STEM教育的根本動因和未來方向

科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)和數學(Mathematics)這四門學科已經存在很長時間了，為什麼現在會如此強調四門學科的交叉融合和有機統整，倡導STEM教育這樣的新範式？世界究竟發生了什麼變化，讓我們對教育變革的呼聲如此迫切？問題的答案只有一個：信息技術的迅猛發展，創造了一個全新的世界，也為科學教育變革創造了新的可能性。

一、信息化拓展了學習的形態

信息技術在短短的幾十年里，就顛覆了知識稀缺的狀況，大大拓展了學習的形態。

一是拓展了人與人發生學習關係的空間。原來學校學習只能在一個真實的班級里發生，因為有了信息化，現在學習可以在世界範圍里發生。

二是拓展了學習發生的機會。原來知識掌握在少部分人手裡，因為有了信息化，現在我們可以在極短時間裡用極低成本，來獲取需要的知識。

三是拓展了學習經歷分享和積累的途徑。

因此，信息化使原來班級授課制和教師傳授式的學習形態轉變為隨時隨地的學習，學習內容更豐富，學習過程更個性化，學習機會更均等化，同時也打破了單一學科的局限，超越了教師個人專業的局限，為科學、技術、工程和數學的融合教育提供了可能性。我們可以從一些學校的藝術教師、體育教師在STEM教學出眾的表現中，發現這樣一些特點：在世界範圍里收集學習資源，在跨領域中尋找活動主題，在網路環境里充分交流展示，在多種技術的整合中實施教學。

二、信息化改變了學習的目的

很長時間以來，知識主要存在於圖書之中和教師的腦子裡，我們的教育也主要通過閱讀和記憶來塑造大腦，學習的主要目的是延續和重複前人的生產知識。信息化創造了大量知識工具，把每個人從一個簡單的知識儲存容器或者簡單的智力機器當中解放了出來。不必要記憶的東西不再去記憶，不必要掌握的技能不再要求掌握，這樣就出現了所謂的「認知盈餘」，從而增加出來了很多自由時間。

信息技術創造和拓展了人人可以創新的平台。原來學生要創造、創新、創業的成本比較高，因為有了信息化，學生可以很方便地開展低成本的創造性活動。可以說，因為有了信息化，世界又重回年輕人的手裡。世界進入了一個創新的爆發期，無數的創意改變了人們的生活，也在改變我們的觀念。

因此，信息化對教育最深刻的影響是改變了學習的目的——教育不再以記憶和重複人類過去的知識為目的，而是以造就個性化的創新型大腦為目的。歸根到底，STEM教育的核心就是給學生提供更多的創造性學習機會，而成本低廉、高度集成的知識工具，為新的學習提供了支持。

三、信息化在STEM教育中的應用分析

從上面的分析來看，STEM教育不是傳統科學、技術、工程、數學這四門學科簡單的融合，而是以信息化為特徵的跨學科教育變革，其教育內容、教學方法、學習資源和評估等方面，都深深烙上了信息化的印記。

一是科學、技術、工程和數學學科自身內容的變革，其特徵是從記憶性知識向探究性知識、實踐性知識遷移。比如過去學習「為什麼杯子里的熱水會變涼」這個科學問題，我們主要的目的是要學生掌握熱傳導這個現象；過去學習「怎樣讓杯子里的熱水保溫」這個技術問題，我們主要目的是讓學生了解不同物質導熱性的不同。現在我們可以把溫度感測器放在水裡，直接觀察熱水變涼整個過程的溫度–時間圖像，研究不同材料包裹杯子後熱水變涼的不同情景，學生甚至可以自己帶不同材料來分析。同樣，小學階段的數學，過去教師更多的是教學生進行數學運算；有了信息化，我們可以開始引導學生進行初步統計和圖像建模等內容的學習，而這些學習內容在生活中非常普遍和實用。對學生來說，從真實生活經驗而來的真實問題，成為學習的重要內容，會對學習的意義產生根本性的改變。學生通過體驗知識獲得的過程，促進元認知能力的發展，通過應用知識解決問題達成對知識的靈活掌握，促進對知識進行社會性、情境性的遷移運用。

二是以問題學習和項目學習為特徵，用信息化這根珍珠鏈串聯起科學、技術、工程和數學。科學以探究為主要方法，技術以設計為主要方法，工程以系統應用為主要方法，數學以演繹歸納為主要方法。如果不體現這些學科最為本質的方法，學校開展項目學習，要麼是短期行為，要麼是浮於表面的教學秀。我們欣喜地從一些學校的教學案例中看到，學校利用信息化手段，在體現了學科主要方法的同時，創造了整體性的STEM教育新的實施方法。這種新穎的教學方法，在兩種情境里都在發揮作用。第一種情況是在跨學科的主題學習當中，在探究課、拓展課上，讓學生圍繞解決生活當中的實際問題，去創造性地探究、設計。第二種情況是在基礎型課程當中，在平時的科學課、數學課，甚至在語文、數學、藝術等課堂上，圍繞著問題解決，形成了「像科學家工作般學習」和「像工程師工作般學習」的特點。

