深度｜面向高质量STEM的鸢尾花教育模式
导读
面向高质量STEM 教育的鸢尾花教学模式
文/吴向东 王继华
一、当前STEM 教育存在的问题
STEM 教育的推广在中国如火如荼。一些公立教育机构和商业培训公司都把STEM 当做一个时髦的噱头。大体来看，STEM 教育普遍存在以下问题。
一是玩具化。许多带有一定高科技性质的玩具变成了STEM 教育的内容，比如机器人、电子积木、无人机、航模、海模、车模，等等。虽说玩玩具也可以学到一些技能，但STEM 是为了解决真实世界的难题，而不是玩玩具本身。
二是娱乐化。玩具化的结果是娱乐化。从STEM 教育的角度讲，增强一点娱乐性可以提高学生的兴趣。然而，工程实践不是娱乐，而是为了解决真实世界的难题。我们不能本末倒置。
三是肤浅化。娱乐化的结果是肤浅化。从动手创造的角度来看，玩具的组装搭建只需要将现成的部件按图拼装即可，原创性低，对锻炼动手能力与培养创造力意义有限。从知识应用的角度来看，玩具固有的限制使得涉及的知识有限，应用知识的空间有限，停留在娱乐水平，做出来了就行，一般很少去深究内在的原理。从思维的深度来看，固定而少变化的模式使得思维受到局限，STEM 强调的批判性思维、设计思维、计算思维等难以得到训练。
四是新异化。这种方式不是让学生应用已学知识去解决难题，而是用新异的内容来吸引学生，并继续用传统的传授知识与技能的方式开展教学。为了“跨学科”而机械、刻意地追求“跨”，而没有立足于解决问题。这样的新异，往往热热闹闹，啥也学不深，难免哗众取宠。
因此，要弄清楚什么样的STEM 教育才是我们真正需要的，STEM 教育被赋予了什么样的特征。
二、高质量STEM 教育的特征
在美国，由于2001 年以来“不让每一个孩子落伍”法案的实施，应试成绩被放到了核心位置，高质量的教学（包括STEM 领域）被置于次要地位。2015 年，美国第三次发布了《国家创新战略》（其他两次分别是2009 年和2011 年），特别强调高质量的STEM 教育（High-Quality STEM Education）是美国创新生态系统中的基石。
高质量STEM 教育的需求来自三个方面：
一是创新对高质量STEM 人才的需求越来越强烈；
二是美国在PISA 测评中处于中等地位，需要提升STEM 教育的水平；
三是要扩大获得STEM 教育的机会，让少数族裔、移民、女性有更多的获得STEM 学位的机会。
由此产生的对高质量STEM 教育的需求成为了美国政府教育工作的重点。那么，高质量的STEM 教育是怎样的呢？根据美国国家创新战略的价值取向和新一代美国科学教育标准及诸多文献与成功的案例（比如赵中建教授主编的《中小学STEM 教育丛书》），我们认为高质量的STEM 教育至少具有以下3 个特征。
特征一：探究真实难题。美国跟其他国家一样，原来STEM 领域的教育主要是为了掌握学科知识，普遍存在知识与真实应用场景分离的去情境化的问题，不利于发展学生面对真实世界去创造性解决问题的能力。
高质量STEM 教育则需要我们在这些方面做出改变，把知识学习和创造性应用统一起来，提出模糊的任务和明确的结果的要求，让学生去解决难题，并通过展示作品来考量学生对STEM 所涉及的各个学科概念的掌握情况。它与玩玩具式的做法是两回事。
特征二：融合工程实践。真实难题往往是复杂的，解决它需要用到科学知识，用到多种技术甚至一定的数学方法，提出系统化的方案。这是工程实践的特征。
美国新一代科学教育标准强调，要把对科学问题和工程难题的实践结合起来，在真实情境中探究。由于工程复杂，往往要较长的时间才能完成。简化为一节节课仅在玩具上变花样，这与工程设计不是一回事。
根据美国《国家创新战略》（2011 版）引用诺贝尔经济学奖获得者詹姆斯·赫克曼的观点，早期教育获得的技能能帮助人们“从掌握知识转化为追求原理，将普通人改造为具有生产力的公民。”
