STEM教育的基本方式与过程（五）

向世清，博士，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。长期从事激光物理与工程技术的前沿研发，是参与产业经济战略与决策咨询，基础教育改革咨询，科技创新中心发展战略设计等多领域战略专家，也是上海市最为活跃的科技创新教育专家之一。

第四步：形成假设与预判。完成第三步后，通过预学，首先，我们已更为明确自己本次学习或待解决问题的目标;其次，我们已建立了为完成本次学习的前期知识基础准备;再次，也是最本质的，我们明白了自己有什么不懂（这正是要去学的）、有什么还没有解决的或是值得去解决的（这正是要去研究解决的），甚至也已经清楚了自己有“几斤几两”。此时，我们心中原有的一些学习新内容之前的目标不清、像是知道又不是很清楚地知道自己究竟要干点啥的感觉或状态，包括犹豫、疑虑和徘徊，都已基本消除，“摸着石头过河”的感觉已不那么强烈。由此，我们可建立起一个相对的满满信心，心态上感觉可以开始新内容的学习了（对于要去解决问题的人，也会感觉到该用已经掌握的知识解决新的问题了！是不是有点跃跃欲试、迫不及待？这种心理正是造就学习动力和动机的根基之一）。

总之，我们下一步要考虑的是如何具体实现目标。这样的情形，上升到知识管理的层面，就意味着我们现在已经很清楚自己在“知识地图”上的位置，接下来大致到了在地图上考虑设定到达新的目的地的计划路径的时候了（如果没有这一感觉，那么很简单，说明第三步还要继续进行。不用急，那就继续进行第三步呗！事实上，梳理清楚自身已有的基础相对较为容易，但还要明白自己是否也完成了他人所取得的已有同类进展，其实是很难的。因为完备地查阅资料一直都很难做到。当然，现在查阅资料相对容易了，至少比以前我们查阅资料的困难要少得多！毕竟现在是信息时代了嘛！想过我们过去是怎么过来的么？笑）。

预学在推进学习进度中，自然会对第二步给出的假说同时进行不断地判断，反复确认其正确性、科学性。但这还不是全部。预学还会进一步将假说逐渐细化、充实化和具体化，建立起其内容和内涵，并考虑究竟如何完成和验证。这时，按照人的自然思维模式，我们通常会再次展开初步设想，只不过不是像第二步再次设想目标（假说）了，而是设想如何达成目标，对假说给出某种具体的可行和科学性总体解决途径及可能的思维。我们把这一形成思路的过程叫作假设。

假设和预期有区别，预期只是一个前期对结果的总体期望，即期望大概有什么样的结果，而假设则是想象结果有可能怎么完成或做到，把具体的方法和手段等预设出来。而假说和假设也不一样，通俗一点说，假说是在整体目标层面，而假设是在内部方法层面，至少低1个层面。假设是为假说服务的。有了假设，假说就丰满了、有具体内容了，也更为准确、清楚了（至少是在某种程度上说得过去了，不会违背已有的各种科学原理和规律了）。在这样的意义下，假设是在具体的解决问题的层面，要回答清楚“如何解决”“如何做”“如何完成”等问题。

由此，假设带有强烈的科学原理和方法上的猜想性，有时甚至是从现有的理论、规律上有所突破地想象出某些新的理論性猜想，或在已有的解决方法和方案下有所突破地想象出某些新的设计结构或方式。这里的关键是“有所突破地合理达成”。可以说，假设往往就是最终实现的创新结果的前期理论预设，当然，它需要接下来的研究验证给予核实、证明和证实。

在假设阶段，我们需要通过很多思考过程。这些过程中，源自这里的思考主要是在厚实的已有知识了解的基础上所进行的深度思考，就有可能真正出现“新的原理、理论、技术、方法、途径”等，这使得假设阶段成为一个诞生“新颖构想结果”的摇篮（不过，需要说明，这里的新颖是对于学习者自身而言的，是自己对自己的创新，即至少这里的新颖是他自身以前没有的或没有见过的，这与真正的创新概念需要比任何其他人的结果都新颖是有所区别的）。而为了做到这一点，我们要在预学的基础上，至少进行以下3个方面的思考。

