STEM教育的基本方式与过程(一)

向世清

前一讲，我们说明了STEM教育所提供的教学法更能满足当前时代的需求，也正是时代发展所催生出的匹配性教学法。它遵循了历史发展的演化过程，因此是过去所有教学法在不断的传承扬弃后所形成的迄今为止可算是最为优秀的教学法。那么，STEM教育究竟以什么样的方式和过程展开和实施呢？这一讲，我们将专门对此予以描述。最主要的，我们将给出所谓的“九步法”过程。

STEM教育的基本方式与过程：遵循科学研究方法论的方式与过程

科学研究方法论，本质上是为了解决未知问题或解释未知困惑而进行的因果关系求证的过程方法论。人类在不断的认知和发现中，自从科学出现之后，越来越凝练出和规范化了一种准确的科学研究范式，即根据所发现的事物或现象，基于“有因必有果，有果必有因”的哲学思维，在假定其是受到某种因果规律作用的前提下，首先寻找出各种可能形成结果的影响因素，然后通过恰当的验证过程，准确寻找出各影响因素与所发现的事物或现象的结果之间的因果关系，总结归纳出其中的规律性逻辑与真正结论，最终与假设形成对照和判断，验证假设是否正确和成功。如果验证的假设目标未能实现，则再修正相关假设或研究的过程内容，直至找出真正的规律和结论，正确获知因果关系。如此循环往复，就形成了真正的研究过程，其中也自然包含了探究的过程，最终就可以将人们对自然和人自身的客观与主观世界推向更为了解和认知的境界。所谓一个又一个问题的解决，必是我们认知世界的步伐和台阶，最终必定通向认知世界的峰顶（后续我们还将给出与科学研究方法论并行的“工程创建方法论”，因为其与科学研究方法论逻辑一致，且在STEM教育中呈现出同样的作用。这里出于避免开始就出现复杂混淆的目的，先不予介绍）。

当然，在科学研究的过程中，会出现多种复杂反复和曲折不同的过程，也会出现成功和失败的交替，更有长期进行探索却仍是停滞不前的可能。这正是科学研究的复杂性和迷人之处。在过程中，我们也会受到各种方面的限制，比如我们已有的认知水平过于浅薄，研究者的个体认知能力存在局限，现实的条件设备不足以实现预期要求，资源能力难以达成过高的预期等。这些都使科学研究成为一项挑战人类自身智慧和能力的事业。但无论怎样，科学研究的基本方法论迄今已经成为一种广为接受的研究方式和过程，只要我们遵循这样的方式和过程，即使要经历漫长的时间和众多的失败，科学的未知难题总有被攻克的一天。

STEM教育正是遵循了这样一种方法论和思维逻辑。正如前述各讲所给出的，STEM本身呈现了解决问题的规律性，它实际就是我们所说的科学研究方法论的具体化身。将此方式和过程用作教学过程，使学习者按照解决问题的方法和过程模仿解决问题，就可以逐渐建立起今后面对未知问题时的基本思路和习惯，并逐步达成解决未知问题的能力。所以，STEM教育首先就提供了一种建立解决问题能力的可能性。其次，在解决问题的过程中，学习者必然会对已有知识和未知知识进行融合性的学习和探索过程，所有的知识会以所研究的未知问题本身作为汇集和融合载体，于是STEM教育也就很自然地提供了知识学习的要求和载体，自然形成了一种知识教学的途径和承载，更何况它还具有多学科融合性和自然综成性，所以STEM教育也提供了很好的知识学习过程和更多的特殊效能。可以说，截至目前STEM教育能够在新时期脱颖而出，形成巨大影响并风靡全球，根本原因正在于此。

当然，必须牢记，STEM教育毕竟还应是教育过程。不管STEM教育有多新、有多好，它像过去所有的教育一样，都一定是对受教育者进行的教学过程，所以，不能将STEM教育过程等同于科学研究过程，而是一定要认清二者之间的相同点和不同点。

