STEM教育中的跨學科教學何以可能

摘要：跨學科教學何以可能，是STEM教育能不能做好的一個深層次基本理論問題。該文基于知識理論和歷史向度，對這一問題嘗試進行了回答。知識的統一性源于自然的統一性。自然演化的邏輯決定了學科在分化過程中的聯系。這種聯系表現為學科鄙視鏈和學科依存鏈正反兩種基本形式。基于知識的進化論與學科的生態學，作者以課程設置的連續統詮釋了基礎教育學段課程設置的基本結構，并以數學、科學、技術與工程連續統揭示了STEM教育在層次上的豐富性。在對歷史的回溯中，為STEM教育倡導的跨學科教學理念找到了進步教育綜合課程這一思想源頭，并面向現實與未來闡述了STEAM給STEM帶來的三重新意涵，即想象力與創造力的彰顯、科學與人文兩種文化的融合，以及美學意蘊的釋放，最終推動教育走向真善美統一的新境界。

關鍵詞：STEM教育；跨學科教學；學科依存鏈；課程連續統

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

本文系2021年度華中師范大學國家教師發展協同創新實驗基地建設專項“人工智能+STEAM與創客教師研訓”（項目編號：CCNUTEI2021-14）、2022年度教育部產學合作協同育人項目“基于‘AI三個課堂’的STEAM與創客教師研訓模式創新與應用實踐”（項目編號：220402377295714）研究成果。

隨著素質教育的深入推進和新課程標準的頒行，STEM教育引起了越來越多關注，但在實踐中也暴露出一些問題，其中最嚴峻的莫過于如何真正在跨學科教學中實現學科融合。常見的是，在一節課里機械地把幾個學科生硬拼湊在一起，各科教師你方唱罷我登場，讓教學變成了一塊百衲布，不僅沒有在跨學科教學中實現學科間的融合，而且還讓原來分科教學保有的系統性和連貫性優勢蕩然無存。實踐中出現這些亂象，與理論上的“迷思”有關。理論上正本清源，實踐中才能撥亂反正。本文試圖通過追問STEM教育是一種理工領域的跨學科教學這一共識背后更為深層的問題——跨學科教學何以可能——來為理論上迷思的澄清和實踐中亂象的反正盡綿薄之力。

一、知識的進化論與學科的生態學

跨學科教學涉及的深層次基本理論問題首先是學科的概念及學科之間的關系。不能在理論上回答學科究竟是什么及學科之間究竟是什么關系，跨學科教學的實踐必然會陷入盲目的境地。

1.自然的演化與學科的分化

學科是和科學與知識這兩個概念密切聯系在一起的。科學不斷發展，知識之樹不斷生長，學科不斷分化。這是一個三位一體、相互耦合、螺旋上升的過程。對于什么是學科，恩格斯在《自然辯證法》里曾有過非常經典的論述。他指出：“每一門科學都是分析某一個別的運動形式或一系列相互關聯和相互轉化的運動形式的，因此，科學分類就是這些運動形式本身依其內在序列所進行的分類、排序，科學分類的重要性也正在于此”[1]。這一馬克思主義科學哲學的基本觀點為科學的分類設定了最根本、最科學的標準，即根據物質運動的形式來對科學進行分類，分類的結果即是各種不同的學科。循著這一思想不斷發展的歷史軌跡，漸次形成了學科劃分的基本框架，即從研究對象和研究方法兩個維度出發，構成一個二維矩陣式的學科分類學[2]。也就是說，一門學科要想成立，要么有獨特的研究對象，要么有獨特的研究方法，或二者同時具備。以獨特的方法來研究獨特的對象便產出了獨特的知識，由此一個學科便獲得了立身之本。瞿葆奎和唐瑩在“教育分支科學叢書”的長篇序言中在對教育科學體系進行審視時對此曾有過非常詳盡而精辟的討論[3]。

