曹培杰：STEM 教育的三个“坑”，一定要绕过去

原创：曹培杰中小学数字化教学 2019-11-23

点击[中小学数字化教学]，关注我们！

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显，经济转型对新型人才的需求与日俱增，培养一大批拔尖创新人才和高水平技能人才，已经成为未来教育改革的重要议题。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 教育引起教育界的广泛关注。

近年来，江苏、广东、山东、河南等省陆续出台政策文件，引导学校积极开展STEM 教育，并结合数学、科学、信息技术、综合实践活动等学科内容，开展了一系列富有价值的课程教学创新。这些一线实践改善了原有的课堂面貌，推动了教师观念与教学行为的转变，提升了学生的核心素养，取得了良好效果。

但是，在轰轰烈烈的STEM教育热潮背后，存在一些容易被忽视的误区，影响着 STEM 教育的长期健康发展，亟待引起学校和教育行政部门的高度重视。

一、切莫重“技能培养”，轻“知识学习”

STEM 教育注重学生的直接经验，鼓励学生在真实的问题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。这种“做中学”的方式显著增加学生动手操作的机会，但目的并不是学会某项具体的技能，而是让学生通过亲自参与，获取对知识的深层次理解。STEM 教育的本质不是弱化知识，而是用更生动、更深入、更灵活的方式强化知识的学习。如果把“做中学”绝对化，仅仅停留于技能培养层面，导致系统知识弱化，那就得不偿失了。

2017 年，我们曾去某所中学调研 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，并组织教师编写了一系列配套教材。但是，认真翻阅教材后笔者发现：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和注意事项，对于实践活动所涉及的知识概念和科学原理并没有进行深入分析，几乎就是一本本“使用说明书”。

随后，我们深入课堂听课，发现情况更是不容乐观。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，剩下的课堂时间全都是教师带着学生操控无人机，反复实验如何才能把无人机飞得更高、更快、更平稳，如何才能拍摄出更具视觉冲击力的航拍视频。课堂上，学生的学习兴趣看似高涨，个个忙得不亦乐乎，但在一片火热的教学景象背后，却是极其肤浅的知识学习。

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 教育通过跨学科课程设计，为学生提供真实的问题情境，让他们有机会运用不同学科的知识去解决实际问题。

回顾历史，STEM 教育自产生之初就高度重视不同学科领域的内在联系，并提倡跨学科的交叉融合。其中，科学（S）在于认识世界、解释自然界的客观规律；技术（T）和工程（E）旨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，并解决社会发展过程中遇到的难题；数学（M）则是技术与工程学科的基础工具。

近年来，STEM教育出现了一些新的拓展。比如，有学者建议在原有四门学科基础上加入 Arts，把 STEM 教育拓展为 STEAM 教育；还有学者建议加入 Reading 或 Writing，把它拓展为 STREAM。实际上，不管STEM 教育名称拓展为 STEAM、STREAM 还是 STEM+，其本质仍然不变——还是跨学科，只是进一步拓展了跨学科的领域与内涵而已。

所以，STEM 教育的核心是实现知识融通，在孤立的学科体系中建立一座沟通的桥梁，给学生提供整体认识世界的机会。最常用的模式是以项目为中心的课程组织，通过序列化问题串联各学科知识，使课程要素形成有机的联系与有机的结构。在此基础上，引导学生在动手实践中开展跨学科学习，避免分科教学带来的知识割裂，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。

需要特别指出的是，STEM教育不是职业教育，其目的不是培养“能工巧匠”，而是培养“全面发展的人”。中小学开展的 STEM 教育，不管是搭建桥梁模型，还是组装智能机器人或操控无人机，都要有知识原理的渗透，都要有跨学科的课程设计，不能只是纯粹的技能训练。在 STEM 教育中，动手操作是手段，跨学科学习是载体，智慧生长才是目的。只有把知识学习放在首位，才能让学生获得真正的成长。

二、谨防重“活动形式”，轻“科学精神”

STEM 教育倡导把真实世界与书本知识联系起来，通过项目式学习进行实践验证，培养学生的创新精神和实践能力。这种教学打破了教师的“一言堂”现象，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，有些学校在开展 STEM 教育时，过于重视外在的活动形式，刻意营造活跃的课堂气氛，唯独忽视了探究活动的科学性与严谨性，导致学习活动华而不实、流于形式。

STEM 教育不应追求花里胡哨的学习形式，而应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。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”。以科学实践为主要内容的 STEM 教育一定要坚守科学精神，要找真问题，要做真探究，要得真结论。

