让“STEM+”课程成为教育发展的小趋势

摘要：本文分析了STEM教育与创客教育的共同特征，将现在基础教育存在的形式概括为“STEM+”课程，这种课程通过探究解决问题的主题活动，结合知识链与设计思维，形成了学科界限模糊、网状知识结构、聚焦核心素养培养等的课程内容特点，它将是教育发展的小趋势。

关键词：“STEM+”课程;知识链;知识结构;小趋势

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2019）22-0093-04

2016年6月，教育部颁布《教育信息化“十三五”规划》（教技〔2016〕2号），强调“有条件的地区要积极探索信息技术在‘众创空间、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用”。于是，创客教育、STEM教育成了热点话题，各省、市、区县纷纷出台了相关政策。许多人认为这将是教育发展的大趋势，国家要尽快建成STEM教育的生态系统[1][2]，但也有人认为这些新名词、新概念都是在“赶时髦”，只是“一阵风”而已。笔者在中国知网上搜索了有关文章，发现2015—2018年这段时间发表的论文数量最多，达到了高潮，但随后文章的数量又显著下降，这似乎给“时髦论”者提供了依据。然而笔者认为，这恰恰说明教育的发展需要坚实而缓慢的试行，不宜出现过多的反复;创客教育与STEM教育绝不是新名词，而是影响未来教育变化的潜在因素与关键变量，应是教育发展中能带来改变的改变、影响趋势的趋势，或称之为小趋势。[3]

STEM教育与创客教育的共同价值追求

虽然STEM教育和创客教育两个概念有不同的发展历史，前者强调学科的融合，后者强调创新，但是两者在“寓教于乐”和“学以致用”等基本教育理念上，在培养发现问题、分析问题和解决问题能力的教育核心上，在追求个性化的教育价值取向以及追求知识的综合应用、实际问题的解决等方面高度一致。

有人认为创客教育是STEM教育的一种重要实施方式。[4]因此笔者认为，在义务教育阶段，可以将创客教育整合或纳入到STEM教育中，并将多学科知识进行融会贯通，形成特有的“STEM+”教育模式。

“STEM+”教育不仅仅是科学、技术、工程和数学这四门学科的融合，正如许多学者认为的那样，融合思想还可以运用到文科、社会学和品德教育上，从这个意义上讲，STEM就有了更丰富的内容，即S代表社会、表达、体育、乐观和毅力，T代表传统、优美、交流、信任和协作，E代表经济、环境、表达、平等、朴实和认真，M代表方法、管理、积极主动、品德和心胸。同一个字母代表的含义之间用“和”而不用“或”，也是为了强调学科间的融合。这就是“STEM+”教育的核心所在。

“STEM+”课程内容

1.学科界限从清晰走向模糊

传统的教育模式以界限清晰的学科教学为主，不同学科之间的边界清晰，即使在同一学科的内部，细分学科或专业之间也是有清晰界限的，知识点之间相互联系比较少。打破学科的壁垒，突破学科的界限，实现跨学科的融合，学科界限从清晰走向模糊，是教育发展的方向。

“STEM+”教育则强调在不同学科之间，同一学科内部的不同子学科、不同专业和不同知识点之间建立起联系，从而打破不同学科之间的界限[5][6]，将不同学科的知识技术和方法相互引进，提高学习和研究的效率。

2.知识结构从三角形树状走向网状

界限清晰的学科与知识点，在教育领域被归纳成了一棵知识树：科学是主干，第一次分枝成了自然科学和人文科学，第二次自然科学又分枝成了数学、物理、化学、生物……，第三次物理又分枝成了力学、电磁学……按照知识树来区分，各级分枝的层次清晰，知识内容在教学过程中交叉得很少，各知识范围相互间的界限清晰，知识结构呈现出一个清晰的三角形。

学生对真实世界的认识大多是从整体走向局部，再从局部走向整体。从了解知识到应用知识，就不能停留在学科知识树中，如学生对“水”的认识，就应该连接物理、化学、生物、地理、人文、社会等各学科的知识，形成网状知识结构。“STEM+”教育在打破学科界限的基础上，给学生提供了形成网状知识结构的机会，弥补了传统教育的不足。例如，下圖显示的“STEM+”课程“小型智能车”就将不同学科、不同领域及不同专业的知识联系起来，从而形成了主题鲜明、不断交织的知识网络立体结构。