恩格斯在《自然辯證法》里進一步指出：“當我先把物理學叫做分子的力學、把化學叫做原子的物理學，再進一步把生物學叫做蛋白質的化學的時候，我是想借此表示這些科學中的一門向另一門的過渡，從而既表示出兩者的聯系、連續性，又表示出它們的差異、非連續性”[4]。這句話非常深刻和明確地揭示了當時僅有的三門科學——物理學、化學、生物學——之間的關系。這種關系蘊含著知識的統一性。長期以來一直存在著這種對知識統一性的追求。從羅素與懷特海的《數學原理》到溫伯格的《終極理論之夢》，都展示了這種雄心。盡管不同學科擁有不同知識，但所有這些知識都是對我們生活的這個現實生活之經驗世界的描述。知識之所以具有統一性，源于這個世界本身是統一的。自科學革命以來，知識之樹蓬勃生長，分叉越來越多，反映的是人類在追求知識統一之路上面臨的學科高度分化這一現實。這在教育實踐中的反映，主要表現為分科教學這一制度安排。分科教學讓學校為學生人為構造了一個純粹學科的世界——數學的世界、科學的世界、文學的世界，如此等等。但現實中并不存在這樣一個純粹的數學的世界或科學的世界，而只有一個現實生活的經驗世界。當學生走出校門，在這個現實生活的經驗世界中根本找不到一個純粹數學或科學的世界，他會迅速拋棄在學校里人為建構的純粹的數學或科學世界，而回歸現實生活的經驗世界。就像莫里斯（Jan Morrison）等人指出的那樣，“將知識組織成學科可能有助于研究，有助于深入探究任何自然現象的秘密或將知識劃分為可教授的部分。但它并不能反映現實，也不能傳達我們所生活的世界的精彩。它更無助于引導學生走向探究的對立面：通過應用知識設計方案來解決問題”[5]。所謂的“高分低能”，蓋源于此！

面對這一南轅北轍的景象，更加有必要厘清學科之間的關系，并以此來認識和推進知識的統一這一宏大工程。“知識樹”因此成為一個非常有效的隱喻和概念工具。心理學家亨瑞其斯（Gregg Henriques）曾開發過一個“知識樹”（Tree of Knowledge，簡稱ToK），如圖1所示。他認為，自大爆炸以來，宇宙的演化在時間的長河中先后跨越了四個層級，分別是物質、生命、心智和文化，由此漸次形成了四個不同的知識分支，即物理學、生物學（包括化學，因為生物過程都是化學過程）、心理學和社會學（二者無疑都是廣義的）[6]。作為一個更大的知識統一理論的一部分，這棵知識樹和傳統意義上的知識樹不同的地方在于：它由自然和知識兩條線索構成，并形象展現了自然演化和學科分化在邏輯上的一致性。這和恩格斯在《自然辯證法》中提出的依據物質運動方式的不同對科學進行分類的思想是一致的。亨瑞其斯的知識樹將現代經驗自然科學描述為一種論證系統，其功能是描繪這個世界的復雜性和變化。我們可以把知識樹視為知識進化的一種概念模型。這一概念模型不僅展現了學科之間的關系，而且還揭示了這樣一個事實，即學科之間的聯系是錯綜復雜的，不僅存在橫向聯系，還存在縱向聯系。

2.學科鄙視鏈與學科依存鏈

如果說橫向聯系提供的是學科交叉的機會，那么縱向聯系導致的歷史和現實后果就不那么美妙了。長期以來，不僅存在著斯諾（C. P. Snow）在《兩種文化》中揭示的文理之爭所展現的科學與人文兩種文化的對立，即使在自然科學內部各學科之間也是齟齬不斷，一定要爭一個高低貴賤出來。坊間流傳的“學科鄙視鏈”就是這樣出現的。互聯網上有一幅漫畫，生動展現了這種學科之間的鄙視關系。一般的鄙視鏈條是：心理學家看不上社會學家（如下頁圖2所示），生物學家看不上心理學家，化學家看不上生物學家，物理學家看不上化學家，數學家看不上物理學家，邏輯學家看不上數學家，飄在天上的哲學家一方面看不上所有呆在地上的這些人，另一方面相互之間也看不上。這雖然是一種戲謔，但也在某種程度上是對學科之間在縱向上存在層級關系的一種幽默反映。對教育而言，其價值在于提示基礎教育的基礎性究竟在哪里。按照一般的經驗來說，學數學的很容易轉學物理，學物理的很容易轉學化學，學化學的很容易轉學生物，學生物的很容易轉學醫學，學醫學的很容易轉學心理，學心理的很容易轉學教育，但反過來就幾乎不可能了。基礎教育的基礎性主要是由基礎學科的教學來體現和保證的。這也是為什么基礎教育階段學科設置不能像高等教育那樣的原因。這提醒我們，在中小學推行STEM教育更加需要慎重，始終不能忘記基礎教育的基礎性。

