论STEM教育是科学教育的完成形态

摘要：科学教育语境下的科学是指自然科学，它属于经验科学。作为知识的科学是真理体系的一部分，它表现为与经验事实保持一致的、可证伪的精确判断的命题网络；作为方法的科学是指“接受-怀疑-猜想-检验”的认识过程；作为价值的科学是指科学精神，比如，好奇心驱动、独立自主、基于事实等，以及科学研究伦理规范。基于“知识-方法-价值”的理解框架，科学教育的宗旨是培养学生生活世界中的科学素养，即“懂科学、用科学、倡科学”。由此，科学教育的完成形态必然是STEM教育。为了STEM教育的可持续、高质量的发展，我们需要利用教育众筹机制，应对STEM现代课程开发、专业的科学教师队伍培育以及基于质的教育过程管理这三个相互关联的系统性挑战，从而将课程开发、教师专业发展以及教育过程管理融为同一个过程。这个过程同时也是教育现代转型的过程。

关键词：科学教育；STEM教育；现代课程；教育过程管理；教育众筹

中图分类号：G434 文献标识码：A

一、科学教育语境下的科学

为了能完整地理解科学教育，我们需要完整地理解科学。科学教育语境下的科学是指自然科学，它是科学大家庭中的典型代表，属于下文所说的经验科学。

（一）作为知识的科学

直观地看，科学首先表现为知识体系，这个知识体系是人类构建的事实性真理体系（后简称真理体系）的一部分。认识论历史上“符合论”和“融贯论”之间的争论[1]表明，人们往往将事实与真理割裂开考察。实际上真理体系是一个连续体，我们可以将它表征为：事实—经验科学—形式科学—哲学思想。从抽象程度（而不是发生学原理）看，经验科学（典型的如物理学）表现为对事实的抽象概括，内部区分为不同领域；形式科学（典型的是系统论，在某种程度上数学也属于形式科学）表现为对经验科学的抽象概括，它是弱跨领域的；哲学思想表现为对形式科学的抽象概括，它是强跨领域的。这个真理连续体的真理性便是连续体内在的融贯性，即一致性。也就是说，经验科学的真理性在于与事实保持融贯（此处的融贯也即符合论强调的“符合”），形式科学的真理性在于与经验科学保持融贯，哲学思想的真理性在于与形式科学保持融贯。当然经验科学、形式科学和哲学思想内部自身的融贯性是基本要求。由于不同真理分区的抽象程度不同，其真理强度也不同。真理连续体在经验科学到哲学思想的方向上，真理强度是渐弱的。人类无条件地服从事实，因此直接服从事实的经验科学的真理性最强，而哲学思想的真理性最弱。没有了经验科学的真理性，真理体系内部的融贯性将毫无意义。由于经验科学的真理性检验并非基于总体样本的，即不是基于全体事实的，这种真理性不具有绝对性。也就是说，经验科学具有可错性。这种可错性是可以通过抽象概括向上传递的，越抽象的真理其精确性就越低，其检验成本就越高，发现错误的概率就越低，真理强度也就越低。但这种真理强度和精确性的损失也是有补偿的，它带来的是认识的统整性，满足的是人类认识上的审美要求。

真理连续体中的事实并不是孤立的、现成的、原初的自在存在。这里，事实的功能是为经验科学提供证据。引发新的经验科学猜测的偶遇事实（现象）是不具有证据的合法性的，严格来说我们可以称之为事情而不是事实。作为证据的事实是根据经验科学论断析出、构造的。也就是说，为了验证某个科学论断，人们必须按照该论断的语义去构建特定的事实来说明该论断具有真值。只有如此，这样的论断才能具备对世界的描述能力、解释能力以及预测能力。在某种程度上说，人们构建特定事实的能力也就蕴含着特定论断的真理性水平。事实与经验科学之间的这种双向关系并不限于它们二者。真理连续体中的各个真理分区之间的关系不是如上文所提到的抽象概括这种单向性关系，而是双向互动关系。比如，一个经验科学领域生成形式科学的论断经常会对另一个经验科学领域产生重要影响。典型的如，当物理学上升到系统论的水平时，系统论最终成了所有科学研究领域的世界观。

直观地看，作为知识体系的科学表现为命题网络。科学中的命题是描述性命题，不是规定性或规范性命题，因为只有描述性命题才有真值。由于科学追求的是普遍必然性，因此科学命题表达的是概念之间的关系，而不是个别对象之间的关系。科学命题在描述上存在三个重要特征。第一个特征是事实性，即科学命题是一种事实性判断，命题的陈述不能包含价值性、感受性语词。也就是说，科学命题中的概念词和关系词都必须是事实性语词而不能是价值性或情感性语词。虽然科学的应用或者说科学的实践功能背后都是价值驱动的，但科学本身是价值无涉的。这种价值无涉就表现在科学命题是事实性的。我们不能因为研究背后的价值关切而破坏科学的价值无涉。由于价值判断和情感判断的多元性，有价值词或情感语词参与的概念界定，在科学语境下会成为伪概念；用价值词或情感词来表达关系，在科学语境下会成为伪命题。

