STEM教育活动中深度学习的生成探微*

杨 翠 丁彦瑜

（1.韶关学院 教师教育学院，广东 韶关 512005；2.华南师范大学 教育科学学院，广东 广州 510631）

STEM教育指的是由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）所组成的综合教育，源于美国，目的是培养在知识经济时代具有较高科学和技术水平的人才。在STEM教育全球发展的浪潮中，我国STEM教育虽起步较晚，但近几年发展迅速。从2008年陈超等学者分析美国针对STEM教育的战略计划，到2016年教育部《教育信息化“十三五”规划》鼓励发展STEM教育，再到2018年中国教育科学研究院成立STEM教育研究中心，STEM教育已经逐渐在理论和实践上得到发展与普及。深度学习，演变于机器学习，是在计算机技术发展过程中使得机器模仿或实现人类的学习。学习科学视域下的深度学习，是较于浅层学习而言的，其强调采用理解的方式进行学习，注重知识处理的广度和深度[1]。从2003年新课改开始，我国便非常重视人才培养模式的变化和调整，强调学生学习方式的变革，“以人为本”和“以学生为本”的教育理念深刻影响了教育工作者们。在更能体现课程均衡性、综合性和选择性的STEM教育中，培养学生深度学习的能力和习惯是毋庸置疑的，但在真实教育情境中，STEM教育中的深度学习行为难以开展。本文针对学习活动中学习目标、学习过程、学习方式、学习结果四个方面进行剖析，提出促进儿童深度学习的实践方法，从而有效实现儿童STEM教育中的深度学习。

一、深度学习的价值凸显

深度学习，指在真实复杂的情境中，学生运用所学的本学科知识和跨学科知识，运用常规思维和非常规思维，将所学的知识和技能用于解决实际问题，以发展学生的批判性思想、创新能力、合作精神和交往技能的认知策略。深度学习的价值主要凸显在三个方面：一是范导价值，二是内化价值，三是生成价值。

（一）范导价值

范导价值体现在教学成果中学生所产生的价值导向。学生在学习过程中灵活运用所学知识，来解决实际问题。在这一学习过程中主要包含以下步骤：一是初步浅层学习，二是持续强化学习，三是解决实际问题。横跨这三个学习过程的主要价值基调就是范导价值。通过深度学习，学生首先进行初步的浅层学习，获取所需的知识储备，但此时的学习程度只是停留在知识本身，然后再进行持续强化学习。强化学习，起源于计算机科学，借助奖惩机制，使得学生在学习过程中进行自主探究，进行思维的发散，从一个初始状态通过各种各样的“刺激”变成中间状态或者是最终结果状态。而这种刺激就包括批判性思考，对基础状态的创新，与其他状态之间的交互（合作共赢）。当一个初始状态通过这一系列变化，最终达到了结果状态时，就说明它的学习过程已经完成，达到了成功解决实际问题的目的。而在这三个学习过程中，范导价值贯穿始终，作为一种方向性的引导，范导价值把控着学习过程的总脉络。

（二）内化价值

内化价值指的是价值观的内化，每一个个体都会在社会、家庭、学校、同辈群体、大众传媒等环境下发生价值观内化的活动。但是，每一个人价值观形成中内化发生的具体时间、地点、情境是不一样的。同理，在深度学习中也包含着价值观的内化，通过深度学习的一系列教学活动，包括上述提到的初步的浅层学习，持续的强化学习，以及最终的实际问题的解决，都是一个符合价值观内化的实际场景。在深度学习中，学生发展出的批判性思想、创新能力、合作精神和交往技能的认知策略逐渐成为他们在学习过程中经过内化后的内化价值。深度学习中的内化价值与其他传统的外部灌输或者是表层学习中的内化价值是不同的，深度学习中凸显的内化价值对于学生个人成长过程中的任意阶段，都有极其重要的作用与影响。

