于晓雅专栏｜STEM项目学习要重点关注什么？

于晓雅

博士，副教授，美国弗吉尼亚理工大学STEM教育研究组访问学者。北京教育学院信科院创客教育研究中心主任、综合实践课程教研室主任、党支部书记。北京市教育学会创造教育研究会副理事长，中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会常务理事，中国电子学会普及工作委员会委员，中国电子学会现代教育技术分会STEAM教育专家组专家、中国教科院STEM2029项目专家、ITCCC“未来之城”“青少年创新发明”竞赛指导专家和评委。国际STEAM课程开发者大会—STEAM课程教学展评活动学术策划及总评审专家。“中小学教师专业发展标准”课题组信息技术学科负责人，任《中小学教师专业发展标准及指导》丛书副主编及信息技术学科分册主编，《中小学教师专业发展标准的研制及应用》获得2017年北京市基础教育教学成果奖一等奖。英文论文《STEM+计算思维的实践研究》获得北京教育学院2018年科研成果二等奖。作为项目负责人，承担有北京市教育科学“十三五“规划重点课题《中小学教师基于信息技术开展跨学科教学的能力框架和提升策略研究》、北京市社会科学基金项目《信息技术与中小学STEM教育深度融合的教学实践研究》、北京教育学院重大课题“中小学生创新能力培养实践研究----STEM教育理念下的创客教育课程实践探索与研究”。是北京教育学院信息技术学科创新平台建设负责人，主持有“北京市特级教师工作室-中小学人工智能教学实践研究”和北京市卓越教师工作室“、基于STEM的综合实践课程设计与实施”两个高级研修项目，是北京市协同创新项目“人工智能视域下中小学教师信息素养提升”团队负责人。担任国内多个地区和学校的STEM指导专家，在国内外期刊和会议上发表中英文相关论文30余篇。

STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科的简称，强调以项目学习的方式，促进多学科的交叉融合。STEM教育有助于培养综合性创新人才，因此在当前备受各国政府重视。我国关于STEM教育的研究文献有不少，但大多是介绍国外相关的理论和政策，本土化的实践还处于起步阶段。特别是对于中小学一线教师而言，如何开展STEM项目学习，仍然是一个现实而紧迫的难题。

近两年来，北京教育学院“中小学生创新能力培养—STEM教育理念下的创客教育课程实践研究”课题组在实验校开展了大量的STEM项目学习实践研究。基于相关学校在实践中出现的一些问题，笔者以为，STEM项目学习需要重点关注以下几个方面。

一、关注跨学科真实情境问题的创设

STEM教育的目标之一是解决真实情境问题，因此，STEM教育驱动的跨学科融合，是“真实问题导向”而不是“教科书导向”的。生活就是一连串问题的求解过程，问题导向的教育返回生活教育，或如陶行知先生所言，是以生活为核心的教育。由于真实生活问题的不确定性，因此培养学生习惯于思考没有确定答案的问题，是STEM跨学科教育的本质特征。

以化学学科《二氧化碳的制取与性质》为例，我们看看从传统“教科书导向”到STEM课程“真实问题导向”的进阶过程是如何发生的。

在传统的“教科书导向”的课程实施中，学生的学习过程往往就是一个验证型实验的操作过程，目标简化，过程单一：学生在实验室中，根据实验手册，按照规定好的实验器材、实验步骤，严格遵循实验要求，成功制取二氧化碳，并记住相关的化学反应式。

优秀的学科教师可能不满足于这种单一的验证型流程式实验课堂，他们会脱离唯教材而教的狭隘教学视角，致力于在学科范围内，将实验课程变成一个科学探究的过程。通过学习实验室中制取二氧化碳的化学反应原理，采用活动与探究的方式来研究实验室中制取二氧化碳的装置。他们会让学生从反应物的状态、反应条件、气体密度、是否与水反应等方面来比较实验室中制取二氧化碳和氧气的异同。

在此基础上，由学生从常见仪器中自己判断选择实验器材并组装制取二氧化碳的装置，并通过对二氧化碳实验室制法及氧气实验室制法的对比，总结实验室中制取气体的思路和方法，由此激发了学生科学探究的兴趣。

从STEM教育的视角来看，这种探究还停留在一个局部的问题解决中，没有真正和实际问题相联系，更没有工程技术驱动的项目学习过程。在经过多次打磨之后，教师意识到必须设计一个开放的可以有多种解决方案的实践学习过程，于是确定了“如何解决满足不同需求的二氧化碳生产方式”的真实情境问题。

从该问题出发，学生根据二氧化碳的用途、性质、化学组成，探究生成二氧化碳的各种可能方式（甚至包括从空气中收集），然后又创设了工业制取和实验室制取两个真实情境路径，通过调研搞清楚工业制取二氧化碳的几种方式的原理和结构，以及选取这种制取方式的原因，如工业制取考虑更多的是原材料的易得性、安全性、性价比等因素；再回到实验室，从教科书给出的制取方法开始，一步步探究实验室制取二氧化碳的各种方法的优缺点。

在实验中，在保证安全的前提下，鼓励学生不断探究实验室制取二氧化碳的装置（不同的实验器材组装）、收集方法、化学反应物、定量测量方法等，最后各小组都给出自认为最佳的制取方法，并在全班展示说明。

从上面“传统的验证型实验—优秀教师的探究型实验—STEM项目学习”的问题进阶过程可见，STEM教育中的真实情境问题，首先是一个有不确定解决方案的开放的问题，其次是与生活实践紧密联系的真实情境问题。解决策略遵循“从真实生产生活中来发现问题—抽象到实验室或课堂中解决问题—回到真实生产生活背景下评价问题”的途径。

