STEM+教育的主题选择与真实情境设置

孙艳

（杭州师范大学经亨颐教育学院，杭州，311121）

STEM 教育发源于美国，20 世纪70 年代以来，美国就开始探索整合课程。进入21 世纪，各国都越来越重视STEM 教育，美国、德国、芬兰等非常注重STEM 教育的顶层设计。2016 年，我国教育部发布的《教育信息化“十三五”规划》中明确指出跨学科学习STEM；2019 年10 月，中国教育科学院STEM 教育研究中心公布的《中国STEM 教育调研报告》，进一步推动了STEM 教育理念在我国的广泛传播、认可和应用。而后又产生了STEAM 教育、STREAM 教育等STEM+教育类型，从STEM 到STEM+，意味着学科整合的力度进一步加大，无论是STEM 教育，还是STEM+教育，创设何种优质的主题及如何设置真实的情境都是其所共同面对的问题。

一、从STEM 教育到STEM+教育：课程进一步整合

STEM教育包括科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Math），提倡教学整合，最终目标是为了培养学生的高阶思维和创新能力。其中，科学是STEM 教育的知识基础，数学是知识基础和必备工具，技术是手段，工程是整个设计的过程。之后，有人提出将“Art”纳入STEM教育，“Art”不仅是指艺术，而是泛指艺术、哲学等人文学科，其与科学往往是不能分割的，许多非良构问题的解决都需要用到人文知识。林德（Lyn D.English）提出“Art”的加入不仅可以提供新的学习内容，还可以满足学生的不同兴趣[1]。当然，也有人认为应将“Reading”纳入STEM 教育，学生的阅读能力非常重要，应该创设STREAM 教育[2]。由此可见，从STEM 教育到STEAM、STREAM 教育等各类STEM+教育是发展的必然趋势，这意味着在未来，课程将进一步整合，整合知识与技能将会更加重视。

一系列STEM+教育理念拓展了STEM 的边界（如图1），使学生的能力得到更多元的提高、知识积累的广度不断扩大、看待世界的思维更加有深度、思考问题的角度更为全面。从另一个维度来说，也提高了教师的专业知识水平，STEM+教育要求教师拥有除自身学科之外的其他基础知识，这意味着教师要进行广泛的合作与学习。以往教师之间的沟通与交流局限于本学科的研究，其发展受限于本专业，STEM+教育融合各专业的教师，给予教师更大的教育视野和更多的教育智慧。这既说明“STEM 教育具有空间无限延展性和因素的多元化”[3]，也表明STEM+教育形态皆以追求人更高的综合素养为旨归，课程整合的丰富性无疑为学生发展的无限性提供了更多元的机会与更广阔的空间。

图1 STEM+教育示意图

二、STEM+教育的主题选择：把握主题的整合性

STEM+教育的主题选择必须充分体现科学、技术、工程、数学等课程知识与能力的综合运用，但这并不意味着一个主题联合了四门或四门以上的课程，它就可以被称为STEM+课程，更强调的是课程的有机、有效和灵活整合，而不是机械组合，比如解决一道带有这四大学科知识的练习题不能被认为在实行STEM+教育。所涉及的课程要被统筹于一个真实的主题情境中，而要解决或完成这个主题情境所带来的问题或任务，学生必须要将各类学科知识有机融合，比如主题为“造桥”，那么学生在学会桥梁建造的知识时，必然涉及科学、技术等许多课程。课程整合是STEM+教育的建构形式，其本质是为了整合、训练学生解决问题的方法（如图2）。众所周知，学生在生活中遇到的问题大多是非良构的，不是单一的纯知识指向的问题，比如，“亚运会是什么？”等这类问题不需要学生费力思考，它有明确、清晰的答案；但回答“2022 杭州亚运会如何举办得更好？”等这类问题就需要学生多元、创造性的思维力，需要学生去解决诸如交通、餐饮、志愿服务等各方面的问题，它拥有多样化的解决路径，没有正确答案，衡量的唯一标准是它对此问题的解决程度。

图2 STEM+教育指向的本质

有些STEM+教育的主题选择背离了STEM+教育的本质属性，则成为伪STEM+教育。一类是以某类子因素为载体，完全不顾其他子因素或是有涉及其他子因素，但往往是蜻蜓点水，为了整合而整合，为了成为STEM+课程而整合。比如某STEM+课程只关注技术和工程，抛开数学和科学，那此课程就可能成为创造发明课或项目设计活动[4]。另外一类是由于“Art”因素的融入而导致的，强行融入艺术的成分反而使得原先的STEM 课程失去光彩，导致融合泛化、杂糅[5]，要注意在生活中自然科学和艺术人文是相辅相成的，二者在本质上并不冲突。出现问题的原因是主题设置不当或是切入点错误。由此可见，主题的选择至关重要，优良的主题本身就具备整合性，它来源于生活中真实的问题情境，势必涉及多种类型的多种知识。

除了在生活中寻找主题，向优质的STEM+课程“取经”也是获得灵感的途径。比如某校的《和鸣——穿越千年的礼乐》是将自然科学和历史文化融合得极为巧妙的STEM+课程，学生在了解中国传统编钟的基础上设计制作精准敲打编钟的机器人，该主题可分为三大主问题——设计编钟、设计乐手、如何奏乐，三大主问题又可细化为15 条具体问题，第一个主问题“设计编钟”涉及物理、化学、劳技、数学、美术、传统文化六大领域[6]。优质的STEM+教育的主题选择势必能够体现STEM+教育的本质属性，多领域、课程、学科知识是紧密融合在一起的，无论是主问题的剥离还是子问题的分化，都可以呈现出两种或两种以上的子因素。据此课程，我们可以联想到除编钟之外的中国古代乐器，可以设置与二胡、琵琶、箫、笛、鼓等乐器有关的STEM+课程。从一到多，运用发散性思维寻找STEM+课程的主题是一种有效的方法。

