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在STEM教育中利用设计思维促进学科发展，为学生赋能
本文系陈伟权博士在第三届中国STEM教育大会上的主旨报告节选。陈伟权博士给我们引入了非常重要的视角补充，他首先强调了一个学生视角，不光我们如何苦口婆心告诉学生重要性，更重要的是学生发自内心的产生兴趣。而且他也强调了人本主义的视角，我们不能够仅仅考虑知识和技能的层面，更应该基于真实世界的情境，更多强调在这种教育过程中，学生整个的、全面的个性发展，他们心智的发展，甚至是品德的发展，能够真正实施一个全人教育，这是一篇非常具有启发意义的报告。正文如下：
Timothy Chan（陈伟权）
新加坡管理学院全球教育学术处处长
从资源、教师培训、时间、管理等方面我们在STEM教育中面临很多挑战，我们也听到很多专家谈到STEM教育是什么，怎么推进STEM教育，我们也谈到了需要来设置哪些课程，应该进行哪些课程创新，从而来更好的实施STEM教育。但是今天的主题更关注设计思维，这是我在中国第十一个谈到设计思维的城市，第一次应该是七八年前，当时我第一次提到设计思维、整合式教学，以及跨学科学习，我想这个话题如今依然对于STEM教育而言十分重要。我来自新加坡管理学院，这是在1964年由新加坡政府成立的一个学院，我们旨在推动终身学习，是一个非营利性组织。因为新加坡政府希望国家的劳动力能够满足未来30年、40年、50年的挑战，所以我们这个机构给人们提供终身的教育，希望他们能够具备工作当中所需要的技能，在工作一段时候之后再来接受再教育、继续教育。新加坡管理学院Singapore Institute of Management
新加坡管理学院除了学院自己的资质认证之外，我们还跟国际上11个著名大学展开合作，比如悉尼大学、伦敦经济大学等。目前我们有两个校区，学生人数达到了1万8千人，其中有20%的学生来自40多个国家，拥有多元化的教职员工和多元团体。SIM全球教育
从学生进入学校的第一天开始，我们就强调要以学生为中心，我们要给学生提供整体性教学，学习可以在课堂里面发生，但是更多的学习知识是在课堂之外发生的。为什么要推广STEM教育？
首先最基本的一个认知就是STEM教育是为了发展一个STEM素养社会（Bybee, 2013）。知识、技能和态度，它们是STEM的关键，希望我们的市民能够拥有识别问题并解决生活中的问题的知识，了解STEM学科如何塑造我们的物质、智力和文化环境，并且能够基于STEM相关的一些询问来做出基于证据、基于一些论证的结论，同时也希望我们的公民愿意作为建设性，关心和反思的公民参与与STEM相关的问题。
图1：STEM在不同国家的发展
STEM教育没有赢得学生们的心
在2000年至2010年之间，与STEM相关的工作比非STEM工作的增长速度快了3倍。到2025年，美国必须填补350万个STEM职位，其中200万个职位由于找不到所需技能的人才而无法填补（Weiner, 2018）。
到2030年，英国将有超过700万个需要STEM技能的工作（OECD，2011年）。89％的STEM企业都在努力招募人才，新的STEM角色预计在未来10年内将翻倍（STEM Learning，2018年）。新加坡56％的雇主表示招聘困难，特别是在工程和IT部门，这恰好是最难填补的十大行业中的两个（Manpower Group Talent Shortage Survey 2018）。马来西亚科学研究院估计，到2020年，科技领域将需要100万人。（Lim, 2019） 印度尼西亚面临的技术人才短缺威胁到其有前途的技术行业的发展，估计其未实现的产值将带来218亿美元的经济影响（Korn Ferry: The Global Talent Crunch, 2018）。
图2：FUTURE OF WORK THE GLOBAL TALENT CRUNCH （Korn Ferry, 2018）
从图3中可以看到STEM职业收入是很高的，STEM职业比非STEM领域的收入高出12-30％。美国STEM相关职业收入是6万5千美金，非STEM工作收入是4万2千美金，STEM工作收入更高。图3：The Smithsonian Science Education Center （SSEC）
