曹培杰：STEM教育的三大误区
The following article is from 国际与比较教育研究所 Author 曹培杰
当今世界正处于新一轮科技与产业革命的孕育期，科技创新对社会的引领作用愈加凸现，经济转型对新型人才的需求与日俱增。在这种大背景下，倡导多学科融合、注重创新精神和实践能力培养的STEM教育引起广泛关注。近年来，江苏、广东、山东、河南等地陆续出台政策文件，开展了一系列富有价值的STEM实践探索，改善了原有的课堂面貌，提升了学生的核心素养，取得了良好效果。但在STEM教育热潮的背后，存在着一些误区，亟待引起教育行政部门和学校的高度重视。
01
误区一：
重“技能培养”轻“知识学习”
STEM教育注重学生的直接经验，鼓励学生在真实情境中开展科学探究，采用实验设计、创意发明、手工制作等方式进行学习。但是，普通中小学开设STEM教育的直接目的不是培养“能工巧匠”，而是培养“全面发展的人”，绝不能把STEM教育等同于技能教育。中小学开设STEM主题课程，不管是搭建桥梁模型，还是组装智能机器人或操控无人机飞行，都要有知识原理的渗透，不能停留于技能操作。否则，必然会导致学生在系统知识方面的弱化，结果就得不偿失了。
我曾去某所中学调研STEM教育。这所学校总共开设了二十多门STEM课程，涵盖机械工程、人工智能、生物组培、航空航天、艺术创意等多个领域，并组织教师编制了一系列配套课程。但是，认真翻阅后发现：这些课程内容与学科之间缺乏实质联系，大部分篇幅讲的是具体操作流程，对于实践活动所涉及到的科学原理没有进行深入分析，几乎就是一本又一本的“使用说明书”。随后，我们又深入课堂听课，感觉情况更是不容乐观。比如，在一节无人机课上，教师只是在导入环节粗略介绍了无人机的背景知识，剩下的课堂时间都是操控无人机，老师带着学生反复试验如何才能把无人机飞得更高，如何才能拍摄出更具视觉冲击力的航拍视频。学生们的兴趣看似高涨，个个忙得不亦乐乎，但在一片火热的教学景象背后，却是极为肤浅的学习。实际上，无人机课完全可以成为多学科整合的纽带，联结物理、数学、信息技术等方面的课程内容，包括：物理中的陀螺效应、电机功率等；数学中的数学建模、函数运算等；信息技术中的程序设计、智能系统等，甚至与历史、英语、美术等人文学科也可以进行结合。
STEM教育本身就是跨学科的产物，科学、技术、工程、数学四个领域的学科知识相辅相成，融为一体。其中，科学在于认识世界、解释自然界的客观规律；技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现对自然界的控制和利用、解决社会发展过程中遇到的难题；数学则作为技术与工程学科的基础工具。这几年，STEM教育出现了一些新的拓展。有学者建议在原有基础上加入Arts，把STEM教育拓展为STEAM教育；还有学者建议加入Reading，把它拓展为STREAM。不管STEM教育如何发展变化（STEAM、STREAM、STEM+等），其本质仍然不变——还是跨学科，只是进一步拓展了跨学科的内涵而已。所以，学校在开展STEM教育时一定要把握住“跨学科”这个核心，引导学生利用多学科知识解决实际问题，把知识学活、学透、学扎实，形成更加完善的知识体系和思维框架，以此应对未来社会的复杂挑战。
02
误区二：
重“活动形式”轻“科学精神”
STEM教育打破了“坐着不动的课堂”，鼓励学生做中学、玩中学，形成以主动、探索、体验、创作为特征的新型学习方式。但是，很多学校在开展STEM教育时，过于重视外在的活动形式，刻意追求活跃的课堂气氛，忽视了探究活动的科学性和严谨性，导致学习活动华而不实、流于形式。美国教育心理学家布鲁纳指出，“孩子们在教室里所为和科学家在实验室里所为只有程度不同，没有本质区别”。所以，STEM教育不能追求那种花里胡哨的学习形式，要把重点放在引导学生在实践探索中掌握科学知识和科学方法，形成科学精神。
