吳慧平

STEM教育是一種融合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的知識(shí)和技能，培養(yǎng)學(xué)生跨界（即跨越學(xué)科邊界）解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的教育方式。我國(guó)十分重視STEM教育的推廣，2017年《中國(guó)STEM教育白皮書(shū)》的發(fā)布推動(dòng)STEM教育進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)一些城市的中小學(xué)開(kāi)始嘗試?yán)眯?nèi)外教育資源開(kāi)設(shè)STEM課程，學(xué)界對(duì)STEM教育理念如何落實(shí)的研究日益增多。本文基于對(duì)STEM課程整合的思考，探析跨學(xué)科學(xué)習(xí)形式與教學(xué)支架，以便在STEM教育理念與教學(xué)實(shí)踐之間架設(shè)一座橋梁，為教師設(shè)計(jì)、組織STEM跨學(xué)科教學(xué)活動(dòng)提供借鑒。

一、STEM課程整合的類型

STEM課程的整合過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)從單學(xué)科到多學(xué)科、學(xué)科交叉，再到跨學(xué)科的逐步深化的過(guò)程。在單學(xué)科層面（Disciplinary），學(xué)生可以在相互獨(dú)立的課程中學(xué)習(xí)不同學(xué)科的知識(shí)與技能，這一層面的整合程度較低；在多學(xué)科層面（Multidisciplinary），學(xué)生雖然在不同學(xué)科分別習(xí)得知識(shí)與技能，但可以圍繞一個(gè)共同的主題運(yùn)用這些知識(shí)與技能；在學(xué)科交叉層面（Interdisciplinary），學(xué)生從兩個(gè)或多個(gè)學(xué)科中習(xí)得知識(shí)與技能，達(dá)到拓展認(rèn)知和加強(qiáng)交流的目的；在跨學(xué)科層面（Trans-disciplinary，亦稱超學(xué)科），學(xué)生從兩個(gè)或多個(gè)學(xué)科中習(xí)得知識(shí)與技能，將之用于解決真實(shí)問(wèn)題或完成某個(gè)項(xiàng)目，從而形成學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。

當(dāng)前，在課堂實(shí)踐中推行STEM教育面臨的困難是，學(xué)習(xí)者在跨越STEM學(xué)科的知識(shí)領(lǐng)域時(shí)會(huì)遭遇認(rèn)知沖突，不知如何通過(guò)跨界媒介進(jìn)行信息與觀點(diǎn)的交流和構(gòu)建新的認(rèn)知圖式。因此，2016年，澳大利亞學(xué)者琳恩在《STEM教育整合的觀點(diǎn)》一文中明確表示，STEM整合式教育首先要解決的問(wèn)題就是探索跨界學(xué)習(xí)（Boundary Crossing），即探索跨越學(xué)科邊界的學(xué)習(xí)，以實(shí)現(xiàn)知識(shí)技能的遷移與轉(zhuǎn)換。

二、STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)形式

2020年，香港浸會(huì)大學(xué)的艾倫·梁借鑒荷蘭學(xué)者桑尼·阿克曼和亞瑟·貝克在《跨界與邊界對(duì)象》中的觀點(diǎn)，認(rèn)為跨學(xué)科學(xué)習(xí)形式可以分成認(rèn)同、協(xié)商、反思與轉(zhuǎn)換四類。

認(rèn)同，指學(xué)習(xí)者從不同學(xué)科領(lǐng)域?qū)φ鎸?shí)問(wèn)題進(jìn)行界定，描述不同領(lǐng)域?qū)@個(gè)問(wèn)題的理解，即從各學(xué)科視角分別解讀問(wèn)題，并將不同學(xué)科的界定聯(lián)系起來(lái)，做出新的界定。這樣既能充分發(fā)揮不同學(xué)科的優(yōu)勢(shì)，又能體現(xiàn)跨學(xué)科綜合的優(yōu)勢(shì)。比如，在設(shè)計(jì)游泳池旁邊的救生員椅子時(shí)，學(xué)習(xí)者需要從科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程技術(shù)的角度考慮問(wèn)題的解決方案：從科學(xué)角度，他要考慮椅子的受力問(wèn)題；從數(shù)學(xué)角度，他要考慮椅子的角度設(shè)計(jì)；從工程技術(shù)角度，他要考慮制圖、椅子尺寸與材料問(wèn)題等。