如果從相反的方向來審視這幅圖，把學科鄙視鏈進行翻轉，就可以展現出不同學科之間存在的另外一種關系，即依存關系。如果說社會學只是心理學的應用，心理學只是生物學的應用，生物學只是化學的應用，化學只是物理學的應用，物理學只是數學的應用，數學只是邏輯學的應用。那么反過來看，社會學也是心理學發展的溫床和土壤，心理學也是生物學發展的溫床和土壤，生物學也是化學發展的溫床和土壤，化學也是物理學發展的溫床和土壤，物理學也是數學發展的溫床和土壤，數學也是邏輯學發展的溫床和土壤。后者事實上也一直在從前者中汲取智慧與力量。沒有前者后者也就失去了用武之地。后者的力量正是通過前者才得以展現出來。托尼·比徹（Tony Becher）等人曾經使用“部落”的概念來隱喻不同學科之間的生態關系。盡管不同的學術部落都有自己的領地而且以筑起高高的學科壁壘來禁止他人踏足，但正是各種不同學術部落的存在，共同維系著人類知識這一生物種群的多樣性，并使其生生不息[7]。正如生物多樣性是生物種群可持續發展的生命線一樣，學科多樣性也是學科種群可持續發展的生命線。學科依存鏈和學科鄙視鏈結合在一起，才構成了一幅完整的圖景，其中蘊涵著科學把握學科之間關系的辯證法。

二、課程設置連續統與跨學科教學

前述有關知識進化論與學科生態學的討論為理解教育實踐中的學科融合與跨學科教學提供了新思路。在現行教育體系中，課程設置基本上是按照學科進行的。每一門課程背后都對應著一個學科。因此也可以按照知識進化論和學科生態學的觀點來描述這些學科課程之間的關系。

1.課程設置的連續統與跨學科教學的邏輯鏈

所有學科都是對現實生活之經驗世界的描述。只有一個現實生活的經驗世界，因此它必定是統一的。這一統一的世界決定了所有學科之間必然存在聯系，進而預示著知識統一的前景。這是知識統一理論的基本假設。從這一假設出發，可以看到：所有學科課程蘊含的知識都是對現實生活之經驗世界的描述，在基礎教育學段，這些課程構成了一個從現實生活的經驗世界出發，最終又回到現實生活之經驗世界的連續統，如圖3所示。

在這一連續統中，離現實生活之經驗世界最近的是體育。這是因為，人類最早和這個世界的交互主要是通過肢體進行的。正是這種以自身肢體為工具中介展開的交互，構成了人類心理發生與發展的起點。皮亞杰的發生認識論早已對這一點進行了非常深入而詳盡的闡釋。排在體育之后的是包括音樂和美術的藝術。音樂和美術反映的是在人類早期以自身肢體與這個世界展開交互之后以及語言誕生之前，以音調和線條對這個世界的表達。排在藝術之后的是語言，包括母語和外語。它反映的是人類發展進程中言語符號的出現。這些言語符號不但是對現實生活之經驗世界的描述，更重要的是人際之間溝通與交流的更有效工具。在語言之后的是數學。數學是使用比自然語言更加抽象的符號對這個世界的描述。數學語言不僅更抽象，也更精確。到這里可以看到，這些課程以及這些課程背后映射的學科是從現實生活的經驗世界出發，但離現實生活之經驗世界漸行漸遠的。