三是教與學環境的信息化，使STEM教育成為可記錄、可傳播、可分析的生態鏈。有些學校的STEM教育教師團隊有一個微信群，教師們教學的點滴過程、教學設計的奇思妙想等，都會在這個微信群里共享，在不經意中建立起了一種教師互相學習和激勵的機制，同時在向家長和社會傳播的過程中，產生了宣傳和輻射的效果。學校教師在研究某種材料固液態轉變過程中，發現了一種有趣的材料，結果竟然可以用在其他教學環境中。某個孩子的創意作品，因為信息化傳播的力量，在短時間裡讓這個孩子成為小有知名度的小小發明家，甚至去非常有知名度的「聽道」論壇上演說。

綜上所述，STEM教育顯然不是簡單地將科學、技術、工程和數學組合起來，而是要把學生學習到的零碎的知識轉變成一個探究世界相互聯繫的不同側面的過程，這裡有一條隱形的線索，就是信息化的適當應用。分析每一個STEM教學案例，總有一個或幾個環節，出現了信息化深深的烙印，無法剝離，應用自然。

四、教育的未來走向對STEM的呼喚

智人以製造和使用工具為標誌，距今已經20萬年了。發展到現在，人類對知識工具的靈活應用將成為創造性活動的核心。對教育而言，也到了應用知識工具創造新的教育形態的關鍵節點上，一是要應用知識工具創新課堂設計和學習設計，圍繞發現問題、解決問題，學會知識工具的創造性應用，讓學生體驗全新學習過程，實現新大腦塑造。二是要應用知識工具，實現學生學習動力的多重激發：目標激勵，教師鼓勵，同伴挑戰，知識魅力。而STEM 教育恰恰綜合體現了這個教育轉型的要求。

從課程變革的角度看，目前世界上呈現出兩個大趨勢：一個是學科更加細分，商科、藝術、設計與技術（D&T）、媒體素養等內容也進入核心課程，為學生提供更充分的選擇，並輔之以職業體驗和志願者服務，這是北美選擇的教育道路；另一個是學科消失，以主題學習、基於項目的學習（PBL）為主，圍繞創造發明、角色扮演、挑戰創業、問題解決等綜合性活動組織學習路徑，就如芬蘭正在選擇的道路。而這兩者，都深深依賴於信息化的深度融入。當然有的學校也開始了第三條道路，上海徐匯區的康健外國語小學，採用「4+1課程變法」，一周4天是學科教學，1天是綜合性主題學習，這一群學生的發展情況將非常值得追蹤關注。

人類正處於生命的第三次綻放階段，其特徵就是信息化主導的數字進化，是人腦和電腦相關聯，進入了一個以創新創造為主導的新時代。關於這個時代對教育的影響，筆者提出以下三個預測。

一是對於學習者而言，未來人類遇到的瓶頸將無關知識，而是如何形成共識。信息化破除了知識權威，讓每一個人都有了表達的機會，而形成共識將難度加大。STEM教育當中，應該有更多的主題能夠讓學生體驗觀念衝突，並讓學生們體驗協商和妥協，而這方面實際上有大量的案例可以去實踐，也非常值得我們用時間去讓孩子們體會溝通和作決定。

二是對於學習者而言，未來人類面臨的是超大教育規模帶來的挑戰。以前我們只有幾個電台或電視台可供選擇，現在可能已經有上千個電台或電視台可供選擇了，未來可能人人都有電台或電視台，數據技術時代將大大改變我們的行為方式，學會選擇已經成為核心要素。STEM教育有必要讓孩子們了解，沒有完美的選擇，只有現實的選擇，無論是設計方面，還是材料加工方面，真正科學的態度，並不是追求正確，而是解決問題。而且可以進一步明白，解決一個問題，往往會帶來新的問題，這也恰恰是技術和人類不斷進步的特徵。

三是對於學習者而言，未來人類最大的特徵是相互關聯並透明，形成開放、集體的創新範式。信息化讓每一個人的隱私完全處於脆弱的狀態，如果大多數人不尊重這樣一個現實，那麼信息化將讓未來人類生活在無比黑暗之中。STEM 教育需要激發的是集體創造力，讓人和人之間的連接變成資源和學會尊重的機會，互相尊重，互相分享，並在思想關聯中孕育創造力。創新實際上從來就是一個社會現象，一個人的創意只有得到別人的認同，才會真正變成改變社會的動力。因此在STEM教育當中，要創造機會讓學生理解社會運作的系統性，了解不同角色在創造活動當中的重要性，理解競爭與合作、發展與成本、行為與規則。比如學生為了解決某個問題，可能會藉助蘋果公司的平台來開發APP軟體，而這個過程當中創生出來的STEM教育資源，絕對不局限於開發出了一個APP，教師們必須仔細判斷和引導過程性的教育價值。

信息化為教育打開的價值空間，只是剛剛開始，無論是教還是學，無論是知識傳遞還是創新體驗，最激動人心的時代已經到來。但是，我們必須要理解和把握未來教育的特徵：不是要學得更多，而是要學得更多樣；不是要學得更快，而是要學得更快樂。這兩者，顯然更是STEM教育成功的核心。

作者：倪閩景上海市教育委員會副主任

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