特征三： 跨学科。工程实践往往涉及不同学科知识的深度应用，于是产生了跨学科的需求，不仅仅是理工科方面的跨学科，还会涉及人文艺术领域。比如， 都市里的桥梁工程， 设计时还会考虑造型的艺术性和它所传递的人文精神。
所以， 仅用STEM 四个字母还不能完全代表所涉及的学科领域，于是人们对于加入了人文艺术素养要求（Arts） 的STEAM，干脆用x来代表其他领域，扩展为STEMx。
三、用鸢尾花模式提高STEM 教育质量
实现高质量的STEM 教育需要与之相匹配的教学模式，这样的教学模式至少具有以下特征。
一是针对真实难题。学习始于真实难题。难题没有明确的界定，解决问题的条件是开放的，时间是根据需要可以延展的，所有的教学与学习活动的组织和生发都围绕它展开。
二是有深度的探究。解决真实世界的难题需要像科学家和工程师那样去思考和行动：其一，要做文献研究，学习相关知识为解决难题打下基础，而不是做拍脑袋的肤浅化创新；
其二，要用批判性思维创新解决难题的思路和方法，在必要的时候融入设计思维、计算思维，获得更人性化的和更高水平的求解；
其三，要分享交流，面对质疑，接受检验。
三是在共同体中协作。共同体是一群有着共同愿景的人组成的，包括教师和学生。他们互相发挥所长，互相学习、互相协作，合力解决难题。
复杂的难题很多时候不是一个人单干可以解决的。在共同体中协作，可以共情，互相支持，培育直面难题的勇气，提升探究和交往能力。
鸢尾花教学模式就具有这些特征。经过多年的实践证明，它可以用以支持高质量的STEM 教育。鸢尾花（IRIS）教学模式起源于我们十多年前对综合实践活动的探索。
IRIS 是“引言（Introduction）-阅读（Reading）- 探究（Inquiry）- 分享（Sharing）”四个英文首字母的缩写，是教学设计和教学具体操作中的一种流程和方式。鸢尾花是法国国花，象征光明与自由。我们乐得这样的寓意，期望IRIS 模式具备鸢尾花的特征，并在人的培养上能达到期望的效果。
我们可用一张图表征模式的详细内容，其中的连线表达出鸢尾花教学模式各部分间的具体关系。需要说明的是，结构图中的箭头出于简洁的考虑只画出了一些基本的连接，还有一些联系没有画出，但这并不表明这些联系不存在。
以下，笔者就对鸢尾花模式做详细解释以指导教师进行教学设计与实施。
（一）引言
这是活动的引入部分，在于引起学生对某方面难题的关注，进而激发探究的兴趣。撰写引言部分要注意：一要结合现实问题，描绘真实情境；二要激起学生的兴趣；三要有一定的关注集中度，不能太散、太大而使学生觉得困难重重、无从下手。
引言示例：阿波罗登月是造假吗？
1969 年7 月20 日，阿波罗11 号飞船登月舱降落在月球表面，宇航员阿姆斯特朗在月球上迈出了“人类的一大步”。美国“阿波罗”登月计划至“阿波罗17 号”结束。2009 年在庆祝登月40 周年时，一项调查显示，22%（6000 万人）的美国人相信登月造假。
美国国家航空航天博物馆馆长迈克尔·诺菲尔德说，稍微有点儿常识的人都能判断出阿波罗登月的真假。对于那些广为流传的所谓疑点，他根本不屑于去驳斥。真的是这样的吗？同学们已经懂得一些科学知识，能回答这些质疑吗？
引言第一段是用事实把学生的思维引向对登月的质疑，第二段是鼓励学生用已学的知识去破解质疑，从而引发学生一探究竟的欲望。
（二）阅读
这里的阅读类似于文献研究。阅读的目的是为了获得与主题相关的知识并引发探究的欲望，为后续的探究做铺垫。
阅读的取材不限于文本，各类媒介都可以作为阅读的来源。阅读材料提倡师生共建。引言引出难题或主题后，师生共同搜集相关文章、图片、音视频等，并发布到网上分享。
教师根据搜集到的资料和由此反映出的学生的关注点，对这些材料精心挑选、加工和结构化，以使学生获得对难题或主题较全面的了解，从中获得探究活动所需的基础知识。