3.从单一的知识结构走向核心素养

知识结构就是一系列紧密联系的知识体系，而理解就是结构高度发达与完善的结果。“STEM+”教育可以帮助学生形成一种跨学科综合性的知识结构[7]，它可以从需要熟悉的知识、需要掌握和完成的重要任务、需要形成的大概念以及完成核心任务等不同高度来建构，从而达到解释、阐明、应用、洞察、神入和自知等不同层级的程度。这样就能在自主认知、社会认同、实践参与等多方面提升素养。

在下图智能车的案例中，学生利用传感器、编程语言和控制主板就可以形成基本的控制结构，结合动力传动、能源、悬挂就可以探索并认识行驶车辆的控制方法，再结合驾驶和交通法规就可以实现初步的自动驾驶。具体到某个模块内部，由许多材料元器件等组成的子模块，也符合同样的规律。例如，智能车的机械结构模块，就可以分割成金属与非金属材料、几何结构与强度、机械连接和安全裕度等子模块，学生在这些知识模块之间构建起自己的知识结构，就能懂得车辆机械强度提升的方法，车辆在行驶和载重上也会有更好的表现。

像智能车这样的装备，其机械结构、元器件、传感器甚至编程语言都是硬件，而所实现的功能和应用这些功能的方式是软件，硬件是为软件服务的。只有将各个模块之间的信息联系建立起来，才能实现所需要的功能，而且所联系模块之间的信息联系越紧密，所能够达到的功能效果就会越好，而知识点链接方式以及知识结构建构的模式，才是“STEM+”教育的核心所在。通过自我探究过程，归纳出知识建构的方式并予以推广，就能够达到阐明和洞察的目标。

“STEM+”学习方式

1.从知识点内容走向知识的链接

数学的两个点连起来是一条线，将两个知识点联系起来的思维方法与逻辑，就是知识链。两个物理点联系的模式有种类与强度的差别，代表了这两个物体联系的紧密与牢固程度，而连接不同知识领域的知识链，也有思维与逻辑关系强弱的差别。将许多点用不同的线联系起来就有了立体概念与图形;將许多知识点联系起来的思维方法与逻辑关系，就是知识网络，而形成的多维立体图形就是知识结构。

情境化的“STEM+”课程，就是在建构主义理论的指导下，通过主题相关模块，创建必要的思维联系，利用学生已有的知识结构体系的支持，结合新的知识点的学习，在不同模块之间，建立起尽可能多的知识链接，进行知识结构的同化与重组，从而促进学生知识结构的发展与升级。例如，“一带一路”植物主题的“STEM+”课程，利用穿越到秦朝的情境，就能够在餐馆点菜过程中发现许多现代的蔬菜当时还没有，此时就可以提出一系列的驱动性问题，如丝绸之路起源于什么年代，除了运送丝绸，还输送了些什么东西等，从而引发学生一系列的探究活动，并且在探究活动中提高学生的认知能力。

在信息技术活动中，我们使用了各种传感器，用于测量不同的物理量，而在控制编程和动作元器件里，各种控制信号使用的都是电信号。为了能够统一进行控制和管理，所有的传感器都需要将距离、速度、温度、光线和声音等各种不同的物理量转换成电阻和电压等电学度量，这样就把原来物理学中不同细分学科的知识联系起来，形成物理学的网状知识结构，达到了“STEM+”教育融合学科的效果。

2.从知识灌输走向基于问题解决的学习（PBL）

“STEM+”课程的教学，通常采用以问题为导向进行教学的问题式学习方式，即PBL方法。这类课程往往是在一个需要解决的实际问题或一个真实的情境主题中，利用问题驱动，开始探究式学习，在实际探究过程中认知、学习并应用科学的思想方法，联系教师和学生来参加协作性的活动，最后提出解决问题的有效方案。整个探究活动的难度设计要符合学生的能力水平，让学生能够产生一种兴奋、激动以及愿意付出努力的冲动。