科学命题的第二个特征是精确性。科学命题越是精确，其价值越高。波普尔[2]指出，越精确的科学命题失败的概率也就越大，可是一旦证实，这个科学命题的真理性也就越高，它提供的实践价值也就越大。为了提高概念的精确性，人们往往选择含义明确的语词来定义概念，如果自然语言的含混性妨碍了概念的精确表达，人们常常会采用更加具体的操作性定义的方式定义概念，尽量减少歧义性和含混性。为了提高关系的精确性，人们倾向于用数学语言使得关系定量化（恩格斯在《自然辩证法》中指出“任何一门科学的真正完善在于数学工具的广泛应用”）。定量关系离不开特定的观测工具，因此说，科学命题的精确性受限于观测工具的精密水平。

科学命题的第三个特征是可证伪性。也就是说，科学命题蕴含着可精确观测的事实。如果人们无法构造相应的事实，该科学命题会被称为假说；如果人们构造的事实有违科学命题时，该命题便处于被证伪状态。虽然科学命题并不总是因为一次证伪而被科学共同体放弃，因为证伪毕竟包含事实的构造，人们可以怀疑事实构造本身的不严密甚至错误（比如错误的实验方案也就丧失了证伪能力）；但证伪的确是科学进化的内在机制。科学论断通过证伪而变得越来越精确，它的功能也就越来越强大。此外，科学命题的可证伪性对于科学来说并不完备。可证伪性无法说明科学的理论功能。科学的理论功能来源于它的可证实性。只有满足可证实性，科学理论才具有描述、解释、预测等功能。所以科学论断必须是正面的（Positive）而不是负面的（Negative），它描述的是什么存在、什么会发生而不是什么不存在、什么不会发生。“不存在”“不会发生”是科学应用的衍生推论。

（二）作为方法的科学

作为方法的科学这里不是指科学作为迷信的替代品被应用于理解、解释和预测这个世界，也不能被简化地理解为“科学方法”，甚至被简化为“科学实验”。作为方法的科学是指科学作为探究真理的一种特定方式，即科学建构自身的基本认识逻辑。

根据黑格尔，思维与存在的同一“不是指思维符合于存在，而是存在符合于思维”[3]，也就是说，人类的认识不是一种简单的、类似于照相的反映过程，而是一种主观见之于客观的过程，即人类精神通过劳动达到内外统一的过程。这个过程可以简单地被概括为以下几个阶段：

1.接受，即研究者都是在继承已有科学成就的基础上从事科学创新的。任何科学研究都是非零前见的。科学史告诉我们，科学起源于常识、脱胎于哲学，剔除粗糙、偏见和错误一直是科学本身的特征。

2.怀疑，即研究者以个体生命体验为中介感知矛盾，生成疑惑。这个矛盾可能是研究者自己的认识与某个科学论断之间的矛盾，也可能是面对同一个问题的多个科学论断之间的矛盾，还可能是对新现象、新问题与所生成的新解释之间的矛盾。没有这种矛盾，没有这种怀疑，便不可能发生后面所说的猜想与证伪，科学便不可能进化。怀疑是最基本的科学精神。科学怀疑不是怀疑论意义上的怀疑，它是一种引导真理发现的肯定性力量，而不是一种导向不可知论或者相对主义的否定性力量。

3.猜想，即构建新命题。新命题是构建出来的，因此说科学“发现”这个环节上应该被称为“发明”。新命题不但需要满足事实性、可证伪性的要求，而且还需要满足精确性的要求。也就是说，如果新命题是对旧命题（如果存在的话，比如众多竞争的科学论断或者初步构建的科学解释）的超越，它应该是旧命题的精确化。

无论新命题显得多么“信誓旦旦”，甚至在一些发达的科学领域，研究者可以通过数学来证明新命题的真，但这仍然摆脱不掉它猜想的身份。也就是说，新命题还没有获得真理资格，它被称为假设。人类只能无条件地服从事实而不可能无条件地服从所谓的“理性论证”——哪怕是数学论证。从语言的角度看，“我们能够谈论只是可能而非现实的事物，这一点属于语言的本质”[4]。命题的真理性从来都是潜在的、可能的。命题必须通过它与特定事实相符合来获得真理性。

“猜想”环节是科学创新的核心环节。在这个环节，任何思维形式都是平等的，逻辑推理并不比想象更具有真理性，反过来也一样。在这个环节，任何思维形式都必须富含内容，比如这里的想象不是指随意联想，而是基于特定知识的联想，我们称之为理论的想象力。正因为如此，这个环节也是最考验研究者学养水平的环节。我们用“猜想”这个词，是意图说明它的主观性。此处不主观，便不存在“主观见之于客观”的问题了。“主观-客观”和“真-伪”是两对不同的矛盾或者维度，因此主观未必错误。问题仅在于为什么那个主观判断恰好就是真理呢？这需要一个过程。这个过程便是检验。

4.检验，即构造事实证据以证明新命题假设为真。构造事实证据的最直接方法是自然观测，最复杂的方法是受控实验（以下简称实验）。科学研究者根据命题假设的内涵以及特定的实践条件来设计特定的检验过程。检验过程的设计要逻辑严谨，有时特别考验研究者的理论想象力，它的实质就是将事实从它的背景中提炼出来，将事实与它所在的背景做认知上的切割。现实是无限的杂多，哪些信息是事实证据、哪些信息只是情境，这需要调用已有的被接受为真的理论以及当前的命题假设来标识。此外，研究者还需要对事实证据进行定量化处理。

所提炼出来的事实是证据的身份，因此这个事实与待检验的假设之间存在着或直接或间接的因果关联。有些情境下，事实与命题假设之间不是单步推理关系，而是一个多步推理的证据链。这时，这个证据链应该是清晰的、逻辑严密的，不能是多义的、含混的。这个证据链条除了命题和事实证据之外，其他环节应该由知识来填充。

