倪閩景

STEM教育的根本動因和未來方向

倪閩景*

科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(xué)(Mathematics)這四門學(xué)科已經(jīng)存在很長時間了，為什么現(xiàn)在會如此強(qiáng)調(diào)四門學(xué)科的交叉融合和有機(jī)統(tǒng)整，倡導(dǎo)STEM教育這樣的新范式？世界究竟發(fā)生了什么變化，讓我們對教育變革的呼聲如此迫切？問題的答案只有一個：信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，創(chuàng)造了一個全新的世界，也為科學(xué)教育變革創(chuàng)造了新的可能性。只有明白這點(diǎn)，才能更好地理解STEM教育的現(xiàn)實(shí)背景，才能更好地推進(jìn)STEM教育。

一、信息化拓展了學(xué)習(xí)的形態(tài)

從儲存的方式來看，知識可以分為細(xì)胞知識（儲存在人腦之中，在有文字出現(xiàn)以前，只有這種方式）、原子知識（存在于紙張、錄音帶上，主要在圖書之中）和比特知識（儲存在數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)空間）。在信息化浪潮來臨以前，世界只有兩種知識形態(tài)，要么在書本上，要么在人的腦子里，而這兩種形態(tài)決定了知識稀缺的現(xiàn)實(shí)，誰掌握有知識的頭腦或豐富的圖書，誰就有了學(xué)習(xí)的機(jī)會和權(quán)利。但是信息技術(shù)在短短的幾十年里，就顛覆了知識稀缺的狀況，大大拓展了學(xué)習(xí)的形態(tài)。

一是拓展了人與人發(fā)生學(xué)習(xí)關(guān)系的空間。原來學(xué)校學(xué)習(xí)只能在一個真實(shí)的班級里發(fā)生，因?yàn)橛辛诵畔⒒?，現(xiàn)在學(xué)習(xí)可以在世界范圍里發(fā)生。比如來自中國山區(qū)的孩子，就可以通過網(wǎng)絡(luò)，在可汗學(xué)院學(xué)習(xí)學(xué)科知識。世界開始像同一個學(xué)校，同一個班級。

二是拓展了學(xué)習(xí)發(fā)生的機(jī)會。原來知識掌握在少部分人手里，因?yàn)橛辛诵畔⒒?，現(xiàn)在我們可以在極短時間里用極低成本，來獲取需要的知識。電子書籍、電子期刊、各種知識類APP和網(wǎng)絡(luò)課程，都能使需要的知識快速呈現(xiàn)在學(xué)習(xí)者面前。

三是拓展了學(xué)習(xí)經(jīng)歷分享和積累的途徑。在網(wǎng)絡(luò)空間的學(xué)習(xí)過程，會產(chǎn)生真實(shí)的學(xué)習(xí)記錄；同時在現(xiàn)實(shí)世界里的學(xué)習(xí)場景，也可以用視頻或照片方式記錄下學(xué)習(xí)過程。這些都是不可再生的數(shù)據(jù)資源，可以用信息技術(shù)來充分分享、儲存和分析，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者之間的學(xué)習(xí)關(guān)聯(lián)。

因此，信息化使原來班級授課制和教師傳授式的學(xué)習(xí)形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡S時隨地的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容更豐富，學(xué)習(xí)過程更個性化，學(xué)習(xí)機(jī)會更均等化，同時也打破了單一學(xué)科的局限，超越了教師個人專業(yè)的局限，為科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的融合教育提供了可能性。我們可以從一些學(xué)校的藝術(shù)教師、體育教師在STEM教學(xué)出眾的表現(xiàn)中，發(fā)現(xiàn)這樣一些特點(diǎn)：在世界范圍里收集學(xué)習(xí)資源，在跨領(lǐng)域中尋找活動主題，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里充分交流展示，在多種技術(shù)的整合中實(shí)施教學(xué)。

二、信息化改變了學(xué)習(xí)的目的

很長時間以來，知識主要存在于圖書之中和教師的腦子里，我們的教育也主要通過閱讀和記憶來塑造大腦，學(xué)習(xí)的主要目的是延續(xù)和重復(fù)前人的生產(chǎn)知識。信息化創(chuàng)造了大量知識工具，把每個人從一個簡單的知識儲存容器或者簡單的智力機(jī)器當(dāng)中解放了出來。比如計(jì)算能力曾經(jīng)是非常重要的技能，有了計(jì)算器這樣的知識工具，每個人都可以算得又快又準(zhǔn)，實(shí)際上學(xué)生已經(jīng)沒有必要用近十年的時間去學(xué)習(xí)加減乘除了。再比如，有了百度搜索、維基百科等知識工具，我們通過關(guān)鍵詞搜索就可以獲取很多知識。不必要記憶的東西不再去記憶，不必要掌握的技能不再要求掌握，這樣就出現(xiàn)了所謂的“認(rèn)知盈余”，從而增加出來了很多自由時間，一方面當(dāng)然是給了人們更多的閑暇時間，但更重要的一方面是可以讓人們?nèi)氖聞?chuàng)造性勞動，用新的方法去塑造大腦，塑造適合創(chuàng)造性活動的個性化人腦神經(jīng)回路。

