不确定性与实践性视域下的课堂教学变革*

郝晋青 项华

摘   要  随着科技的迅猛发展，人类生存环境的复杂性、不确定性问题日益凸显，终身学习与核心素养培育成为共识。课堂教学变革是学校教育改革核心内容。通过梳理近代科学教育的几次重大改革浪潮，和分析课堂系统结构与功能，揭示出基于不确定思维的新生态课堂教学变革的原则和教学模式。

关键词   探究式  实践性  A-STEM教育  课堂教学

21世纪人类生存环境由纳米、比特、基因和神经元构成，分别对应着纳米科技、信息技术、生命科学和脑与认知科学四大科技领域。科学家预言，这四大核心科技领域基于信息技术的聚合，将像人类数十万年以前产生的口头语言一样，再次赋能人类，甚至改变人类物种。

2017年，教育部长陈宝生首次提出了“课堂革命”概念，明确了教育改革的核心是课堂教学改革。面对一个将机器变成像人一样工作的、充满不确定性的社会，如果教学只停留在机械学习，无异于将人变成机器，难以胜任培养未来社会创新人才之重任。

一、课堂教学变革的方向

班级课堂教学是工业标准化时代的育人方式，由17世纪近代教育家夸美纽斯首次提出。随着进入智能时代，人类的生存环境越来越复杂多变，越来越充满不确定性。终身化学习将带来多样化与个性化的课堂新生态。这种课堂新生态的主要特征是什么呢？

1957年，苏美冷战时期，苏联发射了人类历史上第一颗人造地球卫星，引起美国震惊。为了赶超苏联，美国掀起基础教育课程改革浪潮，主要由科学家来撰写教材。由于缺少合格师资和必要的设备，此次改革没有成功。此次课程改革经验说明了，只是注重传授概念性知识，不能有效提高学生科技能力。

1972年，科技的不确定性给一些工业发达国家和城市带来严重的环境污染，生态环境的复杂性明显增强，科技有益与有害的“双刃性”日益凸显，联合国教科文组织召开环境会议，提出了STS教育。

1985年，彗星飞临地球，将于2061年再次飞临地球，美国据此提出“2061计划”——整体教育改革计划，明确地提出了科学教育培养目标是科学素养，培养科学素养的抓手是探究式学习，引发了全球科学教育变革浪潮。所谓探究式学习，就是像科学家一样去探索、研究与创造，它是我们适应陌生环境的本能与法宝。

自20世纪90年代以后，随着互联网技术普遍应用，世界复杂性与不确定性进一步凸显，网络教育开始对教育方式产生深远的影响。各国开始实践“数字化学习”“课程整合”或者“课程重构”。美国国家科学基金会（NSF）提出了与国家劳动力提升、国家安全和移民政策相关的STEM教育。STEM教育是“课程整合”与STSE教育的进一步发展，强调S（科学）、T（技术）、E（工程）和M（数学）四个核心学科教学的整合，强调体验性和实践性。我国直到2015年才开始广泛关注STEM教育。课程的跨学科性、核心性、工程性受到重视。

1996年，随着科技迅猛发展，面临新世纪复杂性与不确定性严峻挑战，联合国教科文组织提出了教育改革“四大支柱”（学会学习、学会做事、学会与人相处、学会适应）解决方案。这“四大支柱”是应对未来复杂性与不确定性环境挑战的主要策略，对一些传统教育观念提出了颠覆性认知。

随着人类进入21世纪，制造业门槛降低，世界上开始出现一个特殊群体——创客（makers），创客设计与制造创意产品。创客群体使用互联网和最新工业技术造物，进行个性化生产，形成了互联网修补、迭代、共享的创客文化。随着创客数量与影响迅速扩大，创客文化将带来新的产业革命。秉承“做中学”教育理念，创客教育由此产生。实施创客教育将打破过去学校教育系统的封闭性，带来跨界融合的终身化学习新形态。

STEM教育与创客教育的跨界融合性和实践性，给传统的学科教学与学习观念带来巨大冲击。2015年，美国《下一代科学标准》加强了课程标准的纵向能力进阶性要求，以及横向各学科交叉性要求，其中关于学科核心概念、科學与工程实践和跨学科思维三个维度的提出就是要关注学科经验教学。

2015年，创客教育与STEM教育在国家“创新、创业”政策之下得到大力推动。其中STEM教育在本土化进程之中，强调“真实情景性”“工程性”“跨学科性”“创新型”“艺术性（Art）”，多采用STEAM的说法。何克抗教授认为应该将其中的“艺术性（Art）”改为“人文性（Arts）”。2016年9月，邹晓东博士提出应该将“人文性（Arts）”提前，即强调人文精神引领下的A-STEM教育。

2018年，教育部颁布《教育信息化2.0行动计划》。《教育信息化2.0行动计划》的本质是从运用走向教育融合或者智慧重构。如果把中国教育系统比作一个有待孵化的鸡蛋，A-STEM教育构成了孵化的内部原因，而创客教育则构成了孵化的外部原因。A-STEM教育新生态的特征：核心素养引领下的多学科融合;创新精神与互联网共享精神;基于探究式的网络的数字化工具应用;实践能力培养。其中，基于探究的实践性是新生态课堂教学变革的抓手。

二、未来新生态课堂教学变革的原则

根据A-STEM教育新生态变革方向，设计与实施新生态课堂教学，需要遵循如下原则。

1.探究式、游戏式与学科概念性知识教学相结合

一方面，人的探究本能和游戏本能能够很好应对技术环境的复杂性与不确定性;另一方面，学科概念性知识教学已经积累了许多有效的教学方法。课堂上，在探究式、游戏式学习基础上实施其他教学方法，唯此才能够增强新生态课堂教学的趣味性，树立核心素养意识。