但是在新加坡有很少的学生愿意从事STEM相关职业。在新加坡我们做了一份调研，只有9-18%的人选择了物理、数学，很多人选择了银行以及服务业，很少的人选择了科学方面（The Straits Times, APR 6, 2019）。在马来西亚，STEM课程在中学，选择STEM课程的人数数量一直在稳步下降 （CIPD, 2019）。我们可以看到这些中学学生不愿意选择STEM相关的课程。他们在小学的时候还是对STEM相对感兴趣的时候，他们到了青少年的时候，就对STEM失去了兴趣。与过去的50％相比，现在上科学课的学生不到21％（Asean Academy of Engineering and Technology, 2017）。在13至17岁之间的女孩中，只有9％对STEM相关的职业感兴趣 （Junior Achievement and Ernst & Young LLP, 2018）。在别的一些国家，我们也发现很多青少年不愿意在中学阶段关注STEM相关的课程，所以对他们来说，很难让他们一直保持对于STEM专业的兴趣点。STEM专业保留率低，为什么他们失去了兴趣点？对于学生来说他们不愿意去花时间努力的工作。他们告诉我，他们的老师并没有去关注这些课程领域一些日常的使用，他们也说老师很少教他们进行解决问题的方法，因为他们没有办法去解决这个问题，所以觉得这很难，他们不愿意自己去找解决问题的方法。所以即使学生知道它未来很有用，但是也不愿意学它。对于很多学生来说，他们想要去做一些非常容易并且有趣的工作，比如说去做汽车的制造业。还有一些学生觉得STEM相关课程脱离生活，他们在学习过程中找不到学习的乐趣，他们不知道为什么要学习这样的课程。“We Haven’t Won the Hearts of Students.” （McAllister, 2014）
如果STEM可以在学生的日常生活中更有意义，会激发起学生的兴趣。在这样一种认知下，我们要重新设计STEM相关的课程，我们要让STEM教育在心理上、兴趣上，能够再次吸引我们的学生。有人呼吁在社会需求和更广泛的社会文化背景下构筑STEM学习（Zeidler，2014）。把STEM课程放在社会的背景下，让学生有更多的选择权利，有更多的声音能够被听到，帮助他们去进行反映。因为没有反馈的话，学生不知道自己为什么要做这样一个工作，得让他们有学习的动力和目标。在这里我们要说到课程设计，很多时候我们告诉学生，他们可能不一定在一个问题当中只找到一个解决方法，应该找到多种解决方法。我们要让学生有学习的思想性，让他们能够顺着这条线找到它的源头，也允许他们有失败，因为失败是学习的一部分。设计思维包括多个方面的价值观：具有好奇心和创造力、尊重和接受思想的多样性、接受不确定性、拥抱实验-原型文化、宽容失败的、把失败看作是学习的机会、弹性和韧性、关注人的价值。设计思维的过程：
设计思维是以人为本的基于查询的创新过程和一系列的心态及工作态度，创造性地解决问题，以技术可行和商业可行的方式满足人们的需求。
它不急于马上寻找方案，而要先找到真正的问题所在。并不局限于一种解决方法，而要从人的需求出发，多角度地寻求创新，最后再收敛成为真正的解决方案，创造更多可能。设计思维向学生提供了一种创新的方法论，核心是以人为本。设计思维基于以下五个原则：知道学习的原因；通过反复试验的经验学习；学习的决定权在学生手里；喜欢与生活息息相关的学习；从基于问题的环境中学习。一般将设计思维分为5个方面，分别是：共情、定义问题、探索、设计原型、测试验证。虽然过程远远不止这五点，但主要以这五个方面为主。首先我想强调的是，这五个方面不是五个连续的步骤，不是1、2、3这样的模式，应该是一种流动的过程。
设计思维的过程
01
同理心&设身处地的为处在问题核心的人着想
当你要解决的这个问题，首先要去看看谁是问题的受众，他们要得到什么样的帮助？对处于问题核心的人来说什么最重要？他们的生活是什么样的？他们感觉如何，他们的背景是什么？在共性的阶段，一个关键的步骤，就是我们希望学生能够培养一种非常强烈的兴趣，即对我们正在为之设计产品或服务的人进行了解。
共情图
我这里列出了一个共情图，你要感受他们的感受，你要思考他们的思考，你们要看到他们所看到的东西，然后要找出他们的痛点。02
定义&清楚地说明问题
根据你对用户的了解重新评估问题在与用户建立了共情、充分了解了用户之后，就应该用清醒的头脑去定义用户的问题了。在这个问题的背景下，这个人有什么具体的需求？这个阶段综合了一个人的同理心和发现，形成重要的用户需求和有意义的见解。设计思维在质疑的过程中帮助我们：质疑问题，质疑假设，质疑暗示。
03
形成概念&头脑风暴出可能的解决方案
突破常规界限，想出可能的解决方案。没有判断——在这个阶段没有所谓的坏主意。协作发生：将有关挑战及其背景的知识转化为可操作的解决方案。04
原型&培养思考能力，测试学习能力
原型的解决方案。用表格来表达你的想法。你希望他们能够体验它。尝试让想法更有活力。尽管可能经常失败。
05
检测&测试以反映、改进和改进你的解决方案