在检验阶段，成功证伪或证实失败的情况非常普遍。这时，科学共同体要么进一步优化检验过程后再进行检验；要么回到“猜想”阶段，调整假设命题后再进行检验；要么彻底放弃命题假设。对命题的调整当然包括对概念和关系的调整。由此可见，尽管从构成的角度看，先有概念、后有命题，但实际上概念的精确界定源自命题的调整。一个精确的概念代表着理论质量，而概念是通过命题检验来精确化的。

由于事实的构造依赖特定的观测工具，观测工具的精密性也就限制甚至决定了假设命题的精确性。这里我们需要对观测工具有个更丰富的认识，它不仅仅是一种工具，而且也是“具象”的真理。接受观测工具的有效性也就接受了工具原理的真理性，而特定领域的观测工具是该领域已经被检验为真的知识的对象化。所以说，恰恰是有效的观测工具反驳了不可知论，当然它不是对普遍必然性的言辞证明，而是普遍必然性在实践上的直接显现。

“接受”“怀疑”“猜想”都是个体论的，研究者个体常常处于“接受”“怀疑”“猜想”相混杂的认知状态，而“检验”只能是共同体意义上的。虽然每次检验最终通过个体来完成，但检验实则是科学共同体的工作。任何科学命题都时刻面临着任何一个科学研究者的检验，而有意义的检验都可以看作是以证伪为动机的证实过程。在某种程度上说，他者对新命题的检验一定会比最初的提出者做得更周全。而这个他者有可能与提出者不是同时代的人。这就要求这个事实证据是可重复构造的。事实证据的可重复构造意味着整个研究的可重复性。研究的可重复性是以研究对象的可重现性为前提的。

总之，科学是一个“接受”“怀疑”“猜想”“检验”的循环往复的人类实践过程[5]，它是一项属于科学共同体的无法完结的伟大事业，有些研究者个体穷其一生或许只是有意义地参与了其中的1—2个环节。科学的成就不是“想”出来的或者“看”出来的，而是“做”出来的。科学命题的真值是检验过程赋予的。命题获得真值的过程也是获得客观性的过程。作为公共事业，科学追求客观性，但它却只能从个体主观性出发。客观性并不是居于主观性之外与之对立的东西，它只是一种特别的主观性。客观性只是经过他者基于事实和理性认同的主观性。这里的事实不是现成的而是按照假设构造的，这里的理性也不是孤立的理性，而是基于事实的主体间理性。正是因为如此，新命题的个体主观性才升级为群体主观性，直至升级为类主观性。而类主观性便是科学所能达到的最高客观性。

（三）作为价值的科学

作为价值的科学是指科学所关涉的价值，它包括科学精神与科学研究伦理两个方面。科学精神至少包括以下几方面的内容：（1）用好奇心考察世界。只有好奇心才能摆脱功利动机。（2）独立自主思考，既不服从学术权威，也不服从政治权威，更不服从资本权威。（3）勇于怀疑，只要与自己的经验相矛盾，就要怀疑。哪怕是被广泛接受的真理也没有资格逃避怀疑。（4）敢于精确判断，越精确的真理价值越高，但精确性越高，出错概率就越高。精确判断需要一种不怕犯错的勇气。（5）基于事实思考。一方面要区分事实与观点，另一方面要为观点寻找事实证据而不是其他理由。（6）讲理性、讲逻辑。这要求思维缜密细致，同时反对神秘主义。面对“神秘”或“超自然”现象，要么搁置解释、要么坚持科学意义上的解释，而不去发明无法检验的解释，对非科学的解释永远持怀疑态度，但不是否定态度，因为科学是一种肯定性（Positive）的立场，不是一种否定性（Negative）立场，对未知世界持开放心态。（7）平等沟通。只有主体间的平等沟通，才能发挥基于事实的主体间理性的作用。

在科学研究伦理方面，我们反对科学至上的科学主义立场。虽然科学是人类求真的经典领域，也是最成功的领域，但科学不是终极真理。我们反对价值的绝对主义，不承认存在独立于其他价值之外的终极价值，至善不是，科学也不是。科学主义是对科学的价值贬损，属于学术帝国主义意识。

科学是价值无涉的知识体系，但科学背后有着明显的功利诉求。这种功利诉求对科学研究有时会产生消极影响。为了规避这种消极影响，科学研究本身必须遵循研究伦理。科学研究伦理要求科学研究和成果应用不能与其他人类价值发生冲突和矛盾。在科学研究阶段，不能以其他人类价值为代价来换取对真理的确证。当科学研究的对象是有生命的系统或者包含生命的系统时，很容易遇到这个问题。面对这种情形，研究者需要规避残忍行为。当研究涉及人类个体时，研究者必须采取知情同意、隐私保护以及代价补偿等措施。即使采取了必要的措施，仍存在伦理风险时，必须搁置研究。而在科学应用阶段，不能将科学服务于人类内部的各种压迫。科学知识虽然是由肯定性（Positive）命题组成的，但面对科学应用的风险，我们应该采用否定性（Negative）的立场，不能以“没有证据表明X的危险”而无视该危险，不能用“罪在当代、功在千秋”为托辞与资本共谋。