2.动手实践与思维培养（学科思维、计算思维、设计思维）相结合

一方面，实践性是课堂教学变革的方向，设计与实施课堂教学，要加强动手与实践;另一方面，思维是人顺利开展活动的关键。A-STEM教育中的思维主要包括学科思维、计算思维与设计思维，所谓计算思维是人脑与电脑或者网络相结合的思维。提高人文核心素养离不开思维。所以面对复杂的现实问题，只有将动手与思维结合起来，才能有效贯彻A-STEM教育，保证课堂教学深刻性，有效培养学生的高阶思维能力。

3.跨学科实践与学科能力相结合

面对工程与实践问题的复杂性，不仅需要实践经验指引，而且需要专家型的学科知识或者跨学科知识指导。跨学科实践与学科能力相结合能够培养学生高阶思维能力和有效解决实践问题能力。

4.可控性与不可控性相结合

对于教师而言，课堂上有些行为是可控的，另外行为是不可控的。比如某个学生观察某个演示实验时，其所思所想是不可控的。明白这点，对于设计与实施真启发、真探究和个性化教学很重要。课堂上一味追求控制性，学生难有试错空间，学科核心素养难以养成。

5.科学精神、游戏精神与创客精神相结合

一方面科学精神追求客观事实和真理;另一方面游戏精神追求遵循规则，创客精神追求求真、求异和共享。科学精神、游戏精神与创客精神相结合，能够促使学习者增强创新性，适应陌生的、复杂的、和不确定性的未知世界。

三、A-STEM教育新生态课堂教学模式

传统课堂教学贯彻教师主导、学生主体的教学思想，主要任务是传递学科概念性知识，教学模式主要是“讲授——接受”模式。课堂要素由“教师、常规媒体、学生、概念性知识”构成。随着进入人工智能时代，课堂教学系统承担着培养适应终身学习社会的创新型人才使命，未来课堂应该是文化重构，教学流程再造与重组，组成要素应该是“学生、教师、智慧媒体、学科经验（包含概念性知识）”，比较而言，“常规媒体”变成“智慧媒体”，“概念性知识”变成“学科经验”，课堂创新的空间变大。关系如图1和图2所示。

传统课堂教学模式主要是“脚手架式”。“抛锚式”和“随机进入式”是辅助模式。那么按照新生态课堂教学变革原则，这三种课堂教学将发生怎样的改变呢？

1.A-STEM教育理念下的三种课堂教学结构探析

（1）“脚手架式”教学模式发展

所谓“脚手架式”教学模式，即以学科概念性知识作为抓手，像建筑脚手架一样，一层一层地向上建造学科知识大厦。这种教学模式一直是传统课堂教学的主流教学模式。

A-STEM教育对“脚手架式”教学模式提出了新的要求：教学抓手不能仅仅是学科概念性知识，还要包括学科实践经验和数字化跨学科经验;在教学过程局部环节设置真探究活动;教师在讲授中要贯彻真启发要求。

（2）“随机进入式”教学模式发展

所谓“随机进入式”教学模式，是一种问题、任务与结果不可控制的“导演——探究”教学模式。这种教学模式开放程度大，给学生的学习支架少，学生甚至教师处于真探究状态。主要奠基者是杜威的教学思想。

A-STEM教育对“随机进入式”教学模式提出了新的要求：教师以学习者身份参与探究活动之中;以学习者为中心设计与实施教学活动;提供充足的时间和必要的学习支架;组织好交流讨论环节。

（3）“抛锚式”教学模式发展

所谓“抛锚式”教学模式，是一种介于“脚手架”教学模式与“随机进入式”教学模式之间的教学模式，一般像抛锚一样明确教学主题，学生综合利用各学科概念性知识、实物工具、数字化工具解决核心问题或者主要任务，获取相关经验的同时掌握学科概念性知识。主要源于项目式学习思想。

A-STEM教育對“抛锚式”教学模式提出了新的要求：基于A-STEM教育理念精选“抛锚式”问题或者项目;真启发与真探究相结合;设计好学习支架;组织好合作学习。

2.数字科学家A-STEM混合式课堂教学模式

项华教授及其团队根据未来新生态课堂教学原则，提出了数字科学家A-STEM混合式课堂教学模式。如图3所示，该课堂教学模式是一种基于A-STEM教育理念，混合运用“抛锚式”“脚手架式”“随机进入式”的教学模式。所谓的数字科学家是一种A-STEM教育与创客教育项目，目前该项目已经开展了十年。

该教学模式以学习者为中心，基于探究式学习与A-STEM教育理念，在教师微讲授启发下，围绕真实问题或者项目，借助学科概念性知识、实物工具、数字化工具解决问题。值得一提的是，如果极端地加强可控性，该模式将变成“脚手架式”教学模式，如果极端地加强开放环节，该模式将变成“随机进入式”教学模式，具有较好的变通性与灵活性。

参考文献

[1] 项华，毛澄洁，熊晓燕.从物理学科教育走向STEAM融合教育——中学物理教学创新之道[J].中小学数字化教学，2017（03）.

[2] 盛国荣.技术预见的内涵、理论依据及其面临的问题——一种技术哲学的视野[J].科技管理研究，2008（01）.

[3] 项华.信息技术与中学物理教学整合[M].北京：北京师范大学出版社，2013.

[作者：郝晋青（1965-），男，山西太原人，太原师范学院物理系，副教授，硕士;项华（1964-），男，安徽合肥人，北京师范大学物理学系，教授，教育学博士，通讯作者。]

【责任编辑  孙晓雯】