向他人展示你的想法并收集反馈你们的方案怎么样？需要加强和改进什么？获得用户的反馈。反思并做出调整。原型给你失败的机会，失败是再自然不过的。在学生学习过程当中，他们一定要知道失败是生活必经之路。失败它的特别之处在哪里呢？你这次失败了，并不意味着你需要去放弃。人们距离自己最重要成功之前可能要经历很多次失败，当然开发者也许在试10次、20次、30次的时候，他可能就想过要去放弃，但是在原型的过程当中，我希望学生能够有不屈不挠的精神。我关注的不是最终的产品，最终的产品可能是完全无用的，我关注的是这个过程，我关注的是从学习者的需求里面学习的过程，作为一个团队去学习的过程，去管理这个项目的过程，以及不断尝试的过程，不用去担心，不断尝试的过程。所以通过这样的一个过程，我希望学生能够学到知识，这是一种生活方式。当学生完成一个设计思考项目时，他们必须保留一个日志，包括他们的反思和学习。学生必须要进行反思，学生必须要告诉我，在这个阶段你学到了什么？如果你有时间，如果你要再重新来一次你会怎么做呢？这也是学习的一部分，它的结果就会带来不同活动的可能性。学生在进行设计思维项目的团队合作时，应反思自己是否应用了一些基本的伦理原则：尊重个人和他们做出独立选择的权利。要有益处：要做好事，不要做坏事。要公正：公平地对待他人，公平地分配利益/负担。关怀：运用同情心和解决方案，这将创造最大的好处。设计思维培养了学生的创新能力、批判性思维能力、解决问题能力和决策能力，培养学生识别和开发潜在新技术的能力。并且通过培养学生的沟通、合作和移情能力，帮助他们更好地一起工作，帮助他们拥有健康的生活。
性格框架
人格发展是指美德（品质）、价值观（信仰和理想）的获得和强化，以及为全面发展的生活和繁荣的社会做出明智选择的能力（Fadel et al.2015）。人格发展是学习如何恭敬地倾听他人的立场，克服偏见，合理地就与他人情绪或观点不同的问题表达意见。
对于学生性格的培养就是教会他们如何能够尊重对方，去倾听别人的想法，这也就是为什么我们要把学生放在小组里工作。有的学生非常出色，他们可以通过一个很棒的图画形式展示出自己内心隐藏的想法，我们要教会学生多跟别人沟通自己的想法，克服各种各样的偏见。在性格框架当中有六个关键的组成部分（Fadel, 2015）：
人格发展
永远没有一个单一的解决方案，可能会有很多不同的，多重的解决方案，我们希望学生能够保持诚实、尊重别人、公平公正、包容，包容那些有其他不同观点的人，要互相帮助。设计思维促成学生角色框架的建立，如图所示：DESIGN THINKING TO FOSTER CHARACTER DEVELOPMENT
设计思维培养了21世纪教育的四个关键维度（Koh et al, 2015）：社会文化维度，需要协作能力等技能；认知维度，包括批判性和创造性思维、冒险和在结构不合理的情况下解决问题；元认知维度，强调自我评估、反思和其他自我调节技能；生产力维度，包括真实的任务和真实产品的开发。STEM不仅仅是STEM
STEM不仅仅是STEM，它不仅仅是科学、技术、工程和数学本身，STEM是让这个世界变得不同。
这是我们经常跟学生去讲的，你可能不会从事STEM相关的工作，但是你可能会去做一些决定，而这些决定里面就会涉及到STEM的部分。比如说我们要成为工业4.0里面的一个合格的公民，我们就要有这个STEM意识。乔布斯曾经说过在苹果的DNA里面技术本身是不够的，技术必须跟人文科学，跟人类学结合起来，只有这样才能够使得我们心灵歌唱。我们的教育部部长曾经在新加坡发表过一篇著名的演讲，在这个演讲当中他提到：“我们要培养年轻一代，让他们勇于提问、勇于寻找答案，要学会如何去问问题，而不仅仅学会如何去回答问题。让学生敢于创新，让学生勇于解决新的问题，为未来创造新的机遇。同样重要的是，我们希望帮助年轻人建立一套健全的价值观，使得他们有坚强的意志和韧性，能够处理生活当中不可避免的挫折，而不被过度的沮丧影响意志，所以，他们就会愿意努力的工作来实现他们的梦想。”（Ng Chee Meng, Minister for Education , Singapore）
通过性格培养和授予学生自主的权力，我们可以扭转学生在STEM领域的消极和不投入。
文章来源丨中国未来学校实验室。
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1
《STEM教育这样做》王素 李正福 主编 教育科学出版社2019年10月出版
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《美国STEM课例设计》
（小学卷）
陈如平 李佩宁 主编
教育科学出版社2018年4月出版
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