综上所述，我们需要从知识、方法和价值三个角度完整地理解科学。上述对科学的理解虽显粗糙，但有了这些理解，至少我们会意识到科学教育不应被简化为科学知识的学习以及严格按照步骤刻板操作的实验课，也不会再执着于“科学就是科学方法”“科学方法就是做实验”的迷信。

二、科学教育的宗旨与完成形态

完整的科学教育，其目标必然是覆盖所有目标领域的。教育目标主要区分两个领域：能力领域和价值领域。在科学教育中，能力目标呼应的是作为知识、作为方法的科学，价值目标呼应的是作为价值的科学。由于个体的人格是由知识系统、价值系统和情感系统（我们暂时忽略欲望系统或需要系统）构成，其中情感系统是价值系统的伴随发生物，而知识系统外化的表现就是能力，因此我们说，科学教育并非旨在让学生记住某些科学知识，哪怕这些知识可以被学生用来理解某些现象或推算某些试题的解，而是旨在生成和培养特定的人格。人格的生成离不开真实的生活。因此我们可以换一种说法，科学教育旨在培养学生生活世界中的科学素养，用口号性话语来说，科学教育的宗旨是“懂科学、用科学、倡科学”。

科学教育不是模仿或复刻科学史意义上的科学发现过程，尤其不能针对那些远离学生现实生活的经典科学结论开展所谓的科学再发现。真实的科学发现是自由精神充满激情的创新表现，这种创新的不确定性是通过时间和空间由几代人来化解的。当科学发现转化为知识时，这些知识已经属于冷却了的东西，是需要时刻面临证伪的东西。如果在科学教育中要实现这些经典科学结论的再发现，必然需要通过各种人为设计来消除发现的不确定性，还要压缩时间成本，最终必然会演变为教师引导的科学发现，这种课堂级的科学发现实际上是科学模仿秀，通过科学模仿秀理解的科学必然是一种肤浅且片面的误解。由此可知，科学教育中的发现不是针对经典科学知识的发现法运用。正如正常教学中存在讲授但不存在讲授法一样，科学教育中存在发现，但不存在发现法。教学法本就是一个可疑的概念。还是奥苏贝尔的观点比较中肯，他认为学校教育应该主要采用有意义的接受学习[6]。对于绝大多数经典科学结论还是采用有意义的接受学习比较合适。但科学教育的确需要嵌入某种“发现”，因此探究学习不可避免。探究学习是学生所从事的科学发现的核心环节。但这类科学发现的预期结论最好是与学生生活相关联的结论，是那种学生从中可以看到“生活中的科学”的结论。

由此可知，科学教育就是以科学知识为内容中介形塑教育生活，让科学知识纠缠在特定的过程中——有的被继承、有的被探究所发现，最终用于应对特定的挑战，从而生成和强化特定的能力和价值观。根据这个定位我们便知道，科学教育强调的是“做”而不仅仅是“看”，强调的是个性求新而不是墨守成规，强调的是大胆的探究而不是权威的标准答案，强调的是质疑和批判而不是服从强者（教师或优等生），强调的是基于事实的严谨细致的论证而不是想当然的“以理服人”，强调的是平等沟通而不是“智识歧视”，强调的是用科学降低生活苦难而不是用科学实现飞黄腾达。

那么一个严峻的问题便呈现出来了。我们如何去寻找那些与学生生活相关联的科学结论（也有可能恰好就是经典科学知识），据此设定学生的探究主题呢？要回答这个问题，我们不得不思考：科学教育真的只是单纯地针对科学而展开的吗？

由上文可知，当我们将目标定位在基于科学形塑人格时，当我们拒绝将科学教育极度简化为科学知识的灌输以及科学现象的演示时，以自主学习方式展开的科学探究活动便是科学教育不可或缺的环节，而且它会占用大量的时间。如果我们希望通过真实的、完整的科学探究将科学知识、科学思维、科学精神“活学活用”，那么它所涉及到的便不可能仅仅限于科学本身，探究活动所涉及的材料和特定部件与技术有关，为了降低探究过程的无序性而进行的管理与系统工程有关，对数据进行的各种分析和取舍与数学有关，上述这些方面很可能还涉及其他科学领域的新知识。也就是说，如果不是人为有意的简化和忽略（这些简化和忽略虽然使得科学探究“纯化”了，同时降低了实践成本，但也降低了科学探究的真实性），科学探究本身就是跨学科性质的。

为了寻找与学生现实生活有关联的科学探究主题，科学教育便不得不涉及另一种探究学习——工程探究。科学探究的结果是某个科学结论，即科学知识；工程探究的结果是某个技术制品或设计方案。与科学探究相比，工程探究更能突显科学知识的学以致用，而且在方法和价值层面上与科学探究没有质的区别。

要知道科学知识的世界是对常识的超越，它已经成为相对独立的世界，与生活世界是存在分界线的。这样的科学本就无法直接回到生活世界。然而，科学世界观的建立不是静观直观的结果，而是通过成功地技术性干预世界而生成的。这也决定了科学可以而实际上也是通过技术与生活世界建立关联的。而系统性的技术干预必然是工程性质的。因此说，无论是科学研究还是科学应用（在技术发明过程中提供原理层次上的可行性说明）其实都是工程性质的活动。更重要的是，与科学探究主题相比，我们更容易确立与学生现实生活有关联的工程探究主题，而且这类工程探究主题所蕴含着的科学探究主题自然蕴含着与学生现实生活的关联，毕竟科学探究的结论可以立即在工程探究中使用。很明显，经过谨慎设计的工程探究，由于蕴含着特定的科学探究，其本身自然也是跨学科性质的。