第一，发现真问题。STEM教育往往是由真实问题驱动的，问题能否经得起科学论证，是决定整个学习活动走向的关键。我曾经听过这样一个STEM课：教师把学生分成六个小组，每个小组都要在学校周边开展实地调研，从中确定研究问题。有个小组在调研中发现，住宅楼上面都是光秃秃的，既不美观也不环保。于是提出，在住宅楼上建造“空中花园”，种上各种各样的花卉，以此来优化环境。当学生花费大量时间制定出建设方案后，却被学校请来的城建专家直接否定。因为在住宅楼上建造“空中花园”，既不科学也不合理，很有可能还会变成违章建筑。所以，我们一定要重视研究问题的确立，从科学性、价值性、创新性和可行性四个维度进行判断，真正把问题变成引发高质量探究的启动器。
第二，开展真探究。科学探究一般包括五个要素：聚焦问题，设计研究方案，收集和获取证据，分析数据、得出结论，表达与交流。这个过程不是固定的线性流程，而是循环往复、相互交叉的动态过程。遗憾的是，很多学校在开展STEM教育时过于强调固定流程，把实践探究变成简单模仿，把原本充满活力的科学探究变成华而不实的“科学秀”，这不仅违背了STEM教育的初衷，还会对学生的科学精神造成消极影响。让学生了解科学探究的一般步骤和流程是必要的，但要避免把它变为僵化的程序。我们要鼓励学生提出自己的想法，创造机会让不同观点发生碰撞，促使他们不断修正和改进方案，实现更深层次的理解。
第三，追求真结论。我们在实地听课中就发现，有学生为了完成任务，随意更改数据，不惜弄虚作假，想方设法都要得出一个“标准答案”。这种缺少科学精神的STEM教育，不仅对造就未来科学家没有任何的帮助，反倒会成为阻碍创新人才培养的绊脚石。真结论不等于“标准答案”，科学探究不等于验证实验。STEM教学的关注点要从标准答案转向基于证据和推理的科学理性，帮助学生形成良好的科学素养，为他们将来参与科学研究和社会生活奠定基础。
03
误区三：
重“学习结果”轻“学习过程”
很多学校在开展STEM教育时往往表现出“追求成功、避免失败”的倾向。我们在听课时经常看到学生因成功完成任务而欢呼雀跃的场景，可一旦问到如何排除故障、为什么要实现某项功能时，许多学生都回答不上来。还有一些学校出于宣传需要，把STEM教育等同于科技竞赛，获奖多少成为衡量其水平高低的标准。于是，学校投入大量人力财力，培养少数有特长的学生参加比赛，通过推出特长生为学校争取荣誉，而大多数学生则沦为“沉默的观众”。一旦STEM教育变得功利化，它所肩负的培养创新人才的使命就难以落地。
众所周知，中国古代的四大发明是人类历史上辉煌的科技成就，对人类文明发展做出了重大贡献。但是，我们停留于实用性的技术发明，没有去深究它们背后的科学原理。于是，中国在电磁学、地球物理、自动化等现代科学上贻误战机，被西方国家所反超。北京大学郑也夫教授指出，“我们乐于通过发明和使用技术去获取最直接的帮助，而不善于进行超越现实、远离实用功能的科学思考”。今天，我们已经拥有全世界最强大的制造能力，但却在芯片、半导体设备、航空发动机等关键技术上受制于人；我国基础科学研究短板依然突出，缺乏重大原创性成果；我国高水平创新人才仍然不足，特别是科技领军人才匮乏……这些已经成为关系国家前途命运的重大问题。STEM教育作为提升国民科学素养、培养拔尖创新人才的基础，一定要扭转重结果轻过程的不良倾向，让学生从小就形成正确的科学观，不过分关注最后的结果产物，更加重视科学探究的过程与方法，包括问题是否成立、方案是否合理、逻辑是否严密、结论是否可靠等，帮助学生建构自己的科学认识，形成更加完善的思维方法。
所以，STEM教育不是追求精美的作品，而是让学生在实践过程中获得深刻的学习体验。相对于“作品精美不精美”而言，“学习是否真的发生”更加值得关注。与其把精力都放在作品的精雕细琢上，反倒不如让学生充分展开想象、对问题进行极致追问。这些在短期内看似“无用”的做法，很有可能会对学生的未来成长产生极其深刻的长远影响。
文章转载自 | 中国教科院
作者 | 曹培杰（中国教育科学研究院博士）“推荐阅读”
PS：不知道大家有没有注意到，近期微信改变了推送规则，不是按照时间顺序来排序。
要想第一时间看到我们的好内容，可以每次读完后点个【在看】，或者把我们的公众号设为【星标】哦！这样你就不会错过我们的每一篇文章啦！
往期回顾
●小长假书单 | 读万卷书，行万里路●石中英：如何培育数字时代“原住民”的价值理性？●李煜晖教授：如何提升教师专业写作能力●新书速递 | 温忠麟、刘红云《中介效应和调节效应：方法及应用》●新书速递 | 柯达伊合唱教学经典著作《让我们准确歌唱》“长按二维码”关注我们吧！