隨著人類以受控實驗對自然更有力的叩問，當數學語言被用于描述自然時，科學就誕生了。這就是李約瑟（Joseph Needham）所謂西方近代自然科學的基本結構，即把數學假說應用于自然，充分認識和運用實驗方法，區分第一性質和第二性質，空間的幾何化，接受實在的機械論模型[8]。科學是使用遠比藝術和自然語言精確的數學語言對這個世界的描述。這種描述蘊涵著改造自然的絕大力量。因此在科學課程之后是技術課程，包括信息科技和通用技術。近代以來，技術創新都是科學革命結出的碩果，并成為工業革命的主要動力。通用技術課程展現的是第一次工業革命以來傳統科技創新及其在社會生產與生活中的應用。信息科技課程反映的則是第三次和現在剛剛興起的第四次工業革命以來以信息通訊技術（ICT）為代表的新興科技創新及其在社會生產與生活中的應用。在技術課程之后是綜合實踐課程，綜合實踐課程的目的是實現之前分科教學習得之知識的跨學科融合應用。這種跨學科融合應用的邏輯延伸很自然地就構成了勞動教育，即對現實生活之經驗世界的改造。最后，道德與法制所蘊含的德育功能貫穿滲透于所有學科與跨學科教學過程之中。

由此，我們從現實生活的經驗世界出發，最終又回到了現實生活的經驗世界。這是一個持續展開的螺旋式上升的過程。澄清了義務教育階段設置課程之間的基本關系，才能真正理解“五育并舉”促進學生德智體美勞全面發展背后的邏輯，進而在教育實踐中推進跨學科教學，特別是STEM教育。

2. STEM教育中的數學、科學、技術、工程連續統

目前，雖然STEM教育搞得生動活潑，紅紅火火，但很多并沒有取得預期效果。其中很重要的原因在于對STEM教育的理解往往是表面性、機械式、拼盤化的，即把STEM教育視為科學、技術、工程和數學四大學科教學的雜糅，對這四大學科之間究竟是一種什么樣的關系卻避而不談，或僅僅引述詞典里科學、技術、工程和數學的定義，就事論事，浮光掠影，根本于事無補。事實上，對STEM教育究竟是什么及怎么做這個問題的回答，離不開對科學、技術、工程和數學四大學科之間關系的澄清，更離不開對STEM教育歷史演進的系統回顧。唯有如此，才能真正實現歷史與邏輯的同一。

首先，來看科學、技術、工程和數學四大學科之間的關系。科學、技術、工程和數學之間不但和科學內部不同學科之間一樣存在著層次性，而且還存在著錯綜復雜的交互關系。如果說數學和科學在思維方式上是分析的，那么技術和工程在思維方式上則是綜合的。工程面向現實世界，立足真實場景，解決實踐問題，它包括兩個核心步驟：設計和造物。設計不可避免地要利用多學科知識，其中主要的是科學。造物則是使用工具裝備把存在于頭腦中的設計藍圖即認知的人造物（Cognitive Artifacts）轉化為現實的人造物（Artifacts）。而這些工具裝備正是技術創新的結晶。由此決定了技術和工程之間密不可分的親緣關系。盡管人們對工程究竟是什么存在著各種不同的理解與認知，但一般都把其視為借助于工具裝備對自然的改造。這也是工程（Engineering）不同于手工（Handcraft）的地方。

這一點對于STEM教育具有非常重要的意義。實踐中，往往在“做中學”的名義下把手工等同為工程，進而認為做手工就是STEM教育。其實大謬不然。手工基于個體經驗和隱性知識，主要靠人力勞動。工程則基于普遍原理與顯性知識，主要靠工具裝備。手工和工程的區別，可以用一個簡單的例子來說明。比如，在農村院子邊上搭一個茅房屬于手工，而在城里蓋一棟樓房則屬于工程。搭一個茅房，基本上不用畫圖紙，因此談不上什么設計，也不用使用什么太高級的諸如挖掘機之類的工具裝備，一般用鐵鍬挖一個坑，四周用秸稈做一個圍擋就可以了。蓋一棟樓房則不然，不僅要有非常完備的設計圖紙，而且還需要使用諸如吊塔之類的各種工程機械裝備。二者需要用到的科學知識和蘊含的技術含量有天壤之別、云泥之分。

工程實踐使用的那些工具裝備無疑是技術創新的結晶。這些裝備之所以能被制造出來且發揮相應的功能，顯然是由科學原理來保證的。也正是在這一意義上，現代技術才被視為基于科學的技術（Science-based Technology）。關鍵技術創新必然以基礎科學的突破為前提。如果說這展現了科學、技術與工程之間的線性相關，那么反過來看，工程實踐并不僅僅只是技術裝備的簡單應用，同時也是技術創新重要的策源地，技術創新也并不僅僅只是科學研究在應用上的邏輯延展，同時也持續為科學研究提供強有力的工具手段，并反向推動基礎科學不斷取得新突破。這正是斯托克斯（Donald Stokes）在《巴斯德象限》一書中所要力圖展現的當代基礎科學與技術創新之間的雙向交互關系[9]。推而廣之，這也是當代科學、技術與工程在實踐中展現出來的三位一體、耦合發展的基本趨勢。