当科学教育包含了真实的科学探究和工程探究时，我们很自然地发现，科学教育就是STEM教育。由此我们可以说，科学教育是一种不全则无的跨学科教育，如果仅限于科学，那么科学教育便不完整、不彻底、不协调，难以成功；只有在实践意义上将科学知识与技术、工程以及数学知识整合在一起，才能生成学生生活世界中的科学素养。我们只需要将完整科学教育的应有之义和自然显现的东西，变成自觉的STEM教育。

科学教育的完成形态是STEM教育。从STEM教育的角度和真实的需要出发，我们的思路更加明确：利用与现实生活世界有密切关联的工程探究主题提炼科学探究主题，科学探究主题之外的科学知识，无论如何经典，都采用有意义的接受学习方式，把大量时间安排给科学探究和工程探究。这样才能造就一个充满科学知识、方法和价值的教育生活。在这样的教育生活中，学生可以通过科学探究、工程探究以及其他知识的接受学习，生成真实的科学素养。虽然初期学生的经典科学知识量偏小，但有了真实的科学素养，在后期进入专门的经典科学知识学习时，便几乎只是知识量的积累这样简单的问题了。

STEM教育是科学教育的完成形态，这不是说先有被严重简化了的科学知识传递样式的科学教育，再进入STEM教育阶段，STEM教育不是科学教育的高级阶段。而是说，不按照STEM教育思考科学教育，不根据STEM教育的真实需要引出单学科性质的科学教育活动，科学教育便是没有完成的。

三、STEM教育的实践路径

一旦以STEM教育引领对科学教育的思考，我们便会发现，问题变得越发复杂了。就目前情况看，完整的科学教育，即以STEM教育为完成形态的科学教育，面临的是课程问题、师资问题以及教育过程管理问题这三个核心问题。而这三个问题是相互联动的问题。为了实现STEM教育，我们需要从以下四个方面做出不懈的努力。

（一）开发现代课程，为STEM教育提供基本条件

STEM教育的终端目标是能力和价值，这种高端的教育价值诉求是前现代教育——由教材规定知识内容+教学法或教学模式及其运动式的教改+玄而又玄的教学智慧+学生们的“苦练”——无法完成的，它需要首先将终端目标的价值诉求凝结于现代课程，再通过专业教师将课程不失真地转化为师生行动。

现代课程并非是指包含现代知识内容的课程。课程的现代性是由课程生成过程的现代性赋予的，这是因为现代性是过程的特征而非结果的特征。现代性的核心是理性，因此课程生成过程的现代性必然表现在以技术理性为统领的结合了科学理性和价值理性的完整理性。也就是说，现代课程必须是一种技术人造物，是一种技术过程的产物。由于课程并非仅仅是知识内容载体，而是承诺了特定目标的东西。因此说，课程的核心质量指标是目标-手段一致性[7]。由此可知，目标的清晰表征以及完整的课程对象设计是现代课程的基本要求。也就是说，现代课程必须是指向清晰目标的详案课程（即详细规定了师生交互及其所需资源工具和规则的课程），因为只有完成详案设计，我们才能确认目标-手段的一致性。此外，课程本身必须是结构化的和模块化的，这不但是技术性开发过程的自然结果，而且只有结构化和模块化的课程，其开发和维护成本才可能降至最低。由于课程源自特定设计者之手，设计者不可能完全了解课程实施时所面对的实情，因此作为公共课程的现代课程必须具有可调适性，允许实施者教师对课程做适应性设计而生成自己的私有课程。而满足上述特征的现代课程是课程开发技术的必然要求和自然结果。从物化形态看，我们不能将现代课程再等同于教材（除非我们任性地无边界地泛化教材的概念）。现代课程是一个完整的、可调适的、可升级的数字化资源包，它明确区分哪些必须贯彻执行而哪些需要做适应性调整，明确规定哪些是学生和教师独占的资源材料而哪些是学生和教师共享的资源材料。

只有通过技术性过程，我们才能将STEM教育的终端目标清晰化并转化为课程的详案设计。能力目标的清晰化离不开课程主题，没有主题我们便就无法说明能力目标到底是什么[8]。STEM主题设计是STEM课程的首个创新点。STEM主题属于工程探究主题，它又蕴含着特定的科学探究主题，因此它限定了STEM课程的质量。STEM课程的质量最终是通过详案质量来体现的。一方面，主题设计的质量必须通过详案设计才能得到最终的确认。貌似合理的主题如果不能转化为可行的详案，就属于失败的主题。另一方面，只有通过详案设计，课程才能展示终端目标是如何落实到细节的，从而避免诸如学科拼盘、虚假探究、机械刻板的实验课、放任的自主活动等形式主义。也正是因为详案，我们才能将STEM教育终端目标的价值诉求凝结在课程中，而教学方法模式以及教师头脑中的理念合起来信息量太小，无法实现这种凝结。如果不能实现这种凝结，仅仅依赖教师们有限的经验，将STEM教育的终端目标转化为它所蕴含的师生行动，便饱含着巨大的不确定。换句话说，只有通过现代STEM课程，我们才能将科学的知识、方法和价值以课程为中介融为学生可参与其中的整体。

