STEM教育的关键：跨学科、灵活课时与深度学习①

摘要STEM教育是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式。它打破了传统的分科教学体系，鼓励学生运用多学科知识解决实际问题。STEM教育不应成为一门新学科。STEM教育需要适应不同教学场景的灵活课时，包括大小课、长短课、阶段性课时等。STEM教育要打破“坐着不动的课堂”，把知识学习与社会实践、社区服务、参观考察、研学旅行等结合起来，让学生在真实情境中开展深度学习。

关键词STEM教育；项目学习；跨学科；灵活课时；深度学习

中图分类号G63

文献标识码B

文章编号1002-2384（2018）10-0031-03

近年来，STEM教育快速兴起，越来越多的学校开始引入STEM教育。但是，STEM教育既没有固定的课时，也不是一门独立的学科，一不小心就会流于形式。于是有学校提出，只有把它变成一门独立的学科、安排固定的课时，才能突破瓶颈。那么，这种做法是否符合STEM教育的本质？能不能产生积极的效果呢？下面是笔者的一些基本观点。

一、STEM教育不应成为一门新学科

STEM教育涉及科学、技术、数学、工程、艺术等多个领域，尽管与数学、科学、信息技术、通用技术等科目有密切的联系，但它并不属于任何一门单独的学科。STEM教育带有明显的跨学科特征，倡导学生在多学科交叉中开展项目式学习；它关注的不是某一个学科内部的知识，而是不同学科之间的联系及其相互影响。比如：数学建模简化了人们对自然体系的认识和控制，促进了技术的运用，这是数学与技术的联系。如果技术带来了发明和创造，那么它背后一定有相应的科学原理和依据，此即技术与科学的联系。科学本身不能生产产品，孤立的技术、单独的数学更不能，只有把科学、技术和数学结合在一起，我们才能生产出计算机和其他高科技产品。科学、技术、数学彼此间相互渗透，相互干预，而工程又深嵌于技术之中。[1]所以，学科之间的必然联系是产生STEM教育的前提，也是保障STEM教育健康持续发展的基石。设置独立的学科，短期内可能有助于STEM教育在中小学站稳脚跟，但长期看会摧毁STEM教育的未来，使它陷入分科的泥潭中，从而丧失对学校教育整体转型和创新人才培养的影响力。

STEM教育的核心，就是在分科教學体系中建立一座沟通的桥梁，发现学科之间的内在联系，鼓励学生运用多学科知识解决问题，为他们提供整体认识世界的机会。建设这种跨学科课程有两种方式。

其一，立足学科进行主题式整合。以学科知识为基点，寻找不同学科知识之间的连接点，将相关知识改造成以问题为核心的课程组织，通过序列化的问题，串接起各学科知识，使课程要素形成有机联系和有机结构。[2]实际上，没有学科，就没有跨学科。每门学科都蕴含着丰富的STEM资源，不是只有信息技术课、科学课或综合实践课的教师才能开展STEM教育。比如：一位数学教师将六辆自行车推到教室，引导学生开展“未来自行车”设计，学生在问题解决过程中学习数学知识，其中渗透科学探究、工程设计和技术运用。学生设计出很多有创意的“未来自行车”，包括隐形链条自行车、微车架自行车、水陆两栖自行车等。广东省深圳南山实验学校让学生在美术课上开展跨学科学习，以“手绘大深圳”“大树的心声”等22个单元主题为主线进行教学，把艺术、科学、技术等学科整合在一起，学生完成了陶艺、手工制作、电子绘本、计划任务书等多种形式的作品。

其二，面向真实生活的广域课程整合，打通书本学习与社会实践之间的界限，把学校从灌输知识的讲经堂，变成亲身实践的实验室。学校课程相互联系的中心不是语文、数学、物理、化学，而是学生自身的社会活动。[3]广域课程整合要从真实的问题入手，包括科技创新、生态失衡、环境污染、资源短缺等，对这些问题进行多学科的全方位解读，将不同学科、不同领域的观点，甚至是不同文化、不同主体的观点都整合起来考虑，寻找解决问题的多种途径。比如：杜威于1896年创办的芝加哥大学附属初等学校，其课程设置中有一门园艺课，目的不是培养未来的园林工人，也不是为学生提供一个在学习之外的消遣活动，而是让学生了解园艺在社会生产中所占的位置，并通过模拟真实的园艺工作流程，让学生在实践体验中探索植物生长的奥秘，研究土壤、光线、空气和水分的作用，以及有害的和有益的动物生活等。