信息技術(shù)創(chuàng)造和拓展了人人可以創(chuàng)新的平臺。原來學(xué)生要創(chuàng)造、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)的成本比較高，因?yàn)橛辛诵畔⒒?，學(xué)生可以很方便地開展低成本的創(chuàng)造性活動?？梢哉f，因?yàn)橛辛诵畔⒒?，世界又重回年輕人的手里。世界進(jìn)入了一個創(chuàng)新的爆發(fā)期，無數(shù)的創(chuàng)意改變了人們的生活，也在改變我們的觀念。比如“喜馬拉雅——一個人的電臺”這項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能讓普通學(xué)生創(chuàng)建自己的個人電臺，孩子創(chuàng)造知識的時代已經(jīng)來臨。而這一點(diǎn)我們以前是無法想象的。再比如，一些學(xué)校的3D打印，實(shí)際上已經(jīng)成為STEM課程中的一個環(huán)節(jié)。學(xué)生在實(shí)施各個領(lǐng)域的項(xiàng)目時，非常自然地應(yīng)用3D打印來制作項(xiàng)目中的零件或作品。

因此，信息化對教育最深刻的影響是改變了學(xué)習(xí)的目的——教育不再以記憶和重復(fù)人類過去的知識為目的，而是以造就個性化的創(chuàng)新型大腦為目的。歸根到底，STEM教育的核心就是給學(xué)生提供更多的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)機(jī)會，而成本低廉、高度集成的知識工具，為新的學(xué)習(xí)提供了支持。

三、信息化在STEM教育中的應(yīng)用分析

從上面的分析來看，STEM教育不是傳統(tǒng)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)這四門學(xué)科簡單的融合，而是以信息化為特征的跨學(xué)科教育變革，其教育內(nèi)容、教學(xué)方法、學(xué)習(xí)資源和評估等方面，都深深烙上了信息化的印記。

一是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科自身內(nèi)容的變革，其特征是從記憶性知識向探究性知識、實(shí)踐性知識遷移。比如過去學(xué)習(xí)“為什么杯子里的熱水會變涼”這個科學(xué)問題，我們主要的目的是要學(xué)生掌握熱傳導(dǎo)這個現(xiàn)象；過去學(xué)習(xí)“怎樣讓杯子里的熱水保溫”這個技術(shù)問題，我們主要目的是讓學(xué)生了解不同物質(zhì)導(dǎo)熱性的不同?，F(xiàn)在我們可以把溫度傳感器放在水里，直接觀察熱水變涼整個過程的溫度-時間圖像，研究不同材料包裹杯子后熱水變涼的不同情景，學(xué)生甚至可以自己帶不同材料來分析。同樣，小學(xué)階段的數(shù)學(xué)，過去教師更多的是教學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算；有了信息化，我們可以開始引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)和圖像建模等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，而這些學(xué)習(xí)內(nèi)容在生活中非常普遍和實(shí)用。對學(xué)生來說，從真實(shí)生活經(jīng)驗(yàn)而來的真實(shí)問題，成為學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，會對學(xué)習(xí)的意義產(chǎn)生根本性的改變。學(xué)生通過體驗(yàn)知識獲得的過程，促進(jìn)元認(rèn)知能力的發(fā)展，通過應(yīng)用知識解決問題達(dá)成對知識的靈活掌握，促進(jìn)對知識進(jìn)行社會性、情境性的遷移運(yùn)用。