准确的STEM+主题是STEM+课程的有效开端，一系列活动是在主题的统摄下开展的，主题确定了此STEM+课程所能开展的空间和所能达到的高度。STEM+主题的来源可依据跨学科课程的多元价值取向而设计，主要的三种整合取向为学科知识整合取向、儿童经验整合取向和社会生活整合取向[7]。学科知识整合取向的STEM+主题来源于学科知识，通过对知识的整合创设优化知识理解的情境，比如整合四大学科中联系紧密的知识，通过归纳的方式推导出一个主题，据此而生的主题需要经过反复验证与考量，避免知识与知识割裂；儿童经验整合取向的STEM+主题来源于学生在生活、学习等中的经验，教师可以倡导他们依据自身经历提出难题或感兴趣的非良构话题，比如怎么做出一个又耐用又好看的杯子；社会生活整合取向的STEM+主题来源于社会生活的事件、国内国外的热点，比如节约粮食、保护不可再生资源等。任何一种取向的STEM+课程，在主题选择上势必要小心翼翼、考虑再三，但不管在何种取向下生成的主题，其要训练的学生的知识与能力应是教学所必须的，切勿脱离教学。

三、STEM+教育的情境设置：以真实问题为指引和导向

情境是STEM+教育的重要部分，学习是由情境推动的，受具体情境的影响[8]。情境不同，学习的过程、方法、结果也不相同。真实的情境设置是STEM+教育实现人与社会互通互联、使人真正融入社会这类目标实现的关键部分。它秉承了杜威的理念，重视在做中学，在学中做[9]。无效的情景设置脱离学生的生活，学生虽也能在一系列伪问题中去思考、探究，但其最终的成果是无效的，因为它无法反过来指导社会生活中的实践，这类问题的设置是为了探究而探究，即无意义探究，不利于学生的终身发展。有意义探究存在于真实的STEM+教育设置的情境之中，它与现今倡导的学习的热点理念“具身学习”、“深度学习”等相关联，本身也体现了对以上理念的认同与贯彻。

首先，思维是由问题或困惑引发的[10]，精良的问题可以触发学生的求知欲[11]，激发学生的学习兴趣，学生只有感受到眼前的问题与自己的真实生活有所关联，就会觉得解决它是有益且必要的，这种认知会推动学生学习中的信息加工。除此之外，真实的问题能给予学生一种巨大的体验感——真实的体验感，而这种体验感往往是成功的、愉悦的，因为他们通过探究在一定程度上都完成了对STEM+问题的解决，只是解决的程度不同。积极的学习体验感既在学生的学习过程中起驱动作用，同时影响着未来他们对STEM+课程的重视程度与参与度。真实的情境设置是由真实的问题所引发的，真实的问题包括真实的主问题和真实的具体问题。真实的问题营造了学生在真实情境中进行真实探究的氛围。问题所处环境的限制性同样赋予着问题内涵的真实性，因为人、事、物受必然的规律制约，比如科学中的现象受原理支配、数学中的算法要依据一定的规律等。所以关于主题的限定范围与问题的限制性条件是必然存在的，比如提高某地的一座桥在洪水来临时的承受能力，对此桥的改造势必受到当地经济的限制。限制性条件还原了生活中的问题的复杂面貌，这往往是学生需要考虑的。

当教师带领学生完成角色转换，学生置身于他人、他事的位置上时，真实的STEM+教育情境设置便完成了。学生一定是站在真实问题的切身利益相关者的角度来思考、探究的。比如“运动场上的关怀”是某校七年级STEM+课程“关怀与创造”的一部分，学生通过头脑风暴思考刚落幕的校运动会上存在的问题，这个情境来源于学生刚刚经历过的生活，所以学生能够提出很多真实的问题，比如裁判在短跑比赛中容易误判等，随后教师根据一系列限制性条件进行筛选，包括技术可行性、安全性等，最终形成适当的STEM+主题项目[12]。在教学中，学生可以成为真实问题的发声者，教师的责任是规范学生的发问，帮助学生形成合理的、可探究的真实问题。学生的社会生活经验较少，但家庭和学校生活经验较为丰富，教师可以抓住这一点，即时提取学生对事物的思考或问题，将此统筹为某一主题的STEM+课程。如果学校拥有丰富的校外资源，则可带学生进入真实的社会生活情境，比如探访农庄、揭秘垃圾场等，能够走出教室是STEM+教育的追求之一，创设社会交往情境远不如带领学生前往社会的真实情境中去亲身体验，后者的体验感更强，学校要加强与社会各类团体、组织的合作，推动STEM+教育共同体的形成。

STEM+教育是对传统教育的巨大形变，分科课程逐渐走向融合课程是不可阻挡的趋势，它提高的是人在生活中顺利解决非良构问题的能力，从国家战略层面上来讲，有利于复合型、创新型人才的培养。教育的最终目的是反哺社会、反哺人本身，在学生接受教育的过程中进行STEM+教育的探索是学生提前进入社会、参与社会治理的较好路径。除主题选择与情境设置是STEM+教育面临的问题之外，不够完善的顶层设计、不够灵活的STEM+教育生态系统、不成体系的STEM+教师队伍建设等皆为STEM+教育前行中的难题，需要一一应对。