（三）生成价值

生成价值是以范导价值为方向，以内化价值为环境，作为深度学习整体凸显价值的集中价值。生成价值能让学生们在教学过程中获得对事物究其根本的探索精神，对旧有事物进行创新的创新精神，以及与他人合作的团队共赢精神等。这些通过“深度学习”实现的学生发展特征，凸显了“深度学习”在教育教学过程中的深度价值。尤其是在传统教学模式中，知识传授是最终目的，而深度学习过程，对学科知识的掌握虽然重要，但并不是最终目的[2]。深度学习的生成价值是帮助学生掌握可迁移的知识与技能，而不是局限于应试教育中的分数目标，同时深度学习的生成价值还强调学习过程，而非过度关注活动结果。值得关注的是在深度学习过程中，不需要刻意区分接受学习和发现学习。奥苏伯尔的接受学习强调原有的认知结构的同化作用，布鲁纳的发现学习强调学生用自己的头脑亲自获得知识，两种学习方式并非互相冲突，而是侧重点不同，在学习过程中可以互相补充，促进生成价值有效体现。

二、STEM教育中学习活动的现实藩篱

（一）学习目标的偏移

STEM教育的主要目标是培养学生的综合知识和创新创造能力。STEM教育直指幼儿问题意识、探究精神、设计理念与工程意识的培养，当前社会上对于幼儿STEM教育的认识存在一定的误区，不少教师认为幼儿年龄小，他们的思考和行动在目的性、计划性、系统性上都处于萌发阶段，很难进行有真正价值的解决真实问题的活动[3]。在观念领域内，STEM教育活动目标仍模糊化，虽然教师们都了解STEM教育会培养学生动手能力，提高创造创新水平和科学技术素养，但教学活动中难以聚焦具体的目标内容。知识的积累与能力的培养并非一日之功，过于抽象和泛化的教育目标不利于STEM教育的深度学习。

（二）学习过程的游离

STEM教育理念从引入国内便不断发展，受到众多学者、机构的研究，但在实际的STEM教育活动中，各个阶段的教师仅开设相关课程，完成具体教学任务，但在宏观上并没有一套发展成熟的STEM教育体系。在理论研究、实践创新和比较分析三个大的方向上，各个学者与各大高校机构都进行了深度探索，其中也包括技术带动、课程创新、模式突破等不同的侧重点，不可否认我国在STEM教育领域取得了一定的成果，但学者和机构的分布较为分散，基本没有太大的相关性[4]。因此，我国目前的STEM教育研究仍处于分散阶段，理论上的分离也影响着STEM教育实践。教育失去了连续性，课程没有完整体系，STEM教育活动的效率大受影响，很可能出现教学内容重复、知识体系混乱的情况。同时，在教材设计上，课程只初步提供了特定主题和简单的教学思路，不成熟的课程设计对教师的STEM理念、教学能力、教学设施的要求更高。

（三）学习方式的错位

美国学者古德莱德归纳了五种课程：（1）理想课程，由研究机构、学术团体和学者提出的应该开设、开展的课程；（2）正式课程，被官方采纳的课程计划和教材等；（3）领会课程，任课教师所领会的课程；（4）运作课程，课堂实际开展的课程；（5）经验课程，学生实际体会到的课程。即使正式STEM课程要求一致，不同的教师呈现出来的课程与不同学生吸收的课程效果都是不一样的，影响教学效果的因素有：教师知识水平、教学方式、学生学习方式与态度、学生发展阶段、学生能力等。在师资队伍上，缺乏合格的STEM教师，很多STEM教师是科学课或者综合实践课或者通用技术课教师出身，这使得教师以往的教学经验难以达到STEM课程的教学要求[5]；在教学设施上，很多学校的管理层仍处于观望的状态，STEM教育课程开发商在课程初期只能投入生产成本较低的课程材料；在学生发展上，“以学生为本”的STEM教育在多重困难下，难以适应学生不同发展阶段的学习特点。