數學與科學的關系就更明確了。誠如李約瑟所言，科學源于把數學假說應用于自然，充分認識和運用實驗方法，持續推動空間幾何化的歷史努力[10]。柯瓦雷（Alexandre Koyré）甚至把對近代以來興起的這場科學革命的刻畫“近乎等同于自然的數學化（幾何化），從而近乎等同于科學的數學化（幾何化）”[11]。伽利略曾說：“哲學被寫在這本永遠敞開于我們眼前的巨大的書里——我的意思是宇宙，然而，如果我們不首先努力弄懂它的語言，認識書寫它的文字，就理解不了它。它是用數學語言寫成的”[12]。這也是牛頓在《自然哲學的數學原理》這一科學革命的里程碑式作品中展現的圖景。正如《物理世界的數學奇跡》一書的最后一句話所言：“宇宙正對我們輕聲耳語，透露自己的秘密，用的還是立體聲”，而這一立體聲的主旋律無疑是數學的[13]。數學的穿透力之強，可能還不止于科學這一層，甚至還一直延伸到了技術和工程的層面。數學這一學科的基礎性由此可見一斑！

數學、科學、技術、工程之間錯綜復雜的交互關系決定了STEM教育蘊涵著豐富的層次性。它遠不止讓學生在活動課中做個東西出來那么簡單，也不僅僅只是在工程實踐的過程中掌握各種技術裝備的使用，而是以借助技術裝備的工程實踐來觸發和驅動科學探究不斷走向深入，并在技術應用和科學探究的過程中持續深化對數學運算和邏輯運演的理解與認知。從這一意義上來講，STEM教育就是一個剝洋蔥的過程。最外面的一層是工程，里面的一層是技術，再里面的一層是科學，最里面的那層則是數學。工程面向的是現實生活的經驗世界，數學面向的則是抽象思維的邏輯世界。這是兩個不同的世界。教育的使命就是打通這兩個世界，并推動學生在這兩個世界的來回穿梭中實現發展。從工程這一層出發，一直剝到數學這個洋蔥芯，這是一個從具體到抽象不斷螺旋式上升的過程。這就是杜威（John Dewey）所謂“教育即經驗”“教育即經驗的持續不斷的改組與改造”一語的真諦。

反觀現在很多STEM教育，層次的豐富性很弱，有時甚至只有一層。這在實踐中表現為，很多 STEM課程口口聲聲自詡“做中學”，但往往變成了“有做而沒有學”。學生忙活半天，往往變成了學手藝，甚至出現照著說明書不動腦子機械拼裝最后雖然做出了個東西但卻對其背后的原理一無所知最終在學習上一無所獲的荒誕情形。基礎教育面臨著因藍翔技校化而喪失基礎性的風險！教育要從經驗出發，但并不能止于經驗。杜威曾指出：“相信所有真正的教育都是透過經驗而來，這并不意味著所有的經驗都是適當的和等同于教育的。經驗和教育彼此之間并不直接是可以畫上等號。有些經驗甚至是錯誤的教育”[14]。杜威當年的警告言猶在耳，今日的STEM教育當引以為戒。

三、STEM教育的歷史回溯與內涵闡釋

雖然基于知識理論的分析有助于深化對跨學科教學的理解，但要真正把握STEM教育跨學科教學的邏輯，僅有理論層面的分析顯然是不夠的。邏輯源于歷史，是從歷史中抽象出來的，因此也是由歷史規定的。對于STEM教育究竟是什么這個問題的回答，只有使用歷史的方法，才能真正做到內涵與外延的同一。