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。

比如，有学校开设 STEM课程时要求学生分小组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。于是他们提出，要在住宅楼上面建造“空中花园”，以此优化环境。问题提出后，没有经过科学论证，就直接进入了研制方案环节。结果，当学生花费大量时间制订出建设方案后，却被学校请来的城建专家否定。因为在住宅楼上建造“空中花园”，既不科学也不合理，有可能还会变成违章建筑。

如果学生研究的都是子虚乌有的假问题，收集的都是道听途说的假材料，这种“STEM 教育”到底有何益处？我们必须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。

开展真探究。

科学探究一般包括五个要素：提出问题，设计研究方案，收集和获取证据，分析数据并得出结论，表达与交流。科学探究的过程不是按照某一固定顺序进行的线性过程，而是循环往复、相互交叉的过程。遗憾的是，很多 STEM教育过于强调按部就班的机械操作，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，还会对学生的批判性思维以及实事求是、精益求精的科学态度造成消极影响，甚至使一些原本思维活跃的学生变得呆板，创造力受到束缚。

让学生了解科学探究的一般步骤和流程是有必要的，但要避免把它变为僵化的程序。“科学方法”如同棋谱，本身并没有错，读懂、用好可以成为解决问题的利器，但教人按“棋谱”亦步亦趋地走棋，剥夺了棋手从实际出发自主思考的权利，削弱了棋手腾挪变化的灵性，活的探究就会堕落成死的程式。

好的STEM 教育一定要鼓励学生像科学家一样思考问题，像工程师一样解决问题，允许学生提出自己的想法，创造机会让不同观点发生碰撞，促使他们不断修正方案，从而达到更深层次的理解。

追求真结论。

在 STEM 教育中，有些教师为了确保实验效果明显，利用替代手段，刻意追求提前预设的结果。实际上，任何科学探究在现实条件下都会产生误差，即便出现与预期结果有出入的情况，也要保持客观，宁可多做几次实验与探索，也不能让学生得出一个似是而非的“正确结论”。

我们在听课中就发现，有学生为了完成任务，随意更改数据，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。

三、避免重“学习结果”，轻“学习过程”

当前，中小学 STEM 教育实践中存在重结果、轻过程的现实困境。我们经常看到学生因成功实现了预期结果而欢呼雀跃的场景，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。这种对制作成功的追求，使得教师倾向于直接教授解决问题的具体方法，而不是支持学生的问题解决过程，导致学生成了“常规专家”——他们熟练掌握了特定领域的技术操作，能够有效应对常规问题，却不具备“适应性专家”创造性解决问题的“适应性专长”。

还有学校出于宣传需要，极为关注学生的最终作品，甚至把 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，培养极少数有特长的学生参加各种科技比赛，而大多数学生则沦为“沉默的观众”和“缺席的主角”。如果 STEM 教育一直远离常态，无法惠及大部分学生，就会变成一项内涵缺失的“形象工程”。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实。

过于关注结果的 STEM 教育还可能会带来巨大风险。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，中国在化学、电磁学、地球物理、自动化等现代科学上贻误战机，被西方国家反超。正如郑也夫所说，“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，却在芯片、半导体设备、航空发动机等关键核心技术上受制于人；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，把眼光放长远，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，帮助学生建构和不断改进自己的科学认识，形成更加完善的思维方法。

所以，STEM教育不是追求在科技竞赛中得奖，也不是为了创作一件精美的作品，而是让学生在实践过程中获得深刻的学习体验，在真实的任务情境中去发现、分析和解决问题，实现更深层次的学习。相对于学生的作品好不好，学生到底经历了什么、学习是否真的发生、科学素养有没有得到进一步提高等更应受到关注。哪怕学生在实践中失败了，或者没有完成一件很好的作品，但只要他对问题有了更深入的认识，也算是成功。我们与其把大部分时间放在作品的精雕细琢上，倒不如让学生充分展开想象，对问题进行极致的追问。这些看似“无用”的做法将会对学生未来成长产生难以想象的巨大影响。

总的来说，尽管学校在推动 STEM 教育时遇到了诸多问题，遭受了一些挫折，但机遇大于风险。这种跨学科学习背后蕴含着勃勃生机，它不仅契合国家创新驱动发展的战略导向，而且对弥补分科教学的不足具有重要价值。我们现在需要做的是拨开STEM 教育的迷雾，调整认识视角，从关注技能培养转向促进知识学习和智慧成长，从关注活动形式转向关注科学精神，从关注学习结果转向关注学习过程，彻底释放 STEM 教育的变革力量，为学校教育改革提供新的可能。

注：本文系中国教育科学研究院基本科研业务费专项资金项目“基于人工智能的智慧教育模式研究”（课题编号：GYD2018009）的研究成果。

（作者系中国教育科学研究院博士）