阅读材料确定后，每篇阅读材料后面的提问至关重要：一是引导关注方向并促进批判性思维的发生；二是让学生关注阅读材料中的概念性知识、程序性知识甚至元认知知识，避免把提问变成在阅读材料中找答案。
这样的阅读需要学生准确地理解阅读材料中的显性的和隐性的信息，为后续的实践探究做好准备。阅读过程中产生的情感体验是推动后续探究的动力，也正因为其中包含了一定的情感定向，使学生后续的观察调查活动更有目的，也更容易发现一些问题所在。
比如我们开展的一个“发现自然之道”活动，是结合小学语文教材中的课文《自然之道》来展开的。许多语文老师在上完这节课后自己都说不出周围存在的自然之道，何况学生？对待这类领悟了却不知道如何去用的知识概念，我们会提供更具体化的阅读材料去启发学生。
比如在阅读材料中提供了一篇《我要活下去——植物的生存机制》，讲的是植物为了生存，具备了各种各样的奇妙本领。如“死去活来草”，叶面是绿色，叶背是白色的。当干旱时叶背向中心反卷成拳头状，呈现白色，一来反射阳光，二来减少水分蒸发的面积，看似死去其实不然，等到雨水来了，它又可展平成手掌状呈现原来的绿色叶面。
这篇文章里讲了很多这样的生动例子，而且有些例子在校园就能找到。有了这篇阅读材料作为支撑，学生对周围自然之道的观察就容易多了发现了许多可以称为自然之道的现象。
（三）探究
这里的探究是开放性的，需要学生通过广泛观察、调查，去发现和聚焦具体的问题或难题，并开展探究。
美国一位中学生的爷爷得了老年痴呆症，一旦疏于照看，就有可能走丢。这位中学生查看医学统计得知，上升最快的疾病是老年痴呆症，每隔67 秒，美国就有一人诊断出患有该疾病。照顾患有这个疾病的老年人口，将会变成一个巨大的社会挑战。他的爷爷病情很重，晚上也会起来走到室外，以至于他的姑妈整夜不敢入睡，这给他姑妈的健康也带来了影响。
为此，他在网上大范围搜索了相关的解决办法，阅读了非常多的文献，但没有找到合适的解决办法。后来有一次，他看到爷爷起床，在爷爷的脚碰到地面的瞬间，顿生灵感：何不在爷爷脚后跟放一个压力传感器？当爷爷下床脚着地的时候通过无线传输警报信号给看护人的手机，这样一来，姑妈晚上就可以睡好觉了。通过反复试验，他发明了一种压力传感的袜子，解决了这个问题。
这是一个典型的高质量STEM 实践的例子，其中渗透了批判性思维、设计思维和计算思维，经历了“广泛调查—问题聚焦—规划问题解决方案—实施方案解决问题”的探究过程。这个实例对于解决当前STEM 项目活动存在的松散、缺乏可操作的聚焦点、热热闹闹啥也学不到的问题，或许有所启迪。
（四）分享
分享涉及成果的表达：调查报告、论文、创编的故事、漫画、表演、演讲，等等，形式可以不拘一格，但必须让学生亲力亲为，得到实际锻炼。如何表达成果，不同的STEM 项目是有所不同的，建议在这部分提供样例，以供学生模仿。
模仿创作对学生来说是很重要的，需要学生展开更多的高级思维，把形成的成果——概念性的认识等用恰当的方式表征出来，以加深学生对STEM 实践中涉及的知识概念的理解。
需要强调的是，分享与探究要受到同等的重视。在一个环保主题的学习中，学生通过调查了解到学校在午餐时会耗费大量的塑料袋，提出了不使用塑料袋而改用他法的倡议。
为了让这个建议能得到采纳，学生小组做了一组计算：全校一共有学生546 人，加上教师一共577 人，每人一次用一个塑料袋，加上多出来丢掉的，那么一天就要用600 个左右的塑料袋。一个月有4 个星期（每周按5 天计），那么大约要用12000 个塑料袋。一个学期约有5 个月，一共要用60000 个塑料袋。数据让人震撼。
学生们提出的改进建议简单易行，于是校长让他们在全校宣读了倡议书。学校从此终止在午餐中使用塑料袋。在这个案例中，学生充分发挥了数据的震撼力。在现代公共生活中，这是一个被普遍采用的说服或公关方式。