（四）学习结果的浅层

我国目前的STEM教育活动主要有“基于项目的实践”“与科学领域相整合的实践”“基于PPOD模式的实践”。而在幼儿园的教育实践中，又主要分为三种模式：基于项目活动的STEM学习、基于日常生活的STEM学习、基于游戏的STEM学习[6]。多数STEM课堂只重视表面的观察、小组讨论、总结、记忆的课堂流程，以及学生的注意力程度、纪律情况等外显的课堂表现，而忽略了学生学习内化情况。在执行课堂任务的时段里，学生能否真正完成课程期望达到的结果主要依靠于学生本身的理解能力、学习态度、创造能力、合作能力等。尤其是在有限的45分钟的课堂中，假如班集体学习习惯不佳，极易产生“表面STEM教育实则填鸭教育”的现象，教师为了完成课堂任务只能选择直接或间接地告诉学生结果。这种情况的发生非常常见，但也严重偏离STEM教育出发点。STEM教育倡导的探究学习、项目式学习是为了弥补传统分科课程中知识割裂、忽视学生实际兴趣需要、理论和实践分离等缺陷，但学习结果的浅层再次使得STEM教育成为披着新教育外衣的传统教育。再加上高考在国内文化环境中的特殊意义，使得本着融合教育、重视实践创造目的的STEM教育极难突破现下教师、学生和社会早已熟悉的原有教学模式。

三、STEM教育活动中深度学习的实现路径

（一）明晰学习目标

学习目标，是教学的方向和目的，也是教学的出发点和归宿。在课程开发、课程实施过程中，课程设计者、教师应当具备区分不同目标的能力。学习目标在教学中又细分为培养目标、课程目标与教学目标，各自具有其特定含义：培养目标包括“为谁培养人”和“培养什么样的人”双层内容结构；课程目标，是对多次教学结果的结果；教学目标，是关于具体教学过程中理想的使学生发生的明确变化。定义明确的具体目标，可以有效用于引导你的练习[7]。学习目标的明晰受到多方面因素影响，如：课程宏观设计、教师理念、学生学习能力及态度、家庭及社会外在环境等，针对不同行为主体，提出以下几方面的建议：课程设计者在课程体系中应该明确各年龄阶段特点，选择连续性强、难度上循序渐进的内容，在具体教材设计中，应选择贴近生活、符合学生年龄特点、渗透核心素养的单元主题；教师应设立明确的具体目标，真正发挥STEM教育本质作用，而非浮于表面、流程化地完成教学任务，可通过具体问题具体分析的方法，充分考虑儿童的现有发展水平，并适当地使教学走在儿童现有发展水平前面，实现在教学中带动发展；应培养学生自主学习的意识与能力，即使是幼儿，也应充分培养其独立思考习惯，在教师引导下，增强了解自身学习目的的意识；家长应及时了解孩子的学习情况，积极配合教师的教学策略，潜移默化地帮助学生明晰学习目标；政府也需加快学习型社会的建设，尽早形成社会全体好学乐学的社会风气，最终学习型社会也能反作用于幼儿学习目标的进一步明晰。

（二）聚焦学习过程

STEM教育不应只涉及某一年龄阶段，而应该贯穿在学校教育的全部阶段之中。在学校教育的整个阶段，学生自身的实践工程素养是属于一个循序渐进、渐渐完善的过程，STEM教育理念以项目课程为核心内容，聚焦于学习过程中的实践工程素养融合。旨在提升课堂所传授知识内容应用于现实生活的实践性，促进学生在复杂而具有现实价值意义的情境中展开学习，以更有效地培养其批判性思考能力以及逻辑思维转化能力。STEM教育教学理念强调将科学、技术、工程、数学等学科有机融合，深度学习聚焦于深层次学习，运用自身学习过程中动态获得的批判性思维以及多方位思考能力进行学习，更易于聚焦多学科融合内容。基于以上特点，STEM教育活动中深度学习的实践路径能较好地聚焦于多学科、多方面融合。运用跨学科的综合知识及手段解决现实问题，以做带学，强化其动脑与动手能力。同时，可透过核心素养的教育培养，导正过去重知识、重能力、忽略态度情意之教育偏失[8]。学生发展核心素养，主要是指学生应具备的、能够适应其终身发展和社会发展需要的品格和关键能力。在STEM教育活动中，通过渗透核心素养的内涵，落实立德树人的根本任务，培养全面发展的人，提升21世纪我国人才的核心竞争力。中国学生发展核心素养，以“全面发展的人”为核心，分为文化基础、自主发展、社会参与三个部分，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养。全面培养人才的过程是培养学生知、情、意、行整体和谐发展的过程，STEM教育活动提供了这样的契机，因此在学习过程中，课程设计者、教师更需要进一步地帮助学生整体和谐地发展。并且，强调知情意行的整体发展，并不是指STEM教育活动必须严格地按照知情意行固定程序来进行，而是开展STEM教育活动可以有多种形式，教师需要根据具体的情况灵活处理、有的放矢、因材施教。