二、STEM教育需要更加灵活的课时安排

课时是教学活动的时间单位，主要依据学生注意力的集中时长和教学活动的难易程度制定。在我国，小学课时一般是40分钟，中学一般是45分钟。开学前，学校就会排定课表。这种标准、规范的课时安排，极大地提高了教学的标准化水平。但一旦课时安排固定化，就会给教学带来影响：课时变成了一把剪刀，学生的个性差异、课程内容的难度差异、教师的教学风格差异都被剪掉了很大一部分。

近年来，探索新的课时安排方式，已成为各地深化课程改革的重要举措。 2015年3月，《浙江省教育厅关于深化义务教育课程改革的指导意见》提出，增加课时安排的灵活性，学校应努力增加拓展性课程课时，积极探索长短课、大小课、跨年级、多学期等课时安排方式。2015年7月，《北京市实施教育部<义务教育课程设置实验方案>的课程计划（修订）》提出，进一步下放课程自主权到学校，鼓励学校根据学科、课型等，积极开展长短课、大小课相结合的课程实验。在学校层面，也涌现出一批典型案例。比如：清华大学附属小学在“1+X课程”实施中，把原来每节课40分钟，调整为90、60、50、35、10分钟等弹性课时，在国家课时总量不变的情况下，根据学科与教学内容的不同，长短课时交错，突出“母语学习”“体育健康”和“创新与实践”，时间安排趋于合理，学生学习也更加多元开放。[4]上海市江宁学校针对学生学习特点的群体差异以及学习内容的差异，重新划分单位课堂教学时间，施行长短课时结合。英语学科由每周“3+1”的课时安排，改为“4短+1长”的课时安排，即每周4天小课时（每天15～20分钟），1天大课时，周课时量不变；语文学科由每周9课时的安排，改为“4短+7长”的课时安排；将每周两节35分钟的自然课连排，延长单次课的课时长度，形成70～85 分钟的“长课时”，从而给学生充分的实验探究时间。[5]事实证明，这样的课时安排更加符合学校课程改革的需要，对于教学方式创新有很好的促进作用。

STEM教育的兴起，对传统教育的运行规则提出了很大的挑战，尤其对课时安排提出了新的要求。它需要的不是全校统一编排、提前预设、固定僵化的标准课时，而是适应不同教学场景的灵活课时。STEM教育通常会根据生活中的真实问题设置主题，把相关知识从各门学科中抽离出来，用一种全面的视角来重新审视课程与教学。原有的学科林立变成了跨学科的课程整合，原有的讲授式教学变成了项目式学习，原有的固定课时变成了大小课、长短课，甚至是没有明确时间划分的现场考察、互动游戏、创意制作、科技发明、艺术设计等。这种课时安排必须富有弹性，不仅可以嵌入某门学科的内部，直接在常规课堂时间内开展；也可以是跨越学科界限的课程整合，采用大小课、长短课的方式来开展；甚至可以是突破学校围墙的“泛在课时”，利用科技馆、博物馆、科研院所、高新科技企业等社会资源，开展基于真实情境的实践性学习，从而实现课上课下、校内校外的无缝衔接。于是，全社会都成为学校开展STEM教育的大平台，真正可以做到停课不停学。

三、STEM教育要指向学生的深度学习

很多学校把“坐着不动的课堂”视为学生在校学习的唯一方式。他们认为，让学生走出教室进行自主探究或實践体验，根本称不上学习，充其量也只是学习的补充。这种观点是片面的，甚至是危险的。

我曾听过一节语文公开课《山雨》。当教师带着学生分析写作手法时，我随意扫了一眼窗外，发现教室外面就是一座山，那天又恰好下着小雨，窗外的景象与课文描述的几乎一模一样。或许，作者正是看到这般美景，才写下这篇文章。遗憾的是，教师对此视而不见，只专注于文本的解读。脱离真实情境的学习，容易形成孤立的、过于简单的理解。正如卢梭所说：“你以为你在教他世界是什么样子的，他不过只是在学习地图。”用静听代替实践，用背诵代替思考，用记忆代替对问题本质的探索，不可能让学生获得真正的成长。