1.STEM教育的跨學科教學理念究竟從哪里來

如果做一個歷史的考察，就會發現，與今日不同，STEM這個詞最早是作為一個高等教育領域內的概念出現的[15]。在美蘇冷戰最激烈的年代，前蘇聯于1957年底把人類歷史上第一顆人造地球衛星送上了太空，震驚了美國朝野。在謀一隅也謀全局、謀一時也謀萬世的戰略思想指引下，美國迅速通過了兩個重量級的教育改革法案，一個是《國防教育法案》，另一個是《高等教育法案》，全面改革教育體系，以應對蘇聯在國防尖端科技方面的競爭。在高等教育領域，對數學、科學與工程教育給予了前所未有的高度重視，投入了大量資源，推動了以斯坦福大學為代表的一批“冷戰大學”快速崛起。STEM的前身SME應運而生。作為高等教育領域內的一個概念，SME這個詞作為科學、數學和工程的簡寫，用來指稱的是科學、數學與工程教育，其中并無跨學科教學的含義。因為在當時的高等教育領域，數學、科學與工程分屬不同學科門類，有各自的院系和建制，雖然有對學科協同與交叉的關注，但主要是在研究而不是在教學的意義上。進入20世紀70年代后，伴隨著硅谷崛起，信息科技革命終修成正果，高等教育機構普遍開設了信息科技類學科專業，信息科技的話語權和影響力不斷增大，技術教育引起了越來越多重視，終于得以與科學、數學和工程并列，SME也進化為STEM。但此時，還是作為一個高等教育領域的概念，僅僅只是作為科學、技術、工程與數學教育的簡稱和統稱，盡管也有研究層面上對學科交叉的強調，但仍無教育層面上跨學科教學的含義。其背后深層的原因可能在于，和基礎教育的基礎性相比，高等教育更多強調的是專業教育。

與高等教育同步，20世紀60年代，在基礎教育領域，認知心理學家布魯納（Jerome Bruner）領導啟動了一場為期十年的基礎教育課程與教學改革運動。這場改革的主戰場和主陣地就是數學與科學教育。其最為鮮明的特色是大批科學家和數學家引領并親身投入數學與科學教育改革的第一線，編寫科學與數學教科書，開發科學與數學教學資源，探索科學與數學教學新模式和新方法。這是一場數學與科學成色十足的教育改革實踐探索，給后來者留下了豐富而珍貴的思想財富。特別是布魯納倡導的發現學習成為其后驅動STEM教育的重要動力[16]。但STEM這個詞正式進入基礎教育，要到20世紀80年代。其中標志性的事件是1983年《國家處于危機之中》報告的出版、1989年美國科學促進會啟動的2061計劃。至20世紀90年代初，STEM基本上完成了向基礎教育領域概念的轉變。當時美國國家科學基金會在SME的基礎上先是使用了SMET這個詞，其后因發音容易引起歧義，才改為STEM[17]。此時它被賦予了更加豐富的內涵，已經不僅僅是作為科學、技術、工程和數學教育的簡稱和統稱了，而是具有跨學科教學的新指向[18]。

這種變化究竟是如何發生的呢？這可能和美國基礎教育領域內長期以來存在著的杜威的綜合課程傳統密切相關。眾所周知，作為進步教育的領軍人物，杜威經驗自然主義的教育思想在教育史上具有非常重要的地位，也為美國教育的實踐打上了深刻烙印。杜威經驗自然主義的教育思想以實用主義的哲學為引領，以機能主義的心理學為基石，系統回答了什么是教育、什么是學校、教材如何組織、教學如何開展以及學校何以促進社會進步等問題。其中最核心的是課程與教學問題。杜威在課程構建上提出了綜合課程的觀點，在教學實施上提出了與綜合課程相應的“做中學”的教學法，產生了深遠而廣泛的影響。因此有理由認為，正是由于杜威綜合課程的理念和對“做中學”教學法的倡導，才使STEM在進入基礎教育領域后獲得了跨學科教學的新內涵。如果說在概念層面上，“我們必須首先認識到STEM是一個統一的概念，而不僅僅是四個學科以方便發音的縮寫詞構成的組合”[19]，那么在課程和教學層面上，這一跨學科的理念也很自然地包含了兩個方面的內容，即在課程構建上強調基于學科知識整合的綜合課程，在教學實施上強調以活動為中心的“做中學”[20]。思想的力量就是如此隱秘而強大！