（二）培育专业的科学教师队伍，为STEM教育提供人力资源

现代课程是教学方法或教学模式以及玄而又玄的教学智慧在实践层面上的一种否定，因为现代课程是详案课程，它上手成本比较低，不具备所谓的教学智慧、没有掌握特定教学方法或教学模式的教师也能理解和实施。这倒不是说，有了容易上手的STEM课程，教师们照搬照抄地实施便可以产生理想的STEM教育了。其实现代课程的实施需要教师的深度参与。

在教育实践中，与现代课程深度配合的并不是普通教师，而是专业教师。现代课程的实施需要教师什么样的专业素养呢？现代课程的实施需要教师做两项工作，一是将公共的现代课程转化为个性化的私有课程，当然这个私有课程自然也必然是详案课程；二是将自己的私有课程转化为自己教学中的师生行动。将公共课程转化为私有课程需要教师完成课程详案的适应性设计，为了不伤害公共课程的功能，这个适应性设计必须同样是一个技术性的操作过程。这项工作考验的是教师的设计力，它是教师应该具备的教学设计技术的运用能力。现代课程是详案课程，又是结构化的和模块化的，因此这种适应性设计完全可以是低成本的，是教师能够接受的。第二项工作考验的是教师的行动力。但这里的行动力不是泛泛地教学技能，而是实施特定详案的行动能力。由于详案是教师为自己设计的，下意识地避开了自己行动力的短板，因此我们有理由认为这个详案应该得到有效贯彻执行。但是，同最初的公共课程设计者一样，教师在生成私有课程时同样离不开经验，特别是想象力。有些经验会失效、有些想象过于乐观，这就导致所生成的详案存在着某些可行性弱点，这必然导致第二项工作中行动与方案的不一致。这种不一致很可能意味着教师在某些知识、观念和经验上的不足，也可能意味着私有课程的详案设计存在不足。识别这种不足，将其转化为教师知识、观念和经验的更新或者详案的优化是非常必要且可行的。由此，教师的行动力与设计力逐渐合为一项综合能力，它被称为基于设计的行动力或基于行动的设计力。这个基本能力是以教学设计技术知识为基础的[9]。也就是说，教学设计技术是教师专业的知识基础，而专业教师的综合能力就是基于设计的行动力[10]。当然，离开了特定的学科知识，教师是无法具有设计力的。所以说，教师的专业素养不但包括以基于行动的设计力为核心的设计素养，还包括作为设计力前提的学科素养。而这个学科素养的核心内容就蕴含着特定的STEM现代课程中[11]，我们不必求诸于其它。

由此可知，专业教师并不是指有经验教师，而是指具备特定专业素养的教师。而教师的专业素养的核心知识基础便是教学设计技术。就目前情况看，教师还没有完成专业化。明确了教师的专业知识基础，教师的专业化或曰专业成长便有章可循了。也就是说，教师专业化或者专业成长的过程就是教师学习特定的知识并通过行动转化为特定能力的过程。据此，我们将教师的专业成长区分为三个阶段[12][13]：前专业阶段-专业阶段-后专业阶段。在前专业阶段，教师需要把握课程，由于现代课程是详案课程，课程需要传递的知识不但语义清晰而且以满足学生学习需要的方式呈现在详案中，因此教师对课程的把握不是指单纯把握学科知识而是生成教学所需要的完整且特定的学科素养；在专业阶段，教师需要把握教学，这是通过教师先将公共课程经过适应性设计转化为私有课程并确保教学实施与课程详案相一致而达到的，这当然需要教师学习并且掌握教学设计技术并将它转化为基于设计的行动力；在后专业阶段，教师需要把握课程中的自主学习（比如STEM课程中的探究学习），即教师需要有能力设计和评价自主学习，这当然需要教师学习教学设计技术中的最尖端设计技术——自主学习设计技术以及基于理想过程模型的自主学习评价方法[14][15]并将它们转化为自己的能力。

教师专业的知识基础不可能是诸如教学法或教学模式之类的所谓默会知识，而只能是客观公共知识，包括科学知识和技术知识。只有基于客观公共知识，教师专业发展才会成为公共领域，教师的专业成长才会容纳他者的观察、分析和评价，他者才能成为教师专业发展的支持力量。教师专业成长离不开教研。这里的教研不是教师通过某种研究过程发现什么客观知识或提炼所谓的默会知识，而是指教师以研究的态度对待自己的职业。也就是说，专业教师参与教研的目的不是别的，就是提升自己的专业素养[16]。从具体的内容看，教师参与教研不是制造案例，而是锻造自己的个性课程。案例如果不包含令人眼前一亮的新行为或新主题则没有多大借鉴意义，可是求新并不是教研的初衷，演示特定理念或模式的教学案例更是一种异化物，因为教学的目的是达到目标而不是符合某种理念或教学模式。

（三）实现基于质的教育过程管理，为STEM教育提供可持续的动力系统

STEM教育追求的终端目标是真实能力和价值，无论哪种领域的目标，都很难通过纸笔考试或者自然观察与分析获得即时的高效度和高信度的测量。这带来一个严重的实践问题——既然我们很难测评STEM教育的结果，我们又如何评估STEM教育过程的优劣呢？没有了可信的教育结果的测评，我们又如何制定教育改良的管理决策呢？由此，我们的教育管理便进退失据了。