·明确限制，厘清前提。即辨明本次学习或者解决问题时会受到什么样的条件和可能限定，存在哪些先要满足的前提。这里往往用“初始条件”“边界条件”“先决条件”“特定条件”和“前提条件”等描述。

·大胆想象，合理推论。实际上是寻找可能的解决路径和方法。这里，在解决方法的层面，通常要先考虑很多的可能方法，然后选择出其中最优的或将所有的方法通过综合得出一个最优的，这个最优的往往就具有“新颖性”甚至“创新性”。还有，如果不存在已有的方法，这时就必须真的至少构思出一个方法，而如果这个构思出的方法能够解决好问题，它就是真正的“创新”。当然，既然用推论，那就是一步紧扣一步，每一步都要紧扣合理性，否则就失去成立的可能了。

·归纳凝练，准确阐述。这实际上是在思维层面进一步把解决方法上升到理性和科学层面，完成所谓的抽象概念化过程。很多时候，将一个很好的构思最终能用某种语言或其他表达方式准确表达，特别是能够上升到科学性概念层面，是极有成果性的。

很明显，完成了假设，预判自然会同时完成，即弄清假设是否初步满足科学性，是否至少不违背任何科学原理，是否能面对实际的资源和原理限制，其方法乃至方案是否仍具有达成的具体可行性。事实上，假设与预判是自然耦合在一起的，共同构成了STEM教育过程的第四步。这一步实际是预学的归纳总结和凝练提升。

同样很明显的是，第四步基于第三步的更好完成，可以以一定的提升性帮助学习者建立学习动力和形成学习连贯性，将学习者自身的知识建构路径连通并递进，所以十分关键。而以此自我形成的学习路径，学习者既可向前看，又可向后看，还可横向判断自身及他人的感觉，所以随着第四步的完成，他的学习感觉一定是最好的，富有自我成就感;他也就会洋溢着一种超常的欲望，那就是前面有啥都是我想学的、有啥困难都是我不怕的。这才叫作真正的主动学习和自觉学习（对比一下，这样的感觉在应试教育中有么？可以有么）。

作为归纳总结，一般这时应形成一个综述报告（不管叫它文献调研综述报告，还是其他名称，都没有关系，都是一样的意思），它包含了预学的归纳总结，以及在假设和预判下提出的下一步的目标和方案2个部分。它可将预学规范化和高效率化。值得说明的是，综述报告既是研究性学习的必备，更是科学研究提出课题或工程解决问题提出目标前的必需。

回过来看，预学还真是一件十分有利的事情（您肯定感觉到了！笑），它在STEM教育中是很好的一个学习环节，价值很大，是体现“学”的核心阶段之一。它对于学习者掌握知识的要求是不低的。希望大家可以更多地理解预学，并将预学不仅仅限定于通常的“预习”那样一个太小太窄太死的要求范畴。

完成第四步后，一个学习者或问题解决者可谓就做到了“胸有成竹”，只待具体“画出来”了。当然，此竹非彼竹，你竹非我竹。每一个人对即将学习的内容或要解决的问题，哪怕要求一样，也会因为个人的已有认识、倾向和意愿不同，形成不一样的“竹”，包括其中的细节方案、过程画法、总体轮廓、完整意境和画外想象都会不同。

归纳起来，第四步在STEM教育中是一个承上启下的关键节点，后面就是具体设计方案和根据方案完成新的学习及解决问题了。这一步在理论研究中也往往是诞生创新成果的地方。好的学习者或解决问题者在这一步的表现往往都是很杰出的。

特别强调，教师在此步骤中要重点帮助学生确定好综述报告的结果和结论，帮助学生检查预学的效果和完备性，以及帮助深化和修正待学目标、优化解决问题的目标（就像研究生导师帮助学生最终确定研究选题，或者教师帮助学生确定青少年科技创新的选题一样）。因此，这一步是教师起到作用的一个重点位置，此处教师的引领和助推是STEM教育中关于学的核心。这一步中，教师也尽量要让自身的教学目标与学生的自我设定目标融合甚至一致化。教师要保持“以学定教”和“自我开放”，站在高处看学生，还要多鼓励学生大胆突破。不过，这一步也必须较为严苛，要确保“假设”和“预判”的正确性、有效性和可行性，这是决定接下来的学习和研究方案的核心基石。