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智库|曹培杰:学校践行STEM教育的3个误区

来源: 中国教育报 作者:曹培杰 时间:2018-11-06 文档编号:15414953693831

 当今世界正处于新一轮科技与产业革命的孕育期,科技创新对社会的引领作用愈加凸显,经济转型对新型人才的需求与日俱增,培养一大批拔尖创新人才和高水平技能人才,已经成为未来教育改革的重要议题。在这种大背景下,倡导多学科融合、注重创新精神和实践能力培养的STEM教育引起教育界的广泛关注。近年来,江苏、广东、山东、河南等地陆续出台政策文件,引导学校积极开展SETM教育,并结合数学、科学、信息技术、综合实践活动等学科内容,开展了一系列富有价值的课程教学创新。这些一线实践改善了原有的课堂面貌,推动了教师观念与教学行为的转变,提升了学生的核心素养,取得了良好效果。但在STEM教育的热潮背后,存在着一些容易被忽视的误区,影响着STEM教育的长期健康发展,亟待引起教育行政部门和学校的高度重视。 


误区一:重技能培养轻知识学习

STEM教育注重学生的直接经验,鼓励学生在真实情境中开展科学探究,采用实验设计、创意发明、手工制作等方式进行学习。但是,它的直接目的不是培养“能工巧匠”,而是“全面发展的人”,绝不能把STEM教育等同于职业技能教育。中小学开设STEM主题课程,不管是搭建桥梁模型,还是组装智能机器人或操控无人机飞行,都要有知识原理的渗透,不能停留于技能操作。否则,必然会导致学生在系统知识方面的弱化,结果就得不偿失了。



去年,我们曾去某所中学调研STEM教育。这所学校总共开设了20多门STEM课程,涵盖机械工程、人工智能、生物组培、航空航天、艺术创意等多个领域,并组织教师编制了一系列配套课程。但是,认真翻阅后发现:这些课程内容与学科之间缺乏实质联系,大部分篇幅讲的是具体操作流程,对于实践活动所涉及的科学原理没有进行深入分析,几乎就是一本又一本的“使用说明书”。随后,我们又深入课堂听课,感觉情况更是不容乐观。比如,在一节无人机课上,教师只是在导入环节粗略介绍了无人机的背景知识,剩下的课堂时间都是操控无人机,老师带着学生反复试验如何才能把无人机飞得更高,如何才能拍摄出更具视觉冲击力的航拍视频。学生们的兴趣看似高涨,个个忙得不亦乐乎,但在一片火热的教学景象背后,却是肤浅的知识学习。实际上,无人机课完全可以成为多学科整合的纽带,联结物理、数学、信息技术等方面的课程内容,包括:物理中的陀螺效应、电机功率等;数学中的数学建模、函数运算等;信息技术中的程序设计、智能系统等,甚至与历史、英语、美术等人文学科也可以进行结合。



 STEM教育本身就是跨学科的产物,科学、技术、工程、数学四个领域的学科知识相辅相成,融为一体。其中,科学在于认识世界、解释自然界的客观规律;技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现对自然界的控制和利用、解决社会发展过程中遇到的难题;数学则作为技术与工程学科的基础工具。这几年,STEM教育出现了一些新的拓展。有学者建议在原有基础上加入Arts,把STEM教育拓展为STEAM教育;还有学者建议加入Reading,把它拓展为STREAM。不管STEM教育如何发展变化(STEAM、STREAM、STEM+等),其本质仍然不变——还是跨学科,只是进一步拓展了跨学科的内涵而已。所以,学校在开展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,以此应对未来社会的复杂挑战。 


误区二:重活动形式轻科学精神

STEM教育打破了“坐着不动的课堂”,鼓励学生做中学、玩中学,形成以主动、探索、体验、创作为特征的新型学习方式。但是,很多学校在开展STEM教育时,过于重视外在的活动形式,刻意追求活跃的课堂气氛,忽视了探究活动的科学性和严谨性,导致学习活动华而不实、流于形式。美国教育心理学家布鲁纳指出,“孩子们在教室里所为和科学家在实验室里所为只有程度不同,没有本质区别。”所以,STEM教育不能追求那种花里胡哨的学习形式,要把重点放在引导学生在实践探索中掌握科学知识和科学方法,形成科学精神。



