“跨学科教学”很火，看龙岗A-STEM如何规避误区

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不同于以往通过知识主题连接各学科的跨学科教学，A-STEM教育强调由学科核心概念、跨学科概念和项目实践“三驾马车”驱动教学。

论驱动A-STEM教育的三驾马车

——深圳市龙岗区STEM教育的新探索

文  |  吴向东  叶德卫

当前国内STEM教育的热潮不仅仅是因为人工智能、基因技术等高科技带来的社会影响，也是当前国际竞争格局下中国创新发展的内在需求使然。

深圳龙岗是华为等高技术企业的所在行政区，也是众多加工企业的聚集地，科技与人文的差异巨大。正因为这样的背景，在吸收国际STEM教育的优秀成果，特别是美国新一代科学教育标准（Next Generation Science Standards，简称NGSS）的基础上，龙岗的STEM定位在人文精神的引领上，即A-STEM（Ａ是Arts的缩写，指人文学科）。

另外，为了更好地落实国家课程，A-STEM又特别强调结合人文艺术、科学、技术、工程和数学等学科课程去实施。A-STEM的定位和做法，集中体现在龙岗区教育局于2018年7月颁布的《深圳市龙岗区A-STEM课程建设指导意见》（以下简称《意见》）中。

与常见的STEM教育不同，A-STEM教育是由“三驾马车”驱动的，即学科核心概念、跨学科概念和项目实践。三驾马车不是三驾独立的马车，而是指三匹马合力拉一辆马车，它们朝着共同的方向协同使力，并肩作战。

对于龙岗A-STEM教育而言，这三匹马各有分工，又相互合作，学科核心概念是基础，跨学科概念是连接不同学科的核心，项目实践是方法，下面分别介绍。

一以学科核心概念为基础

STEM教育强调跨学科整合，有人将其等同于综合实践活动，这是对跨学科的一种误解。综合实践活动有自己的内容，有些内容不必以学科为基础。但高质量的STEM教育不然，它必须以科学、技术、工程和数学等学科为基础，离开了这些学科基础，很容易流落于搞热闹的肤浅。

随着STEM教育的发展，越来越多的人认识到，若要实现跨学科整合，就应将STEM领域各个学科的知识整合起来。在这样的背景下，美国国家工程院、科学教育研究委员会和国家研究理事会组成了一个专门委员会，对此进行了历时两年的调查，于2014年发布了调查报告《K-12教育中的STEM整合：现状，前景和待研究的问题》。

该报告认为，应该继续努力改进以学科为中心的教学和学习，当学生对单个学科中的思想了解甚少或根本不了解时，跨学科间建立联系是困难的；STEM整合的设计者需要注意各个STEM科目的学习目标和学习进度，以避免无意中损害学生在这些科目中的学习。

这个调查结论提醒我们，学科学习是基础，一味地强调跨学科整合，甚至把跨学科的价值凌驾于单学科之上，可能是有害的。

什么时候需要跨学科呢？在发现和解决实际问题的过程中，单一学科的知识和方法不够用时，才产生跨学科的需要。但是，仅用单一学科就可以发现和解决的实际问题大量存在，没必要为了形式上的跨而跨。无论如何，单一学科核心概念的理解和掌握是基础，离开了学科基础，跨学科也很难开展。

那么，学科核心概念是什么呢？科学技术的飞速发展，每个学科内的知识都在不断地扩充和加深。如果什么都去学，学生是无法学得过来的。于是学科教育专家们开始梳理本学科最重要且最为基础的知识、方法和思想，这就是学科核心概念，并用这些学科体系化了的核心概念研制课程标准和教材，为学生打下坚实的学科基础。因此，我们在《意见》中明确提出，学科核心概念是基础，开发A-STEM课程时要依据国家课程标准落实各学科中核心概念的学习，倡导学以致用，使知识活化为能力。

重视学科核心概念，可以避免长期存在的“一英寸深、一英里宽”的课程现状，学生学得太多，却什么也学不深入。A-STEM注重落实学科核心概念，有利于学科课程转变到“一英寸宽、一英里深”的轨道上来，让学生对少量的核心概念深入学习，少就是多，使学生真正学有所获。