首先，STEM教育是按照科学研究方法过程进行的，这是相同点，也不会发生改变。其次，因为是学习过程，而不是一个真正的未知问题研究过程，所以就要求STEM教育只是一种“模仿”过程，既有点儿“依葫芦画瓢”，又有点儿我国俗语的“过家家”，像是真的，但又不是真的。这是不同点。

那么，STEM教育具体在哪些地方体现出知识学习过程而不是科学研究过程呢？很简单，这就是在有关知识的学习角度，二者呈现出很大的重心和配置的不同。科学研究是依套路和载体研究结果，最终是在已有知识基础上创新发现新知识，一切重心在趋向新知识，这往往需要研究者有很好的已知知识基础且并不把已知知识当作重点;而STEM教育是借套路和载体学知识，结果是学习已有知识，所以创新出新知识并不是重点（可能的话，只是顺带创新发现一点新知识。这种情况有时也是有的）。所以，STEM教育一定是把通过教学过程让学习者学习现有知识（同时也是学习者不懂的）放在首要的目标地位。这样一来，STEM教育始终以达成更好的知识学习为根本重心和配置要求。当然，因为学习者的确对所学知识还不懂，他所学习的知识也会像研究者研究的新知识一样具有“未知性”和“探究性”，所以他就能够具有强烈的好奇心和发现欲，因此这一知识学习过程仍然基本呈现出像“未知问题”解决的过程一样的特征和吸引学习者的可能性，使得STEM教育过程其实还是一个“科学研究过程”（至少是像极了！笑）。明确了这样的指导思想，我们就很容易给出STEM教育的方式和过程范式了。

图1简明地给出了相关的“九步法”范式。这是我多年以来逐渐凝练并个人愿意建构作为更好表达的所谓“STEM教育方法和过程论”。它具有清晰明了、步骤描述简单易懂、易记易用的特点（这里要说明的是，是不是“九步”并不重要。您要说是三步、六步或几步法，都是可以的，关键是整个过程要完整地模仿科学研究的过程方法论，并很好地强调出STEM教育本身所需强调的有关知识学习的重心要求和配置考虑）。

按照九步法，显而易见，STEM教学法与现有的讲授法等教学法相比，自然呈现出了一种另辟蹊径的过程。可以说，任何教学法的优劣是看其对知识的学习有着怎样的教学传承能效的。一种教学法，只要有教学知识的能力，它就可以成为一种教学法。但是，它是不是好的教学法，更要看其教学传承能效。后面我们将会看到，STEM教育作为最新的伴随时代发展而出的教学法，它具有的教学传承能效几乎是超越了现有教学法的，绝非现有各种教学法可比（当然，这里绝不是否定已有各种教学法。真正科学的态度，是在将来将各种教学法有机配置和混合使用，依据教学过程中的具体客观情况，发挥出各自的最大优势，为实现学生最高的教学能效而选择阶段性使用并在教学全过程中发挥更高价值）。

以下，我们对照图1解读STEM教学的九步法。

（1）STEM教学法的方式总体上可描述为：基于问题或主题的项目式“学科融合”性的研究性学习与探究。其中首要的关键词是“研究性学习和探究”，这表明学习本身必须是研究性和探究性的，必须在研究和探究过程下达成学习的目标要求。目前，研究性学习已在全世界范围进一步深化成为跨学科、多范畴、实践性的“深度学习”模式，国际上已有广泛而深度的研究，被证明是学习者达成更高学习效能的主要学习策略（后续我们将更多阐述）。所以研究性学习法从根本上界定了STEM教学法的根本策略特征。“项目式”是其中另一个主要的关键词，它表明STEM教学法总体形式上像一个个项目的过程，从其目标到过程都遵从一定的限定范畴和要求，包括时间要求和评价标准，都要像项目计划一样进行设计，并按照计划进行，其约束和变更也需要按照项目管理的方式科学进行。因此，“项目式”界定了STEM学习的任务要求特征，特别是时间单元和内容单元特征。“问题”或“主题”也是很重要的关键词，它表明每一个STEM教学都需要基于一个特定的内容，那就是解決某个问题或者学习某个主题，在问题或主题之下，自然给出所需要学习的知识包集。这就清晰地限定了每一个STEM教学的内容范畴和拓展要求。