二是以問題學(xué)習(xí)和項(xiàng)目學(xué)習(xí)為特征，用信息化這根珍珠鏈串聯(lián)起科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)?？茖W(xué)以探究為主要方法，技術(shù)以設(shè)計(jì)為主要方法，工程以系統(tǒng)應(yīng)用為主要方法，數(shù)學(xué)以演繹歸納為主要方法。如果不體現(xiàn)這些學(xué)科最為本質(zhì)的方法，學(xué)校開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，要么是短期行為，要么是浮于表面的教學(xué)秀。我們欣喜地從一些學(xué)校的教學(xué)案例中看到，學(xué)校利用信息化手段，在體現(xiàn)了學(xué)科主要方法的同時，創(chuàng)造了整體性的STEM教育新的實(shí)施方法。這種新穎的教學(xué)方法，在兩種情境里都在發(fā)揮作用。第一種情況是在跨學(xué)科的主題學(xué)習(xí)當(dāng)中，在探究課、拓展課上，讓學(xué)生圍繞解決生活當(dāng)中的實(shí)際問題，去創(chuàng)造性地探究、設(shè)計(jì)，比如“荒島逃生”項(xiàng)目和“水循環(huán)植物養(yǎng)殖系統(tǒng)”項(xiàng)目，得到了學(xué)生的喜愛。第二種情況是在基礎(chǔ)型課程當(dāng)中，在平時的科學(xué)課、數(shù)學(xué)課，甚至在語文、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等課堂上，圍繞著問題解決，形成了“像科學(xué)家工作般學(xué)習(xí)”和“像工程師工作般學(xué)習(xí)”的特點(diǎn)。

三是教與學(xué)環(huán)境的信息化，使STEM教育成為可記錄、可傳播、可分析的生態(tài)鏈。有些學(xué)校的STEM教育教師團(tuán)隊(duì)有一個微信群，教師們教學(xué)的點(diǎn)滴過程、教學(xué)設(shè)計(jì)的奇思妙想等，都會在這個微信群里共享，在不經(jīng)意中建立起了一種教師互相學(xué)習(xí)和激勵的機(jī)制，同時在向家長和社會傳播的過程中，產(chǎn)生了宣傳和輻射的效果。學(xué)校教師在研究某種材料固液態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，發(fā)現(xiàn)了一種有趣的材料，結(jié)果竟然可以用在其他教學(xué)環(huán)境中。某個孩子的創(chuàng)意作品，因?yàn)樾畔⒒瘋鞑サ牧α?，在短時間里讓這個孩子成為小有知名度的小小發(fā)明家，甚至去非常有知名度的“聽道”論壇上演說。

綜上所述，STEM教育顯然不是簡單地將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)組合起來，而是要把學(xué)生學(xué)習(xí)到的零碎的知識轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程，這里有一條隱形的線索，就是信息化的適當(dāng)應(yīng)用。分析每一個STEM教學(xué)案例，總有一個或幾個環(huán)節(jié)，出現(xiàn)了信息化深深的烙印，無法剝離，應(yīng)用自然。

四、教育的未來走向?qū)TEM的呼喚

智人以制造和使用工具為標(biāo)志，距今已經(jīng)20萬年了。發(fā)展到現(xiàn)在，人類對知識工具的靈活應(yīng)用將成為創(chuàng)造性活動的核心。對教育而言，也到了應(yīng)用知識工具創(chuàng)造新的教育形態(tài)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，一是要應(yīng)用知識工具創(chuàng)新課堂設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，圍繞發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，學(xué)會知識工具的創(chuàng)造性應(yīng)用，讓學(xué)生體驗(yàn)全新學(xué)習(xí)過程，實(shí)現(xiàn)新大腦塑造。二是要應(yīng)用知識工具，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)動力的多重激發(fā)：目標(biāo)激勵，教師鼓勵，同伴挑戰(zhàn)，知識魅力。而STEM 教育恰恰綜合體現(xiàn)了這個教育轉(zhuǎn)型的要求。

從課程變革的角度看，目前世界上呈現(xiàn)出兩個大趨勢：一個是學(xué)科更加細(xì)分，商科、藝術(shù)、設(shè)計(jì)與技術(shù)（D&T）、媒體素養(yǎng)等內(nèi)容也進(jìn)入核心課程，為學(xué)生提供更充分的選擇，并輔之以職業(yè)體驗(yàn)和志愿者服務(wù)，這是北美選擇的教育道路；另一個是學(xué)科消失，以主題學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（PBL）為主，圍繞創(chuàng)造發(fā)明、角色扮演、挑戰(zhàn)創(chuàng)業(yè)、問題解決等綜合性活動組織學(xué)習(xí)路徑，就如芬蘭正在選擇的道路。而這兩者，都深深依賴于信息化的深度融入。當(dāng)然有的學(xué)校也開始了第三條道路，上海徐匯區(qū)的康健外國語小學(xué)，采用“4+1課程變法”，一周4天是學(xué)科教學(xué)，1天是綜合性主題學(xué)習(xí)，這一群學(xué)生的發(fā)展情況將非常值得追蹤關(guān)注。