二以跨学科概念为核心

对跨学科的误解之二是认为，应通过某个知识主题把不同学科的相关知识串联在一起学习。问题是，这些知识主题是否超越了学科层面？如果没有，还不能称为真正意义上的跨学科。

什么是跨学科呢？跨学科不是以知识主题，而是以发现和解决问题的需要来连接各个学科的核心概念，并在此基础上学到更上位的跨学科概念。

跨学科概念的学习是A-STEM的核心，也是我们检验某个活动是不是跨学科的标准。A-STEM借鉴美国NGSS，认为跨学科概念是指从各学科领域中提炼出来的具有共性且相互联系的更上位、更宏大的概念体系，如模式、系统、结构等，它有助于学生以系统思维连接各学科的核心概念，形成连贯、统一、系统的世界观及思维方式。

根据A-STEM的人文精神引领性质，跨学科概念分为两大类别（见表1）。

表1 A-STEM课程中主要的跨学科概念

在人文方面，参考美国哲学家摩狄曼·阿德勒挑选的人类社会的六大观念：真、善、美、自由、平等、正义，结合深圳龙岗的社会人文现状及对学生的了解，我们选择了生活意义、正义、仁爱、美这四个大观念，即追求崇高的生活意义，对人有仁爱之心，对社会有正义之责，对世界有审美之慧等，突出其在塑造健全人格上的统领作用，强调A-STEM为人类福祉服务的宗旨。其中，生活意义和正义是据以行动的大概念，仁爱和美是据以判断的大概念，而STEM提供了一整套可以信赖的求真的方法和知识体系，与仁爱和美构成了据以判断的基础。

在STEM方面，反映的是六大观念中的“真”，主要包括模式、因果机制、系统与模型、物质与能量、结构与功能、稳定与变化、规模及效应七个跨学科概念。它们来源于NGSS，但由于过于抽象，我国中小学各科学类课程标准对此尚未涉及，我们期望通过A-STEM引入跨学科概念，对本区的科学教育有所助益。

这七个跨学科概念，始于“模式”和“因果机制”两个概念，它们是科学本质的反映：观察到的模式可以被解释，科学通过寻找它们背后的机制来研究因果关系。其他四对概念（系统与模型、物质与能量、结构与功能、稳定与变化）之间相互关联，一对概念可由其他三对概念阐明。同时每个概念都是STEM所有领域中的独立概念，也是工程系统设计时要重点考虑的概念。

理清这些跨学科概念，对于如何定位跨学科是相当重要的。它使A-STEM教育有了明确的立德树人的目标，同时也关注到基于学科核心概念之上的更为抽象、系统和宏大的思想方法。这些思想方法可以渗透进STEM领域的各个学科，让学生能超越单一学科的视野，去实现不同学科间知识与技能的迁移，进而为创造力的发展提供新的动力。

三以项目实践为方法

对跨学科的误解之三是，多个学科教师在一起开展了学习活动就是跨学科。但A-STEM对跨学科的活动是有明确要求的，那就是项目实践。A-STEM的项目实践与通过教师构造知识主题来产生的跨学科是不同的，它来源于学生发现和解决实际问题的需要。这是A-STEM实践最为显著的特征。

A-STEM的项目实践是模仿科学家和工程师的，即我们让学生去真实地经历科学家和工程师是怎样发现和解决问题的过程。因此，项目实践是直面真实情境的，而不是剥离了这些真实情境的知识学习甚至是解题训练。作为教育教学活动，真实情境不限于现实生活情境，还包括借助信息技术设计的虚拟仿真的、模拟的、视音频录像的情境等。

提倡项目实践面临的一个很现实的问题是如何把握项目实践的难度，特别是教师们普遍陌生的技术和工程实践。美国曾经制定过中小学生的工程和技术教育标准，但实施起来困难重重。美国国家工程院2010年曾发布报告《K-12工程教育？》，认为没有必要单独设定中小学工程和技术教育标准，学校也缺乏师资，建议将中小学工程和技术教育整合到相关的学科（如科学等）课程中。2013年颁布的NGSS采纳了这一建议，将原标准中的“探究”，改为“科学和工程实践”。这一修改，意味着STEM背景下的科学教育标准的形成，美国科学教师协会（National Science Teachers Association，简称NSTA）介绍NGSS的栏目时在网站最显著的位置宣称：STEM从这里开始！