2.STEAM究竟給STEM教育帶來了什么

當然，正如從SME到STEM一樣，STEM的概念也在不斷進化。其最近一步的發展便是廣為認知的STEAM，藝術（Arts）加入了進來。很多人認為，藝術加進來就是通過藝術設計讓STEM教育中工程實踐的造物環節產出的人工制品更好看[21]。這固然不錯，但顯然遠不止于此。藝術加進來，不僅使跨學科教學的幅度更廣闊，更重要的是賦予了STEM教育這一面向理工領域的跨學科教學更加豐富的內涵和更加崇高的使命。

首先，STEAM以藝術為STEM教育插上了想象力和創造性的翅膀，使學生能在數學、科學、技術和工程的天空中自由翱翔。藝術教育是啟發式的[22]，其最重要的價值在于培養人的想象力，而想象力是創造力最核心的成分。STEM教育中無論是數學還是科學，抑或技術與工程，都是邏輯主導的。雖然不管是數學、科學、技術與工程的研究還是學習都需要想象力的參與，但數學、科學、技術與工程的課堂本身卻并不能培養這種想象力。斯托克斯迪克（Martin Storksdieck）指出，STEM教育應該從人文領域那里得到啟發，至少擁有一種能夠激發學生創造力和想象力的東西[23]。這一重任顯然落在了藝術的肩上。很多教育工作者認為，STEM缺少與創造力相關的成分，而培養創造力最好的途徑則是藝術[24]。藝術提供了一種不同于科學、技術、工程與數學的看世界的方式，這是一種可以導致對世界有不同理解的啟發式方法，是解放數學家、科學家和工程師的思想并為其注入一定程度的創造力和創新性的有效手段。“當藝術在學校中缺席時，那些對藝術有天賦或興趣的學生就失去了在我們的教育體系中找到自己位置的機會。最終的結果是讓年輕人喪失了獲得意義的多樣性和深刻性的機會”[25]。而有了藝術教育的加持及其對學生想象力的激發與培養，便為他們對數學、科學、技術與工程的學習注入了源源不斷的澎湃動力。類似于工程教育中的工程設計方法或技術教 育中使用的設計循環以及科學課程中使用的科學方法，藝術把具有啟發式性質的工作室心智模式或思維習慣作為一種基于經驗的技術，用來解決問題、開展學習、進行研究或做出發現，這可以為STEM教育提供很大幫助[26]。

其次，STEAM以藝術賦予了作為理工領域跨學科教學的STEM教育以藝術修養和人文關懷，進而打破了科學與人文兩種文化的對立。科學與人文的對立，是一個老生常談但又束手無策的問題。20世紀50年代，當斯諾發表《兩種文化》時，他想展現的是人文在科學面前的傲慢。出人意料的是，《兩種文化》問世之后，科學與人文這兩種文化的對立便發生了迅速翻轉。伴隨著科學技術在社會生產與生活中不斷展現出越來越巨大的力量，它一改之前的弱勢，變成了傲慢的那一方。盡管人文學者對科學文化的這種傲慢痛心疾首、口誅筆伐，但根本無濟于事。通過藝術，把人文精神融入到STEM教育中，以STEAM這一新的跨學科教學形式首先在教育上把科學與人文整合起來，將學生對科學、技術、數學與工程的學習與對人類事務、福利、價值觀或文化的興趣和關注融為一體[27]，可以有效避免把科學技術在社會文化中表現出來的那種傲慢傳遞給學生，把未來一代造就成具有深厚人文修養的科技專才或具有濃郁科學精神的人文學者，對于科學與人文這兩種文化在更廣泛社會生活中的融合具有基礎性的意義。有學者指出，現在STEAM教育中的“A”越來越被用來指設計和美術、音樂和表演藝術[28]。這顯然非常狹隘。它還肩負著兩種文化融合的重任，因此需要在STEAM活動的實踐中融入更多社會文化背景，以提出更多獨特的人文問題。