課程即大腦，有怎樣的課程，將造就怎樣的大腦。教育未來的走向?qū)⑸钌钣绊懙絊TEM教育的價(jià)值判斷。人類并不會一直做同樣的事情，也不會一直用相同的方式做事。有人認(rèn)為，在整個生命史上出現(xiàn)過三次生命綻放：第一次綻放是在5.5億年之前，寒武紀(jì)時代突然爆發(fā)了一場生物進(jìn)化革命，產(chǎn)生了無數(shù)新的生命形式，實(shí)現(xiàn)了從多細(xì)胞生命到多樣化生態(tài)的飛躍；第二次綻放大概是在10萬年前，出現(xiàn)了人類語言，隨后又出現(xiàn)了文字，使人類進(jìn)入了文化進(jìn)化的階段；而目前階段正處于生命的第三次綻放階段，其特征就是信息化主導(dǎo)的數(shù)字進(jìn)化，是人腦和電腦相關(guān)聯(lián)，進(jìn)入了一個以創(chuàng)新創(chuàng)造為主導(dǎo)的新時代。關(guān)于這個時代對教育的影響，筆者提出以下三個預(yù)測。

一是對于學(xué)習(xí)者而言，未來人類遇到的瓶頸將無關(guān)知識，而是如何形成共識。信息化破除了知識權(quán)威，讓每一個人都有了表達(dá)的機(jī)會，而形成共識將難度加大。STEM教育當(dāng)中，應(yīng)該有更多的主題能夠讓學(xué)生體驗(yàn)觀念沖突，并讓學(xué)生們體驗(yàn)協(xié)商和妥協(xié)，而這方面實(shí)際上有大量的案例可以去實(shí)踐，也非常值得我們用時間去讓孩子們體會溝通和作決定。

二是對于學(xué)習(xí)者而言，未來人類面臨的是超大教育規(guī)模帶來的挑戰(zhàn)。以前我們只有幾個電臺或電視臺可供選擇，現(xiàn)在可能已經(jīng)有上千個電臺或電視臺可供選擇了，未來可能人人都有電臺或電視臺，數(shù)據(jù)技術(shù)時代將大大改變我們的行為方式，學(xué)會選擇已經(jīng)成為核心要素。STEM教育有必要讓孩子們了解，沒有完美的選擇，只有現(xiàn)實(shí)的選擇，無論是設(shè)計(jì)方面，還是材料加工方面，真正科學(xué)的態(tài)度，并不是追求正確，而是解決問題。而且可以進(jìn)一步明白，解決一個問題，往往會帶來新的問題，這也恰恰是技術(shù)和人類不斷進(jìn)步的特征。

三是對于學(xué)習(xí)者而言，未來人類最大的特征是相互關(guān)聯(lián)并透明，形成開放、集體的創(chuàng)新范式。信息化讓每一個人的隱私完全處于脆弱的狀態(tài)，如果大多數(shù)人不尊重這樣一個現(xiàn)實(shí)，那么信息化將讓未來人類生活在無比黑暗之中。STEM 教育需要激發(fā)的是集體創(chuàng)造力，讓人和人之間的連接變成資源和學(xué)會尊重的機(jī)會，互相尊重，互相分享，并在思想關(guān)聯(lián)中孕育創(chuàng)造力。創(chuàng)新實(shí)際上從來就是一個社會現(xiàn)象，一個人的創(chuàng)意只有得到別人的認(rèn)同，才會真正變成改變社會的動力。因此在STEM教育當(dāng)中，要創(chuàng)造機(jī)會讓學(xué)生理解社會運(yùn)作的系統(tǒng)性，了解不同角色在創(chuàng)造活動當(dāng)中的重要性，理解競爭與合作、發(fā)展與成本、行為與規(guī)則。比如學(xué)生為了解決某個問題，可能會借助蘋果公司的平臺來開發(fā)APP軟件，而這個過程當(dāng)中創(chuàng)生出來的STEM教育資源，絕對不局限于開發(fā)出了一個APP，教師們必須仔細(xì)判斷和引導(dǎo)過程性的教育價(jià)值。

信息化為教育打開的價(jià)值空間，只是剛剛開始，無論是教還是學(xué)，無論是知識傳遞還是創(chuàng)新體驗(yàn)，最激動人心的時代已經(jīng)到來。但是，我們必須要理解和把握未來教育的特征：不是要學(xué)得更多，而是要學(xué)得更多樣；不是要學(xué)得更快，而是要學(xué)得更快樂。這兩者，顯然更是STEM教育成功的核心。

* 倪閩景，上海市教育委員會副主任。