随着美国STEM教育开展的深入，科学教育和STEM教育的界限已经趋于模糊。2019年美国国家工程院等发布的研究报告《6-12年级的科学和工程教育：以研究和设计为中心》认为：当研究和设计与学生生活相关时，学习更有意义；科学研究和工程设计应该是教授和学习科学与工程的核心方法。

从A-STEM近年的实践来看，龙岗区许多中小学生自己拟定的研究小课题，如调查和鉴定生活环境中的有毒植物，用可行的方法调查生活中蔬菜水果的维生素C的含量，设计预防滑坡的装置，设计飞机发动机模型等，大多属于这类研究和设计类的项目实践，显示出深圳龙岗A-STEM的项目实践与美国的这份研究报告有相当高的契合度。

借鉴美国NGSS，A-STEM的项目实践包含以下过程与方法：提出科学问题或明确工程难题；建立和使用模型；设计和实施调查；分析和解释数据；应用数学和计算思维；建构科学解释或设计工程解决方案；基于证据的辩论；获取、评价和交流信息等。

这样的过程与方法体现在A-STEM课程的设计中，它不同于教科书那种提供完备的知识和方法步骤的模式，而是要求教师把A-STEM课程设计为一个开放式的框架。在这个框架里需要：对项目实践的结果有明确的要求，便于学生有目的地行动；为学生提供真实的学习情境，包括学习过程中必须提供的工具资源，使学生能沉浸其中；学习情境中蕴含着有方向性的劣构问题，以便引起学生的兴趣和挑战欲；为学生解决问题或难题提供必要的学习材料，为学生的探究实践提供条件；为整个项目实践过程提供必要的学习支架和方法指引，以帮助学生自主完成项目任务。

开放式框架的设计模式有基于项目的学习（Project-Based Learning）、基于问题的学习（Problem-Based Learning）、基于设计的学习（Design-Based learning）、IDEO以人为中心的设计（IDEO Human-Centered Design）、WebQuest、鸢尾花（IRIS）模式等。我们倡导以发现和解决问题为准绳，根据实际的课程特点灵活应用，而不局限于某种固定的模式。

四三驾马车的现状与展望

学科核心概念的学习有利于确保A-STEM的知识深度，跨学科概念的学习有利于确保A-STEM的思维高度，项目实践有利于确保A-STEM的实践热度。三驾马车协同作战，避免了常见的跨学科的肤浅，为发展学生的创新精神和实践能力提供了保障。

当前国内的STEM教育主要在以知识主题为载体的跨学科活动上蹒跚地行走着，学科核心概念的学习不深不透；跨学科概念没有受到应有的重视，或者根本未进入教师的视野；项目实践则只是让学生完成规定动作，教师生怕放得太开而无法掌控课堂局面。这样的现状下，STEM教育很容易变成一匹瘦马，走在传统的知识学习的古道上，迎着西风，不知能坚持走多久、走多远。

A-STEM教育由于是从STEM教育中发展而来的，同样也面临着挑战。令人欣慰的是，通过龙岗区教育部门和各学校教师的共同努力，已产生了不少卓有成效的案例，并通过全区案例分享与培训会等活动产生了良好的社会效应。我们也欣喜地看到，国内有越来越多的学校、研究者和教育机构关注A-STEM，并期望用A-STEM的思想方法设计课程。愿有更多的人一起携手，乘着三驾马车，把A-STEM教育开展得更好。

（作者吴向东系广东省深圳市龙岗区依山郡小学科学特级教师；叶德卫系深圳市龙岗区人民政府教育督导室主任，深圳市语文学科带头人）

文章来源：《中小学数字化教学》2019年第4期

责任编辑：牟艳娜

微信编辑：李中华

监      制：朱哲

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