第三，更深一層來講，STEAM以藝術讓STEM教育中固有的美學意蘊更加充分地釋放了出來，從而使教育臻于真善美的新境界。藝術的功能是審美。藝術教育不僅僅只是培養人的想象力和創造力，打破科學與人文兩種文化的對立，其最高層次的追求是培養一個人審美的能力。藝術經驗往往被當作穿著禮服在音樂廳里和劇院中正襟危坐聽音樂和看戲劇，被看成是去博物館和畫廊觀賞藝術名作，被局限于閱讀文學名著[29]。其實并不盡然。從中世紀的手工作坊中，一方面生長出現代的制造業，另一方面也生長出美的藝術。近代以來，伴隨著科技革命和工業革命，這一潮流得到了進一步弘揚與發展。杜威認為：“為了理解藝術產品的意義，我們不得不暫時忘記它們，將它們放在一邊，而求助于我們一般不看成是從屬于審美的普通的力量與經驗的條件”[30]。STEM教育能夠提供給學生的，就是這種“普通的力量與經驗的條件”。STEM教育本身已具有內在的審美維度，STEM課程中的問題解決不僅涉及到形式推理而且還包括審美體驗[31]。數學和科學展現的是理性之美，技術和工程展現的則是力量之美。數學運演、科學探究、技術創新和工程實踐都可以獲得審美體驗，因為它們“結合了情感、滿足和理解”[32]。通過審美探究來解決問題和協調多種解決方案是數學家、科學家、工程師和藝術家共同的事業[33]。藝術加進來后，與科學、技術、數學和工程的跨學科融合，將極大促進美學思維和數學思維、科學思維、技術思維、工程思維的激蕩與融合，使STEM內蘊的審美維度進一步彰顯，培養學生對數學、科學、技術和工程的審美能力，讓他們能夠領略數學與科學的真以及技術和工程的善，進而在這一過程中獲得豐富而深刻的情感體驗，從而達到真善美的統一這一教育的最高境界。

四、結語

面對百年未有之大變局，舉國上下對科學教育前所未有地重視，STEM教育承載著新一輪科學教育創新發展的希望，并必然會在本土化實踐中實現研究的中國化，產出具有民族特色的理論成果。“基本問題的命運往往就是被后來那些把基礎視為理所當然的人看成沒有意義”，但沒有對基本問題的探討作為開端，其后的一切根本不可能開始[34]。立足現實，面向未來，加強STEM教育的基礎理論研究，特別是對其涉及到的深層次重大理論問題做出科學回答，是教育工作者肩負的重大歷史責任與時代使命。本文基于知識理論和歷史回溯對跨學科教學何以可能這一問題進行的初步探討，僅僅是漫長理論建構之路上微不足道的一小步。我們真誠地希望也堅定地相信，未來會有更多更好的研究成果持續不斷涌現出來，中國STEM教育的百花園必然會百花盛開，萬紫千紅！

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作者簡介：

鄭旭東：教授，博士，研究方向為教育技術學基礎理論。

周冰：在讀博士，研究方向為教育技術學基礎理論。

沈曉臣：在讀碩士，研究方向為教育技術學基礎理論。

How Interdisciplinary Teaching in STEM Education is Possible

—An Examination on the Basis of Knowledge Theory and Historical Dimensions

Zheng Xudong， Zhou Bing， Shen Xiaochen

（Faculty of Artificial Intelligence in Education， Central China Normal University， Wuhan 430079， Hubei）

Abstract： How interdisciplinary teaching can be possible is a fundamental theoretical question of whether STEM education can do well. This article attempts to answer this question based on knowledge theory and historical dimension. The unity of knowledge originates from the unity of nature. The logic of natural evolution determines the connections between disciplines in the process of differentiation. This connection manifests as two opposite basic forms： the chain of disciplinary contempt and the chain of disciplinary dependence. Based on the theory of evolution of knowledge and the ecology of disciplines， the author interprets the basic structure of curriculum design in the basic education stage through the continuum of curriculum design， and reveals the richness of STEM education at the level through the continuum of mathematics， science， technology， and engineering. In retrospect of history， the interdisciplinary teaching concept advocated by STEM education has been identified as the source of the progressive education comprehensive curriculum， and the three new meanings brought by STEAM to STEM are elaborated in terms of reality and future， namely the manifestation of imagination and creativity， the integration of science and humanities， and the release of aesthetic connotations， ultimately promoting education to a new realm of unity of the truth， the good， and the beauty.

Keywords： STEM education； interdisciplinary teaching； discipline dependency chain； curriculum continuity

責任編輯：李雅瑄