分享还有利于发现新问题，促进阅读和探究，优化STEM 教育。对于一些社会议题，比如垃圾分类、水资源保护等，会不断生成新的更优的解决方案。项目结束，教育则永无完结。
应用鸢尾花模式开展STEM 教育应注意以下几方面。
一是遇到学生想研究而自己又不熟悉的难题，不妨与学生形成协作共同体，以做学生的心态与他们一起探究，并注意寻找专业的支持，以降低项目开展的难度。
二是以静待花开的心态耐心等待。因为是开放性的探究，不要怕“放了收不回来”，也不要怕学生做不好而去控制学生探究的进程甚至包办代替。
三是让学生形成协作共同体开展探究。即便是学生自己组建团队，教师也要细心发现学生人际交往过程中存在的问题，注意培养学生用同理心与同伴友好相处，并从同理心出发去思考解决方案。
四是注意培养学生直面难题的勇气和独立的人格。学生遇到难题时容易放弃，教师要做鼓动家，激发学生直面难题的勇气。学生在一起容易跟着能力强的“混”，懒于思考，缺乏主动的批判性思考。教师要善于让学生学会分工协作，各司其职又互相质疑、启发，高质量地完成STEM 项目。
四、结语
高质量的STEM 教育不是以知识获取为中心的传统教育，而是学习和应用知识创造性解决真实难题的知识创新时代的教育。
它重视批判性思维，重视利用以人为本的设计思维或信息化环境下的计算思维去解决问题。它不追求唯一答案，不是偏颇地以学生或教师为中心，而是以师生一体的共同体为中心去解决问题。
鸢尾花教学模式为高质量的STEM 教育提供了一种新的路径，可以为教学提供具体的指导。我们期待有更多的教师应用或者借鉴IRIS 教学模式，开出更多、更丰富的STEM“教育之花”。
参考文献
[1] National Economic Council and Office of Science and Technology Policy.A STRATEGY FOR AMERICAN INNOVATION, October 2015.
[2]［美］罗伯特·M·卡普拉罗 , 玛丽·玛格丽特·卡普拉罗 ,詹姆斯·R·摩根 . 基于项目的 STEM 学习：一种整合科学、技术、工程和数学的学习方式 [M]. 王雪华译 . 上海：上海科技教育出版社 ,2016:7.
[3]［美］詹姆斯·R·摩根 . 用工程学思想提升项目质量 [A]//罗伯特·M·卡普拉罗 , 玛丽·玛格丽特·卡普拉罗 , 詹姆斯·R·摩根 . 基于项目的 STEM 学习：一种整合科学、技术、工程和数学的学习方式 [M]. 王雪华译 . 上海 : 上海科技教育出版社 ,2016:48-62.
[4] National Economic Council,Council of Economic Advisers,Office of Science and Technology Policy.A STRATEGY FOR AMERICAN INNOVATION, Securing Our Economic Growt and Prosperity, FEBRUARY 2011.
[5] 吴向东 . 通过建模寻求解决问题之道——以鸢尾花（IRIS）数 字 化 探 究 模 式 为 例 [J]. 中 小 学 信 息 技 术 教 育 ,2013（9）:39-42.
「来源：《中小学数字化教学》2017年第1期」
《中小学数字化教学》QQ群：246982773
尊重原创，支持好文
识别二维码阅读更多精彩内容 ▼
▼
作者 | 吴向东，深圳市龙岗区龙城小学特级教师；王继华，深圳市龙岗区平安里学校教师
文章责编 | 祝元志
投稿请联系 010-56086251
推荐阅读
点击关键词，阅读更多相关内容
任友群：数字化胜任力 |张景中院士| 我与互联网同步进化| 全国数字化教学研讨会| 黎加厚：优秀教师的七个习惯| 周群：打通互联网与教学融合“最后一公里”
/ 论坛 /
点击“阅读原文”报名参