STEM教育的目标不是培养一知半解的“知道分子”，而是培养有独到见解、能触类旁通的“智识分子”，尤其是善于解决实际问题的“高手”。这就要求学校打破“坐着不动的课堂”，让学习突破教室的围墙，让学生在现实世界中开展深度学习。

所谓深度学习，就是在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。[6]它强调学习的真实性、实践性和综合性，倡导把知识学习与社会实践、社区服务、参观考察、研学旅行等结合起来，让学习在真实情境中自然发生。比如：四川省成都市实验小学把课堂搬到了湖中的小岛上，学习内容包括科学、数学、艺术、语文等主题，授课教师既有校内的学科教师，也有校外的建筑师、设计师等，双方合作开展教学。建筑师以小岛周边的建筑为例，讲解如何提取建筑材料和运用材料，引导学生完成桥梁设计任务；科学教师带着学生寻找湖水中的生物，探讨水净化原理，学习净化中的分层、吸附作用，了解在自然中用何物替代活性炭，创造良好的水生态体系；学生在大自然中写生，以戏剧形式创编故事，组织小岛故事会，还学着用植物等作画，包括木头画、石头画，制作明信片等，作品在最后一天的慈善艺术展中拍卖。

STEM教育中的深度学习不会自然发生，它需要满足以下条件：（1）面向真实、富有挑战的学习任务。传统教学中，问题大多是从书本里抽取出来的，是闭环中的一环，这种“假问题”很难激发学生的热情，传统教学的失败正是从这种不真实的问题情境开始的。深度学习倡导营造真实的问题情境，让学生在现实挑战中发现知识、学习知识、运用知识，进而建立新旧知识之间的联系。[7]在STEM教育中，教师要善于把抽象的知识转化为环环相扣的探究性任务，让学生在认知冲突中突破原有的思维局限。（2）全景式的内容设计。深度学习要从知识点转向知识单元，把握知识点的内在联系，系统分析教材内容，通过跨概念、跨学科、跨领域的方式，把散落于不同专题或不同学科的碎片化知识整合起来，面向某一主题重新制定课程内容，形成一种更加全面的、相互衔接、融会贯通的解决方案。（3）民主而亲密的师生关系。只有深度的情感参与，才有深度的认知参与。教师要营造安全的心理氛围，允许学生充分表达个人见解，不轻易下结论、贴标签，引导学生全身心地投入到学习活动中。（4）及时反馈。根据教学目标，制定具体、明确、可测量的评价标准，为学生提供及时有效的教学反馈，帮助他们清楚地了解自己在学习中存在的问题，进而调整学习策略。教师也要根据学生的反馈信息，敢于打破预设教案，适时调整教学计划、改进教学方法。（5）丰富的资源支持及信息化手段。

总之，STEM教育不是对传统教育的缝缝补补，而是一种全新的教育理念、课程组织方式和学习方式。只有超越固定课时，突破传统的分科教学，全面激活深度学习，才能让STEM教育在学校生根发芽、成为常态。

参考文献：

[1] 李雁冰.“科学、技术、工程与数学”教育运动的本质反思与实践问题—对话加拿大英属哥伦比亚大学Nashon教授[J]. 全球教育展望，2014，（11）.

[2] 曹培杰.反思与重建：创客教育的实践路径[J].教育研究，2017，（10）.

[3] 余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015，（4）.

[4] 窦桂梅.新课改背景下课程整合的实践探索—清华大学附属小学“1+X课程”育人体系建构的案例研究[J].教育研究，2014，（2）.

[5] 吴庆琳.“课时改革”来了？！—上海市江宁学校教学组织形式变革实践[J].人民教育，2017，（10）.

[6] 郭华.深度学习及其意义[J]. 课程·教材·教法，2016，（11）.

[7] 曹培杰.深度学习：“互联网+课堂”的必然走向[J].今日教育，2017，（6）.

注释：

① 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。