（三）复归学习方式

STEM课程需要打破传统的学科课程的知识领域，STEM课程教师也需要更新教学理念、提高STEM教学能力。STEM课程要求课程教师德才兼备、知行合一、内外兼修。要真正理解STEM教育、理解学生、理解科学教学，就要求教师具备相关学科的基础，并具备进行科学探究和指导学生进行科学探究的能力，通过跨学科整合STEM教育资源，解决一些无法用单一学科解决的现实问题。并且要求课程教师通过教学，培养学生创新的思维、动手实践的能力、团队合作能力以及与人沟通的能力。深度学习过程中的STEM教育用于融合整个探究式学习过程，深层次的学习过程不仅仅停留于培养“能工巧匠”，而是“全面发展的人”，决不能把STEM教育等同于职业技能教育。无论是基于项目的学习，还是基于实践的学习，都要有知识原理的渗透，不能停留于技能操作上，在开展STEM教育时一定要把握住“跨学科”这个核心，引导学生利用多学科知识解决实际问题，把知识学活、学透、学扎实，形成更加完善的知识体系和思维框架，以此来应对未来社会的复杂挑战。STEM教育活动中的深度学习路径包含着学习方式的复归，在深度学习中，学习过程是一种迭代过程，可以看作是一种学习的复归，通过不断地试错、优化、重复，最后到达一种极值状态，这种状态产生的结果，就是学生辩证思考探究能力的深化，也是进行STEM教育活动的基本目标。在STEM教育活动中，利用深度学习中的学习过程的复归来进行多学科的交叉融合，从而达到提升学生创新精神和实践能力的目的。

（四）深化学习结果

STEM教育活动中通过一系列深度学习途径，得到最优化结果，最后根据结果进行深化。由于地方背景、经济社会文化的差异，STEM教育在推进过程中仍然存在挑战，《STEM 2026》报告总结出了八大挑战，分别为：（1）促进公平的STEM教与学经验和资源；（2）培育参与度高且网络化的STEM实践社区；（3）重新设计课堂活动以提高趣味性和风险性；（4）开展早期STEM教育；（5）打破STEM学科间以及其他非STEM学科之间的分界；（6）重新构想学习空间；（7）开发创新且可以操作的学习评价方式；（8）赋予STEM新面孔以促进多元化、多机遇的社会环境。其中深度学习方式就是重新构想学习空间的一种，将学习过程进行模型化、迭代化、最优化，使其具有空间感、连续感、变化感。STEM教育过程中的重新构想学习空间这一挑战可以通过一系列深度学习途径解决，能充分对初步的学习结果进行深化、提炼。其中游戏化教学就是重新构想学习空间的一种方法。

教育应该尊重生命原本的样子，是为了帮助孩子去到更高的地方，把学习选择、人生选择放入游戏中，让孩子亲身体验抉择的过程和不同抉择带来的结果，教会孩子用不同的方法去看待和解决问题，在现在看来，游戏化教学与传统教学方式并无不同，都是提高课堂效果的工具，我们应该更加注重孩子可以通过深度学习的方式，获得新时代的必备技能——批判性思维、抽象逻辑思维能力、创新创造能力、合作能力等。这些都是STEM教育中需要得到的学习成果，游戏化教学之中又可以融入深度学习的一系列学习途径，最终进行学习成果的深化。