例如，上述智能车案例中，为了能进行有效的智能控制，需要有传感器来测量车辆所处的环境和状态，从而确定下一步的动作与趋势。特定的传感器能将不同颜色的光线转变成不同的电信号，因此，可以通过在控制板上的编程软件，来识别交通信号灯的指示，再结合对电动机不同的控制指令，实现遵从交通信号灯指令进行的智能驾驶。学生在一个接一个的实际问题情境中，不断地探索学习和应用。

通过这种PBL的学习方式，学生主动构建知识结构，而且技能与方法、情感态度与价值观相继形成与提升。

3.从模仿走向设计思维与创新思维的应用

传统教学方式注重介绍前人的思维结论与对应的案例，在教学过程中让学生认识前人的思维方法，使其在遇到类似的问题时，可以模仿前人的思维方式去解决类似的问题。

“STEM+”课程是针对真实情境中的实际问题，在探究解决问题的过程中进行学习，因此要想更好地解决问题，取得真实的效果，就需要有创新思维，利用创新的方法，提出解决实际问题的方案，并在实际活动中实施。“STEM+”教育要求学生具备深度学习、设计思维和创新思维能力，对实际问题进行探究，并有一定的成果产出，产出环节包含作品设计、案例、论文等多种表现形式，这些作品必须与他人分享，展示给其他人。通过作品的设计，充分运用设计思维、外化学习的结果，促进学生的知识融合与经验、能力的迁移运用;通过作品展示，凸显学生的知识结构和能力。

“STEM+”教育的评价

传统的学科评价很多时候是通过问卷纸笔测试以分数的高低来评价，而“STEM+”教育侧重的是知识的整合与应用、工具的选择使用、问题的解决等，不能采用单一的评价方式进行评价。

1.过程记录与描述

“STEM+”教育侧重培养学生综合多学科知识的系统性关联能力，许多“STEM+”教育活动还利用各种信息技术设备记录学生的整个探究活动与学习过程。例如，利用大数据技术全面记录学生的学习过程，分析学生的禀赋、兴趣爱好、个性特长等，为学生提供个性化的成长路径规划，以及深度学习的依据，教师对学生的素养与能力也会有一个基本的判断。

2.结构化评价[8][9]

教师针对学生对实际问题进行探究过程中的表现，可以分析其所达到的思维高度，从而判断学生在探索具体问题时的思维结构处于哪一层次：前提结构是否有逻辑，是否可以找到某种解决办法;知识结构是单一点还是多个点，是找到一条线索就以为发现了结论还是将多个知识点建立起联系;是否能够将零散内容整合成一个整体去解决复杂问题;是否能够将解决问题的过程进行总结归纳，抽象成可以拓展应用范围的系统化知识与能力;是否能够构建起自己的知识结构系统，并用于解决实际问题。这些都是评价学生素养与能力的核心指标。

总之，“STEM+”教育不是对传统教育的简单替代，它更多的是一种教育的理念课程和教学方式，其核心是基于问题与情境，综合多学科知识，进行系统性方法论的学习，它是教育发展的小趋势。

参考文献：

[1]祝智庭，雷云鹤.STEM教育的国策分析与实践模式[J].电化教育研究，2018（01）.

[2]夏小俊，董宇，柏毅.美国STEM对我国中小学科学教育的借鉴意义[J].东南大学学报，2016（S1）.

[3]李伟，吴敬琏，夏斌.小趋势：中国经济的关键变数[M].北京：中信出版社，2014.

[4]钟柏昌.创客教育究竟是什么——从政策文本、学术观点到狭义创客教育定义[J].电化教育研究，2019（05）.

[5]蒋志辉，赵呈领，周凤伶，等.STEM教育背景下中小学生学习力培养策略研究[J].中国电化教育，2017（02）.

[6]肖萍.STEM+教学设计与案例分析[M].长春：东北师范大学出版社，2016.

[7]赵慧臣.STEM教育视野下中学生探究学习的设计与实施[J].现代教育技术，2017（11）.

[8]李祥兆.学生思维评价的新视角——SOLO分类评价理论评述[J].教育科学研究，2005（11）.

[9]宋洁，赵雷洪.SOLO分类评价法及其应用[J].上海教育科研，2005（10）.