STEM教育之来龙去脉（三）

向世清

前一讲已经提到STEM教育在NASA得到初步实践并向美国各地蔓延的态势，但仍然没有讲明STEM教育如何被科学化实践。因为当时NASA的探索还只有较短的时间，究竟怎样做STEM教育才能最大程度地发挥STEM的内在效能，其实对人类还属于未知数。因此，这一讲我们将继续讲述STEM规律在美国的科学教育应用中进一步深化的历史过程。我们将看到，在NASA的持续努力下，这里形成了一个将STEM理念逐渐认识得更准确，然后尝试在教育中追寻更为准确的教育方法和实现模式，经过艰难的探索过程才逐渐逼近基本合理的教育方式和范式的实践提升过程。

4.NASA将STEM规律不断移植至教育并探索教育模式的科学化

正如上一讲结尾处的总结所述，NASA的前期实践的确已经相对清晰地证明了其前期采用的科学教育方式对STEM的规律是能够有所体现的，其一定程度的成功也因此才能引发在美国国内一定范围的效仿。当然，其核心目标是针对美国国家的军事和竞争要求培养科技后备人才。这一点是始终没有偏离的。这也是最初NASA被国家赋予的任务，也是其为了自身更好地持续发展而对自己提出的要求。

然而，培养人才的教育与科技活动本身毕竟不是一回事。教育在目标较为确定之后，是需要过程和方法的。那么，究竟什么样的教学过程可以将STEM的内在规律移植到教育之上并尽可能地发挥其培养科技人才的最好作用呢？NASA其实经历了相对艰难的探索过程。

一开始，NASA通常是将有兴趣的学生带入其科技研究的真实环境（如图1），教育方式主要是参观，通过观摩和体验，其结果主要停留在能够满足学生的好奇心和激发兴趣，使得学生在后续有可能进一步关注相关内容并展开学习过程。但是，对于学生后续怎样学习却没有足够的思考并给出解决方案。这其中，实际没有用到STEM的内在关联性，与传统科学教育差别并不大。

随后，在发现学生需要被给出进一步的过程以支持其后续的学习要求时，NASA开始考虑提供更多的活动过程让学生可以多频次接触其关注的内容，逐渐有了一定的直接参与和动手实践（如图2）。这样的情况下，有一部分学生在其感兴趣的内容方面不同程度地获得了更多的学习，甚至是达到了一定的学习深度，显示出更多的过程对学生培养的有效性的提升。当有效性被提上关注点时，NASA就开始了重点研究什么样的活动过程可以算作有效的教学过程，其中有关教育的元素，包括教学内容的选择、教学方法的使用、教学技术的加入等，开始被重点予以关注。也就是说，学生仍然是进入NASA的实境学习，但却开始有了一定的教学方法和方案设定。不光依靠学生自己的观摩后学习，而是有了教的考虑和实施。这其中，对STEM的互相协作性已开始有所利用。这一阶段，也可以算是NASA步入STEM课程研发的萌芽期，而且一部分NASA教育的管理者开始逐渐向较为有思考的STEM教育者转变。他们可以说是历史上的首批STEM教师，但是却还没有凝练出相对准确和规范的STEM教学方法和模式。

随着时间的进一步推移，也伴随着NASA对STEM的规律更为清晰的认识，NASA开始进入专门的STEM教学方案的研究期。从这个阶段开始，NASA逐渐认识到，因为可以关联STEM各元素，基于任务或者目标的项目式过程的参与和经历，可能是STEM规律习得的最好方式。此阶段，NASA的STEM教学方案开始独立于实境的实验室任务而存在（相对独立的教案设计，不一定与NASA实验室的实境任务相连接），有了单独的经过制订的STEM教案（如图3），甚至已出现了互相连接的STEM教案，这也就开始呈现出STEM课程的雏形。其中，基于任务的探究性学习过程开始在项目的框架下逐渐加大了比重，学生在探究过程中依据兴趣的主动性知识学习逐渐纳入了教案内部，并成为教学过程的必然部分，与实践性实验过程和完成任务的过程开始融合为初具固定范式（或套路）的流程，而不像原来的知识学习是学生在参观中或动手实践后自由分开发生的事情。这一阶段，NASA教育的管理者多数开始成为有一定认识高度的STEM教育者，STEM教师与一般教师的区别开始出现，相对准确和规范的STEM教学方法和模式也初步成型了。

然后，更为关键的是，学生在流程中开始有了任务下的方案设计过程。这实际是解决问题的方案设计的凸现。因为这一过程，开始真正体现出STEM教学方案对于S、T、M在任务方案下的整合，也实际逐步将工程设计的概念提升到逻辑统整和引领的地位。这时，STEM教学才真正反映了STEM的内在规律，其在任务的名义下能够将科学、技术和数学通过工程关联在一起互相作用，正像当初美苏完成武器研发和卫星、登月等太空任务时，将科学家、技术专家、数学家和工程师组织到一起，使各类专家在设计并完成目标研发的过程中一起互联配合的感觉，有着一样的逻辑过程和互动特征。这一阶段，许多NASA教育的管理者已经基本形成特有的STEM教师特征，STEM教学方法和模式逐步具有了某种程度的科学性（哈，感觉STEM教学方式终于浮出了水面）。

所以，为了培养有用的科技人才，NASA的逐步推进始终朝着STEM教学的有效性方向演变。在演变中，最为重要的是，如何能够保证STEM的规律可以在教学中得以体现，尤其是其中如何体现STEM相互之间的互动协作，因为这是STEM推动真实世界进步的能效性本质。最终，STEM教学变得与一般的传统科学教育有所区别，不再是基于知识点内容的递进性学习，尤其是不再仅是學科性知识点的分科递进性学习过程的单独存在。同时，其中基于完成任务的动手实践性成为重要特征。因为NASA -开始的STEM就以动手实践性方式为典型特征，这种方式在后期STEM教学的演化中得以保持，尽管稍有降低比重，但仍然是必不可少的。因为NASA发现，不通过实践而进行的教学最终难以达到人才有用性的实现。

所以，在这种STEM教学方式下，学生几乎是像真实解决一个任务中的问题的生活真实方式在进行着，知识，无论是科学的、技术的，还是数学的，连带工程的，都在任务完成的流程和方案中服务于任务完成本身，不再是脱离实际的知识习得过程，也不再是仅和最初任务有关的已有知识的固定化学习，而是有了任务牵动知识的学习，有了为任务完成得更好而多方组织知识学习要求和拓展学习要求的学习。

由此说来，STEM教学开始呈现出一种人类历史上从未有过的新型教学范式和方法的样子。其既基于对STEM规律的理解，又基于在教育的要求下对实现有效的STEM内在能效性的科学化方式的逐步探索。客观上看，NASA这一探索过程前后长达近30年，是一个相当复杂且困难的过程，其背后的推手实际是我们人类科技进步本身，这种进步使得新时代的教育必须与人类过去的教育方式有所不同，有所进步，有所利用科技进步的成果，更有所适应科技的进步。