其实，即使有了可信的教育结果的测评，基于教育结果的管理决策也未必是合理的，这是因为我们很难从结果出发推定手段哪里出了问题，一方面教育总体上是不可重复的，它不允许我们精确定位问题，另一方面从人学角度看，对学生成长（即教育结果）有巨大贡献的是学生自己，其他教育方面只是外部条件，所提供的贡献虽然不可或缺但的确有限，因此教育手段对坏结果的贡献也是有限的。这说明基于结果的教育管理决策天然就缺乏学理依据。管理基于评价，评价存在两种取向，一种是结果取向，另一种是过程取向。STEM教育迫使我们放弃结果取向的教育管理，而选择过程取向的教育管理。这也使我们回到那个原始问题：教育管理的核心对象到底是什么？当然就是教育过程。只不过是因为我们缺乏感知和分析教育过程真相的技术手段，才使得目前的教育过程管理处于被搁置的状态。

从教育管理角度讲，我们必须将教育过程看作是一种没有预期结果的过程——其背后颇有“只知耕耘、不问收获”的意味。既然如此，我们必须基于某种过程的理想态来评判真实的过程。教育过程是教育系统的运转过程，它的理想过程蕴含在课程详案之中，特别是教师个性化的私有课程之中，它的真实过程就是现实发生的课堂教学。可是，教育过程的理想态（符号态）与现实态（活动态）是无法直接比较的。为了比较二者，我们需要将它们转化为同一种表征。

教育系统是一种信息系统，我们可以将教育系统看成是信息流的流动系统，只要恰当规定信息流的结构，比如像IIS图分析[17][18]那样，我们便可以将教育系统通过信息流切分转化为信息流序列，再经过特定的处理，就可以获得教育系统的信息流系统的表征，比如教学过程机制图[19-21]。

信息流系统这个表征方法既可以表征设计态（即符号态）教育系统（即各个课程详案），也可以表征运行态（即活动态）的教育系统（即发生的教学过程）。有了共同的表征，教育系统的设计态和运行态就可以比较，而设计态所蕴含的理想过程就是评价运行态教育系统的理想标尺。我们可以根据运行态与理想设计态之间的差异来感知现实教育过程的问题，从而有针对性地做出具体而明确的管理决策：如果是公共课程的某处缺陷，就反馈给课程开发者以求迭代升级；如果是个性化课程的某处缺陷，则改进缺陷、优化个性化课程；如果是行动经验问题，则从知识、观念、习惯和技巧入手提升教师专业素养；等等。由3f61fe7fdff39a9cdd91a2d3268ae7f6此，教育过程管理与STEM现代课程开发以及教师专业成长便形成了有机联动。

这种管理决策的方式便是基于质的教育过程管理。这种管理的观念强调特定教育过程自身独立的价值。我们不赞同杜威的观点：教育没有目的，教育本身就是目的。没有了外在的目的，我们便无法设计课程，也无法考察教育结果的意义。但杜威观点中有一点是合理的，教育本身就是价值。即是说，一旦我们基于过程本身确认了教育的价值，它的价值会因某次不良结果而受贬损。有了这个立场，我们可以对教育问题进行更加务实的重新定位：只有通过基于质的教育过程管理鉴别出来的、最终通过教育工程过程（课程开发的技术过程、课程实施的教育过程管理等）来处理的问题才是教育问题[22]。

（四）利用教育众筹机制，确保STEM教育的可持续发展

以上三个方面对于STEM教育来说构成了全面的挑战，其中最重要的挑战是STEM现代课程的开发，因为离开了现代课程开发，也就不存在对专业教师和基于质的教育过程管理的需求。

对于STEM教育所需要的现代课程，我们需要强调两点。第一，现代课程不是知识取舍及其组织的产物，而是创新的产物。具体来说，STEM现代课程所蕴含的最重要的创新是STEM主题设计和探究学习设计。STEM主题设计是一种工程探究主题设计，我们需要在现实生活中取材，才能使其蕴含与生活有关联的科学探究主题。由于工程是技术的再组织[23]，因此工程探究主题必然包含技术要素。我们需要自觉地强化这一点，通过设计工程主题让学生接触各种技术部件（比如铰链、滑轮系统、Excel表的统计功能、特定的算法，等等）、学会使用技术部件，特别是学会组合各种技术部件来解决当下面对的问题。同时我们还要通过设定特定的工程技术指标，使得工程主题蕴含特定的科学探究主题。这样工程探究与科学探究便建立了互赖关系，由此便建立了科学探究主题与现实生活之间的关联。如此一来，学生所接触到的科学才是真科学，它不是课堂演示的对象而是生活中的真实对象。

STEM主题最终被转变为探究学习设计。完整的探究学习设计包括评价指标明晰的探究任务、所需要的资源工具、可能的探究路径、鼓励特定行为的活动规则以及针对特定思维卡点的支架[24]。STEM课程中的探究学习主要包括工程探究和科学探究。需要明确的是，工程探究和科学探究并不一定意味着非得做试验或实验，即使需要做实验，实验课也是实现探究的特定形式。所以说，这类实验课的重点不在与学习目标没有实质关联的实验操作，而是以实验方式展开的探究学习；这类实验课需要的是动手，但更重要的是动脑，是通过动手化解头脑中的疑惑或验证头脑中的假设。所以，这类实验课要弱化实验操作、降低动手操作所占用的时间比例，强化实验设计，如6e75d9ac17cf5f4fc2dbc413990f7898果不动手就能解决问题，那么完全可以做思想实验。

