STEM教育的应用范畴（十六）

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。

前一讲，我们从探究可以分成的6个层次的角度，对探究作出了如何进一步具体进行和做好的解剖，并已解读了6个层次中的4个。本讲我们继续解读余下的2个层次。

这里首先继续看表l中所简单概括列出的6个探究水平层次。

（5）真实世界问题的应用这一层次的探究，意味着学习者开始将当前已学习的知识考虑如何应用至实际的问题之中，以及具体展开应用的过程并在过程中逐步深化相关知识的认识。这是一种学习者深化所学知识并应用这些知识形成拓展和迁移的尝试过程，最明显的是要将学到的知识尝试着用，且用到的不仅是已学的原处地方，更多地是用到解决同类问题或类似问题的地方，所谓“举一反三”的方式。那么，所用到的类似的情况或地方，一定是与所学原处的时候有所不同或变化，起码用到了新位置，尽管场景大致相同或者目标大致一样，但一定是与最初所学时有所细微差别。这种应用最能检验知识究竟学会了没有。

特别要强调的是，这里有一个最本质的关键要求，即必须是应用到周围生活中或者客观世界中出现的真实问题解决之下。真实，意味着现实的存在，不是臆想、设想或者虚拟的，更不是停留于纸头上或者书本上。一旦进入真实的问题，那么该问题就起码会有真实客观中各种各样的事情交织在一起、分不清彼此和难以相互独立开来的特点，绝不是像那种一眼就能看出受什么影响的简单问题。因此真实问题一定是更为复杂的多方面影响下的问题，所涉及的多方面的影响甚至是错综交织的，难以简单地梳理出条理和层次，而绝不会像所学的书本上一般传授概念时描述得那般简单、单一、独立和抽象。所以，进入这一层次的探究立即变得困难多了，也因此有趣多了，往往就能真正体验和检验所学知识是否真的会了，以及是否真的达到了应用的能力。这是因为，无论真实问题怎样复杂，只要我们想一些方式尝试着解决，而且将前4个层次的探究加以较好地选择应用，慢慢地就会进阶和体会到更多的体验、思考和认识结果，且达成问题解决的可能也就会逐渐趋近应该有的终极良好结果。与此同时，过程中的学习也就将所学的知识更为理解、更为深刻把握，甚至趋向“悟通了”的境界。

通常情况下，这里的探究方向是容易明确的，因为尽管尝试过程会更多、更长、更反复、更曲折，需要在遇到更多的失败后再重来，但这其中始终有一个明显的标准予以界定和指向，那就是以实际问题究竟解决了没有为导向。如果解决了，最终效果就很容易在实际中被看到或感受到，通常是一目了然的、易于简单知晓的。循着这一导向和判断标准，探究者会将所學知识真正与实际的情形相对应、相匹配、相印证，应用知识的过程和方式就会更综合和变化，也就逐步将知识的真正内涵凝练出来、关键道理感悟获取，以此形成“实践出真知”。如此，学习者依靠探究，形成了这种通过深度的尝试性学习逐步经历高阶思维的过程，虽然不一定一下子就可能走到正确的结果上，但却反倒是触动了更多向、更变化的思维和判断过程，让知识最终得到了想象不到的“认知”。这与“纸上谈兵”（如图l示意）形成鲜明对照（这也说明了实践、真实、挫折、失败带给学习的宝贵价值。我们的应试教育模式往往就缺了这些宝贵经历。事实上，只要经历了将知识应用于真实问题的过程，我们就会发现学习完全变得是另一番景象和另一种层次。可惜我们已经经历较多的应试型学习是难以看到这种景象，到不了这样的层次的。所以，现代的教育理论都倡导进入真实性学习过程，包括真实的问题、场景、空间、过程、变化、交互、反映，然后直到真实的结果，不是我们的虚拟定制化，不是我们的书本包办一切，不是我们的“纸上谈兵” “玩假”居多，以至于学生最终学不致用，更有甚者还因感知不到学习与世界的真实联系而最终失去学习的动力和兴趣。我在这里要顺便特别呼吁，一定要大力加强我国教育中真实教育的比重，否则，再延续一些年头，后果很难设想）。

（6）假说性探究假说，在英文中为hypothesis，这个词有着较为特别的含义和要求，意为“根据已知的少量事实依据作出设想，但设想还有待于进一步被证实”。所以这种探究是先对结果给出一种“假说性的描述”，然后反复验证这样假说的准确和正确性。这样一种层次的探究，是探究中已经进入高层次的探究，通常是在探究经历实践后由基于实践的归纳、总结、研判、预测等高阶思维活动，继而发生的向着高级思维结果迈进的过程，很大意义上已经进入思维高层次，而且这样的过程其结果往往朝向了更为科学的结果或者准确理性的结果（这其实已经接近了“研究”的层次和阶段）。

因此，这一层次的探究可以分为两个阶段。第一阶段是假说的形成和提出阶段。第二阶段则是对所提出的假说进行想方设法但却合理准确的验证阶段。因为假说仍然带有“试探性地解释或者描述”的性质，所以这里更是带有强烈的探究意义。

在中文中，假说还可以用另外一个具有同义的词描述，即猜想（这里大家也许马上就会联想到类似于数学家陈景润研究解决“哥德巴赫猜想”的故事，然后就更能理解这里的阐述）。当你对事物认识到某种程度时，产生一种进一步的设想是再平常不过的，此时通过思考中形成某种说法或判断论述，界定或者描述这里所认识的事物究竟“是什么”或者“有什么规律”，以及“接下来会发生什么”等，这就是假说或者猜想。然后，进行假说的验证，包括试验，寻找进一步的证据、更严格的理论和数学推导等各种各样的证明过程。这其中，既有可能立即就证明假说具有完全的成功性，也有可能经过了很长时间仍然发现假说是错误的而必须推倒重来。所以，这样一种“提出设想尝试证明判断成否”的过程，正是探究的典型过程，而且这种过程还经常需要反复进行，经常是失败与成功交替出现。

有很多科学家相信， “科学假说”与“科学理论”往往就差一步之遥。很多科学家在创新获得某种科学理论的成就之前，都有一个这样的思维中构想结果的阶段，而且，这样的构想往往已经预判成功了结果的很大一个部分内容。如图2所示，德国科学家魏格纳提出“大陆漂移说”就很好地解释了地球大陆板块之间的变迁。又如图3所示，俄国科学家门捷列夫在一直苦思冥想的情况下偶然做梦想到了元素周期律，然后给出了元素周期表的伟大科学贡献。同样地，一个建筑学家，在进行一座著名建筑设计之前，往往也会预先设想自己将建一个什么样的建筑。所以，假说这样一种主要是思维性的过程在达成解决问题的结果之前，是一个极其关键的节点和阶段。

将“假说性探究”放到学习的角度，学习者利用这一过程就可以更好地体会科学概念、理论等科技成果在最终取得成功之前的一些历程，就更能理解知识的建立历史，也就更能深化理解知识的最本质的内涵并上升到高阶思维性的知识建构。

也很容易看出，从探究层次而言， “假说性探究”实际上是包含了前面的5个探究层次或者是它们的综合性使用。这正是探究的层次不断递进的充分反映，也同时说明了按照6个层次划分探究有着高度的合理性和有效性。

截至此处，我们已经清楚地解读了探究性学习。说到底，我希望大家在STEM教学过程中，更科学地使用好探究这一方式，给学生带来更好的学习过程和成效。下一讲，我们将在此基础上解读研究性学习的核心。