 第一,发现真问题。STEM教育往往是由真实问题驱动的,问题能否经得起科学论证,是决定整个学习活动走向的关键。曾经听过这样一个STEM课:教师把学生分成六个小组,每个小组都要在学校周边开展实地调研,从中确定研究问题。有个小组在调研中发现,住宅楼上面都是光秃秃的,既不美观也不环保。于是提出,在住宅楼上建造“空中花园”,种上各种各样的花卉,以此来优化环境。当学生花费大量时间设计出建设方案后,却被学校请来的城建专家直接否定。因为在住宅楼上建造“空中花园”,既不科学也不合理,很有可能还会变成违章建筑。所以,我们一定要重视研究问题的确立,从科学性、价值性、创新性和可行性四个维度进行判断,真正把问题变成引发高质量探究的启动器。


第二,开展真探究。科学探究一般包括五个要素:聚焦问题,设计研究方案,收集和获取证据,分析数据、得出结论,表达与交流。这个过程不是固定的线性流程,而是循环往复、相互交叉的动态过程。遗憾的是,很多学校在开展STEM教育时过于强调固定流程,把实践探究变成简单模仿,把原本充满活力的科学探究变成华而不实的“科学秀”,这不仅违背了STEM教育的初衷,还会对学生的科学精神造成消极影响。让学生了解科学探究的一般步骤和流程是必要的,但要避免把它变为僵化的程序。我们要鼓励学生提出自己的想法,创造机会让不同观点发生碰撞,促使他们不断修正和改进方案,实现更深层次的理解。


第三,追求真结论。我们在实地听课中就发现,有学生为了完成任务,随意更改数据,不惜弄虚作假,想方设法都要得出一个“标准答案”。这种缺少科学精神的STEM教育,不仅对造就未来科学家没有任何的帮助,反倒会成为阻碍创新人才培养的绊脚石。真结论不等于“标准答案”,科学探究不等于验证实验。STEM教学的关注点要从标准答案转向基于证据和推理的科学理性,帮助学生形成良好的科学素养,为他们将来参与科学研究和社会生活奠定基础。




误区三:重学习结果轻学习过程

 很多学校在开展STEM教育时往往表现出“追求成功、避免失败”的倾向。我们在听课时经常看到学生因成功完成任务而欢呼雀跃的场景,可一旦问到如何排除故障、为什么要实现某项功能时,许多学生都回答不上来。还有一些学校出于扩大影响,把STEM教育等同于科技竞赛,获奖多少成为衡量其水平高低的标准。于是,学校投入大量人力财力,培养少数有特长的学生参加比赛,通过推出特长生为学校争取荣誉,而大多数学生则沦为“沉默的观众”。一旦STEM教育变得功利化,它所肩负的培养创新人才的使命就难以落地。



 众所周知,中国古代的四大发明是人类历史上辉煌的科技成就,对人类文明发展做出了重大贡献。但可惜的是我们停留于实用性的技术发明,没有去深究它们背后的科学原理。于是,中国在电磁学、地球物理、自动化等现代科学上贻误战机,被西方国家所反超。今天,我们已经拥有全世界最强大的制造能力,但却在芯片、半导体设备、航空发动机等关键技术上受制于人;我国基础科学研究短板依然突出,缺乏重大原创性成果;我国高水平创新人才仍然不足,特别是科技领军人才匮乏……这些已经成为关系国家前途命运的重大问题。STEM教育作为提升国民科学素养、培养拔尖创新人才的基础,一定要扭转重结果轻过程的不良倾向,让学生从小就形成正确的科学观,不过分关注最后的结果产物,把眼光放长远,更加重视科学探究的过程与方法,包括问题是否成立、方案是否合理、逻辑是否严密、结论是否可靠等,帮助学生建构和不断改进自己的科学认识,形成更加完善的思维方法。

 所以,STEM教育不是追求精美的作品,而是让学生在实践过程中获得深刻的学习体验。与其把精力都放在作品的精雕细琢上,反倒不如让学生充分展开想象、对问题进行极致追问。这些在短期内看似“无用”的做法,很有可能会对学生的未来成长产生极其深刻的长远影响。



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