驗(yàn)程序完成后數(shù)據(jù)證據(jù)稍作整理，明確的結(jié)論也就獲得了。這種基于良構(gòu)問題的學(xué)習(xí)，能讓學(xué)生體驗(yàn)到一些方法，但本質(zhì)上是傳授式教學(xué)的一種改良。而劣構(gòu)問題不同，如做一輛跑得最遠(yuǎn)的太陽能動(dòng)力小車，這個(gè)問題沒有提供清晰的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，問題好像很清晰，其實(shí)也很模糊（太陽能怎么利用？是要找太陽能電池板嗎？哪里可以獲取？有哪些種類？哪些種類既便宜又能電力大？還要考慮電池板的重量，要找最輕的，但最輕的產(chǎn)生的電力夠嗎？動(dòng)力小車用怎樣的電動(dòng)機(jī)？用無人機(jī)的電動(dòng)機(jī)可以嗎？車用什么材料設(shè)計(jì)？做什么形狀的阻力小？……）。一個(gè)劣構(gòu)問題可以引發(fā)無數(shù)的疑問和思考，它沒有良構(gòu)問題那樣清晰明了。例如，“請(qǐng)做一輛太陽能電池小車，比較薄膜電池和多晶硅電池哪個(gè)轉(zhuǎn)換的電力大，都以這輛玩具小車跑的距離作為判定標(biāo)準(zhǔn)”，這種良構(gòu)問題把獲取知識(shí)和解決問題的方法都做了明確提示，其挑戰(zhàn)性比劣構(gòu)問題要低得多。在一個(gè)有深度的A-STEM學(xué)習(xí)項(xiàng)目中，良構(gòu)問題主要是用到解決劣構(gòu)問題的某個(gè)環(huán)節(jié)中，通過它去獲取必要的知識(shí)和方法，其目的是最終推動(dòng)劣構(gòu)問題的解決，但絕不是一個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目的全部。項(xiàng)目設(shè)計(jì)劣構(gòu)問題化，從體驗(yàn)轉(zhuǎn)向真正有深度的探究才有可能。

4.將簡單的數(shù)字化測(cè)量工具大量用起來

對(duì)于A-STEM來說，信息技術(shù)與課程深度融合最直接的體現(xiàn)就是把簡單廉價(jià)的數(shù)字化測(cè)量工具用起來，甚至把手機(jī)上的傳感器用起來。例如，在學(xué)習(xí)聲音時(shí)，測(cè)量噪聲強(qiáng)度的聲級(jí)計(jì)APP、感受聲音震動(dòng)頻率的頻率發(fā)生器APP等，都可以用于改變傳統(tǒng)落后的研究條件，這些傳感器雖然達(dá)不到工業(yè)級(jí)的高精度，但用于教學(xué)是足夠的，可以把學(xué)生定性的不準(zhǔn)確的感受，提升到更加精確的用準(zhǔn)確數(shù)據(jù)說話的真科學(xué)研究上來。

5.教學(xué)生學(xué)習(xí)正確的統(tǒng)計(jì)思想和方法

電子化智能化的測(cè)量工具獲取的數(shù)據(jù)需要用一定的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行整理，中小學(xué)課標(biāo)里對(duì)統(tǒng)計(jì)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用也有一定的要求。對(duì)于小學(xué)生來說，會(huì)四則運(yùn)算，就可以做簡單的統(tǒng)計(jì)。

在小學(xué)科學(xué)教材中，采用獲取三次測(cè)量數(shù)據(jù)然后算平均數(shù)的方法，用于消除誤差，獲得可靠的結(jié)果。但恰恰是這種看似簡便易行的方法，卻帶來了對(duì)統(tǒng)計(jì)思想甚至科學(xué)思想的誤解。第一，三次測(cè)量的數(shù)量是不夠的，要有足夠的測(cè)量數(shù)量才能歸納出結(jié)論，形成正確的統(tǒng)計(jì)思想;第二，三次測(cè)量的結(jié)果求平均數(shù)時(shí)，很容易被某個(gè)測(cè)量不準(zhǔn)的數(shù)帶偏，而得到不正確的結(jié)果，消除誤差最好的辦法不是平均數(shù)，而是反復(fù)檢查實(shí)驗(yàn)測(cè)量是否科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，盡可能在實(shí)驗(yàn)控制上做嚴(yán)格要求，以避免學(xué)生形成錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)思想。

在本期專題的例子中，何躍華老師讓三年級(jí)的學(xué)生看疫情統(tǒng)計(jì)圖，教學(xué)生用電子體溫計(jì)監(jiān)測(cè)家人一天中的體溫，從中發(fā)現(xiàn)了人的體溫不是恒定在37°C不變，而是有一定小幅度的變化，這種變化在一個(gè)合理范圍就是正常的，超過了就可能是發(fā)燒了，要去醫(yī)院做進(jìn)一步的診斷。不要小瞧學(xué)生獲得的這個(gè)知識(shí)，它有可能使學(xué)生對(duì)世界萬物變化的看法發(fā)生變化，從中感受到用統(tǒng)計(jì)看世界的思想。施珍梅老師在小學(xué)高年級(jí)則更進(jìn)一步，教學(xué)生看到統(tǒng)計(jì)數(shù)字背后隱藏著的東西，對(duì)社會(huì)上一些流行的統(tǒng)計(jì)結(jié)論進(jìn)行批判性思考，從而讓學(xué)生透過數(shù)據(jù)看本質(zhì)，鍛煉基于證據(jù)和統(tǒng)計(jì)思想去質(zhì)疑的本領(lǐng)，期望學(xué)生在日常生活中不那么容易被流言和商家忽悠。

統(tǒng)計(jì)是STEM中非常常用又適合不同年齡段學(xué)生的數(shù)學(xué)方法，藉此把M（數(shù)學(xué)）體現(xiàn)出來，探究項(xiàng)目的科學(xué)性將得到更好的保障。

以上策略是因目前國內(nèi)STEM教育中存在的問題，基于深圳龍崗A-STEM教育的經(jīng)驗(yàn)而提出的，其中技術(shù)上的策略容易學(xué)習(xí)，但每一個(gè)策略背后都涉及教師的改變。作為STEM教師，在教學(xué)生用好先進(jìn)的數(shù)字化工具的同時(shí)，在所有的項(xiàng)目中自然地融入人文，價(jià)值引領(lǐng)，彰顯科技為人類福祉服務(wù)的價(jià)值，才能培養(yǎng)出健全的負(fù)責(zé)任的公民。STEM教育是實(shí)踐性很強(qiáng)的發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造力的不同于傳統(tǒng)傳授的教育，這就需要教師不斷反省和改變，特別是要自覺克服潛意識(shí)中知識(shí)傳授的慣性，通過反復(fù)錘煉，迭代改變，才能讓STEM課程真正推動(dòng)有深度的學(xué)習(xí)，造福學(xué)生。