STEM学习中要坚持“明确的目标，模糊的过程”，即解决某个确定的实际问题，而解决方案和解决过程则是多途径的，从而鼓励学生进行探索、创新。同时，在这样一个过程中，教师也从调研、对比、设计、制作、合作、探究、交流、展示、分享等各个环节，培养了学生跨学科的综合应用能力、发现问题和解决问题的能力。

二、“真实”关注整体知识观的树立

整体知识观是西方进行跨学科课程研究、开发、设置和教学所持的教育观念。西方学界认为，知识是相互关联的，跨学科课程可以使学生形成独特的跨越学科界限的知识视野和思维习惯，学会比较不同学科和理论的观点，理解综合的力量，能够使用对比方法阐明一个或一系列问题，中心目的是促进学生学习的综合化，培养学生的批判性思考和创造性思维能力,激发其创造潜能，帮助其以全面的观点考虑重要事件、现象和思想。

我国基础教育过分强调学科本位，使学生缺乏从比较广阔的视角思考和处理问题的知识基础和创新能力，也有悖于培养全面发展的人的教育宗旨，难以适应社会问题复杂化、知识应用综合化以及促进知识创新等新形势。

STEM教育强调应用跨学科融合，把多学科既有的知识理论共同构建在一个多维立体的空间中，使其相互交叉融合，从而达到解决复杂真实情境问题的目的。例如：一位实验校教师在设计“敦刻尔克大撤退的前世今生”的STEM学习项目中，从历史学科的学生核心素养—“时空观念、史料实证、历史理解、历史解释、历史价值观”出发，引导学生从敦刻尔克的地理位置、气候条件、航运通道，双方武器装备，士兵来源和去向以及现在状况的行进图、变化图、分布图等，全方位立体化地认识敦刻尔克大撤退这一历史事件，学习整体把握历史事件的能力。

三、关注指向学习目标的知识判断力培养

人类的生活世界每时每刻都会涌现出无数的问题，但在某一特定情境内，只有少数问题被认为是重要的或有意义的。德鲁克认为，在知识社会里，最重要的不是知识而是判断正确知识的能力。在STEM项目学习中，由于学生需要学习的内容多，学习的形式多样，容易忽略学习目标的达成，或者导致学习目标的偏离。因此，STEM项目学习需要特别注重指向学习目标的知识判断力培养。

一位教师在设计海洋主题的STEM课程中，有一个项目是“给鱼儿盖房子”。教师和学生仔细学习了百科全书中鱼儿在海里生活的深度、温度、光照度、水流、盐度等条件，甚至包括鱼儿喜欢的洞穴形状等。然后教师给学生播放了动画片《海底总动员》中尼莫家房子被毁的视频，导入让学生给鱼儿盖房子。

学生从画思维导图、头脑风暴盖房子条件，到设计房子图纸、动手搭建房子模型等一系列的过程，甚至在展示中还强调自己建的房子适应海底的条件（除了海洋物理化学环境的条件考虑，还包括抗水流强度的结构、安全结构等），整个外显学习过程仿佛进行了一个真正的基于项目的STEM学习。

但在这个STEM项目学习中，教师恰恰忘了引导学生：“人类为什么要给鱼儿盖房子？”这既是一个必须回答的真实情境创设问题，同时也是关涉学习目标的方向性问题，是最终评价整个学习过程的重要标准。通过课题组的反复引领，教师终于明白，是因为人类滥捕、废物排放、开矿或采集珊瑚等行为污染了海洋，破坏了鱼儿的生存环境，造成了海洋生态的退化，也造成了人类无鱼可打的困境，因此，给鱼儿建房子，是为了恢复生态，保护海洋环境，也是为了人类自身的生存。然后，教师通过引导学生对“人类为什么要给鱼儿盖房子”进行批判性思考，激发了学生探索的兴趣，也打开了学生的思路：给不同的鱼儿寻找不同的环境和不同的房子，除了具体的工程原理外，还能从正反两方面分析各自建造的房子的优劣、适应鱼群的不同等。

为了适应培养21世纪人才的需求，未来学校应成为学生“学习如何学习知识”的场所，培养学生对知识的判断力。康德在《判断力批判》里有一处脚注，他认为，判断力绝非传授可得，因为这一能力只可由实践逐渐形成。工程技术驱动的STEM教育，非常重视以实践活动的形式，在创设的真实情境中开放性地探究解决方法，这也是STEM课程引领跨学科融合的优势所在。

四、关注合作和跨学科的真正融合

作为一种跨学科的学习项目，STEM教育需要教师之间、学生之间、师生之间的合作，以促进学科的真正融合。这一点对于很多实验校而言都是一个难点，不少合作“有形无神”，更不要说真正的学科融合了。比如：某实验校的几个教师觉得“蚕”是初二年级生物学科的一个单元，丝绸之路又与现在的“一带一路”相契合，于是决定开发“蚕与丝绸之路”这一学习项目。生物教师带领学生养蚕，美术教师带领学生创作和丝绸之路有关的美术作品，化学教师研究丝绸和其他几种织物的化学成分，英语教师要求学生写一篇有关蚕的英文小短文，语文教师让学生写一篇相关作文。

这貌似是一个跨学科的案例，但是细细品来，各学科实际上是在“蚕与丝绸之路”这一主题下各行其是，与STEM教育的本质要求相去甚远。“蚕与丝绸之路”本身是个很好的跨学科融合的研究方向，针对这个方向，必须确定一个或几个研究问题作为切入点进行研究，例如：丝绸之路和宋朝经济的关系，养蚕技术的提高与丝绸之路兴起的关系……但是上述实验校错把研究领域作为研究问题来解决，找不到各学科之间的融合点，最后就变成了为跨学科而跨学科的多学科大杂烩。

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