相对于STEM主题设计，探究学习的设计更有难度。探究学习设计属于自主学习设计，我们无法事先规定自主学习的交互过程，否则便属于过度设计，使得自主学习不再是自主学习。如果我们只是规定了探究任务，其他一律不管，这样的探究学习便属于放任的自主学习，极可能丢掉目标-手段一致性，变成“为了探究而探究”。

对于现代课程，我们需要强调的第二点是，现代课程是一种快速迭代的课程。前现代教育中的课程是相对稳定的，而现代教育中的现代课程需要跟随社会需求和人的发展需求而变化，而现代社会中的这两个需求是迅速变化的，这就要求现代课程要能快速感知和适应这种变化。此外，现代课程需要在课程实施中感知和消除自身的缺陷。由此可知，现代课程需要通过快速迭代来确保自身的质量。由于现代课程是详案课程，即使实现了结构化和模块化，这种快速迭代的工作量也是非常巨大的。

总之，现代课程自身的设计创新不是一劳永逸的创新，而是一种快速迭代的、工作量巨大的“跟随式”创新。这种对创新持续性供给的需求是明确的。然而，创新本身是具有涌现性的。在某种程度上说，有意义的创新是可遇不可求之事。面对这种矛盾，我们只能用教育众筹的方式来化解[25]。在教育众筹方式下，课程的主题以及组成课程的各个模块不一定是由某个固定的开发团队完成的，而可能是由互不相识的人通过特定的合作机制完成的。创新设计的发起人可以是一个人，创新设计的最终完成人可以是另一个人；主题设计可以是一个人提出的，该主题下的某个探究学习设计可以是另一个人完成的；课程主题或模块的初始设计是一个人完成的，它们的优化迭代可以是另一人完成的。任何有能力、有意愿的人都可以参与教育众筹。当然主力军仍然是专业教师。这是因为专业教师在自己的教学实践中所完成的课程模块通常自动具备了可行性，这省去了单独试课、检验可行性的环节。

教育众筹绝不是单独针对课程开发的，由于它需要专业教师的广泛参与，它便与教师的专业成长有关。我们可以将教育众筹看作是教师专业成长的必备渠道。一方面，非专业教师无法参与教育众筹，教师必须学习教学设计技术、获得了基于设计的行动力，才有能力参与教育众筹。其实，专业教师将公共课程转化为私有课程已经属于教育众筹的准备工作了。另一方面，参与教育众筹的教师能够使自己的专业价值得到提升和扩展。参与教育众筹的教师并不是在开发课例，而是在建设真实在用的个性化课程。一旦教师发现他们的个性化课程或其中的某个模块或其中的课程主题具有普适性，他们就可以通过众筹机制将个性化的设计升级为公共课程的一部分，从而让自己的设计智慧惠及自己班级之外的其他学生，这自然会获得更多的自我成就感。

如果专业教师的确是在打磨自己的私有课程，那么事实上他们已经在参与教育众筹了。不过教师参与教育众筹的自觉性仍需要学校行政管理的支持。而支持教育众筹的行政管理必然是以教育过程管理为核心的行政管理。这种行政管理是通过考察在教育过程中教师对优质教育过程的贡献来评估教师的能力和绩效的。

总之，只有将现代课程开发、教师专业化以及教育过程管理纳入教育众筹的机制之中，才能够确保其可持续发展。很自然地，教育众筹与现代课程开发、教师专业发展以及基于质的教育过程管理便成了同一个过程。

四、结语

在某种程度上说，践行STEM教育，完成科学教育，实际上就是一个教育现代转型的过程[26]。虽然教育的现代转型是一个漫长的实践过程，但不实现现代教育，科学教育及其完成形态的STEM教育将无法可持续发展。令人尴尬和遗憾的是，当下很多从教者试图依赖前现代的思想意识来践行现代教育，甚至以伪科学的方式从事着科学教育。为了摆脱这样的困境，我们需要以教学设计技术为知识基础推动教师专业化，并配以基于质的教育过程管理，鼓励教师参与教育众筹，参与到优质STEM现代课程的开发中，从而逐步实现科学教育的现代化。

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作者简介：

杨开城：教授，博士生导师，研究方向为新教育学。

周俞君：在读硕士，研究方向为教学设计。

On STEM Education as the Ultimate Form of Scientific Education

Yang Kaicheng， Zhou Yujun

School of Educational Technology， Faculty of Education， Beijing Normal University， Beijing 100875

Abstract： In the context of scientific education， ‘science’ refers to natural science， which is part of empirical science. As a body of knowledge， science is a component of the truth system， manifesting as a network of precise propositions that are consistent with empirical facts and are falsifiable； as a method， science refers to the cognitive process of ‘acceptance， skepticism， conjecture， and verification’； as a value， science embodies the scientific spirit， such as curiosity-driven， independent， and fact-based approaches， as well as the ethical norms of scientific research. Based on the ‘knowledge-method-value’ framework， the purpose of scientific education is to cultivate scientific literacy in students’life worlds， that is， ‘understanding science， applying science， and advocating for science.’ Consequently， the ultimate form of scientific education is inevitably STEM （Science， Technology， Engineering， and Mathematics） education. To ensure the sustainable and high-quality development of STEM education， we need to leverage educational crowd-funding mechanisms to address the three interrelated systemic challenges of modern STEM curriculum development， the cultivation of professional scientific teachers， and quality-based educational process management， integrating curriculum development， teacher professional development， and educational process management into one single process， which is also modern transformation process of education.

Keywords： scientific education； STEM education； modern curriculum； educational process management； educational crowd-funding