協(xié)商，指通過(guò)對(duì)問(wèn)題的研討實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科領(lǐng)域的溝通與聯(lián)系，這是跨學(xué)科學(xué)習(xí)的重要方式。協(xié)商的目的是努力達(dá)成不同視角的意義理解，強(qiáng)化學(xué)科之間的相互滲透，構(gòu)建跨學(xué)科學(xué)習(xí)的運(yùn)行機(jī)制，促進(jìn)知識(shí)在學(xué)習(xí)者之間有序而密集地流動(dòng)、轉(zhuǎn)化，從而催生知識(shí)創(chuàng)新。真實(shí)問(wèn)題的解決需要學(xué)習(xí)者持續(xù)不斷地協(xié)商對(duì)話，如此才能找出最佳的解決方案。比如，探討救生員椅子設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，學(xué)習(xí)者需要共同討論如何運(yùn)用科學(xué)、數(shù)學(xué)的知識(shí)分析椅子的受力情況，解決椅子的承重問(wèn)題，以及運(yùn)用何種技術(shù)工具使椅子各部件接合更牢固等。

反思，指學(xué)習(xí)者要意識(shí)到不同學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)與思維方式的差異，加深對(duì)研究問(wèn)題的理解，并充分利用多學(xué)科的資源優(yōu)勢(shì)，在學(xué)科邊界間實(shí)現(xiàn)知識(shí)與信息的相互補(bǔ)充、彼此借鑒，進(jìn)而形成一種獨(dú)特的解決問(wèn)題思路。STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)中的反思性對(duì)話可以理解為不斷完善設(shè)計(jì)方案，提出迭代改進(jìn)意見(jiàn)，使產(chǎn)品特性符合顧客需求。

轉(zhuǎn)換，指實(shí)現(xiàn)舊知向新知的轉(zhuǎn)化，這既是一種學(xué)習(xí)方式，又是STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)的目的所在。不同學(xué)科間概念理解與思維方式的差異為現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的解決創(chuàng)造了一個(gè)共同的、多元的信息分享空間，不同領(lǐng)域的思想觀點(diǎn)在此融合交鋒，形成新的文化形式。這些混合而來(lái)的思想觀點(diǎn)用于實(shí)踐活動(dòng)之中，就會(huì)帶來(lái)真實(shí)情境的變化，這也意味著形成了一套新的路徑或程序來(lái)引導(dǎo)學(xué)習(xí)或創(chuàng)造過(guò)程的發(fā)生。轉(zhuǎn)換意味著學(xué)習(xí)者通過(guò)交流、分享、反思，掌握了新的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)。

以上四種學(xué)習(xí)形式可將STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程具體化，使跨學(xué)科學(xué)習(xí)不再是抽象的概念表述，而轉(zhuǎn)化為切實(shí)可行的操作過(guò)程。

三、STEM跨學(xué)科教學(xué)支架

諸多STEM課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，學(xué)習(xí)者不會(huì)自發(fā)地開(kāi)啟跨學(xué)科學(xué)習(xí)的對(duì)話過(guò)程，問(wèn)題闡述與知識(shí)技能的運(yùn)用也不會(huì)必然地發(fā)生。因此，跨學(xué)科學(xué)習(xí)的對(duì)話過(guò)程需要教師激發(fā)與引導(dǎo)。這凸顯了設(shè)計(jì)STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)教學(xué)支架的重要性。2016年，美國(guó)學(xué)者凱莉與諾爾斯為STEM教育整合設(shè)計(jì)了一個(gè)教學(xué)支架，他們將其比喻為“滑輪組合”，即四個(gè)滑輪代表四門學(xué)科，共同舉起一個(gè)承重物體，由此形成的“滑輪系統(tǒng)”由實(shí)踐共同體（教師與學(xué)生）驅(qū)動(dòng)，他們共同探究不同的STEM主題，學(xué)習(xí)STEM技能與思維。

“滑輪一”是工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐。教師引導(dǎo)學(xué)生參與工程設(shè)計(jì)活動(dòng)，加深對(duì)科學(xué)概念的理解與運(yùn)用。工程設(shè)計(jì)發(fā)揮著整合器的作用，它推動(dòng)著STEM課程內(nèi)容更好地整合，為STEM整合式教學(xué)提供一個(gè)理想的切入點(diǎn)；工程實(shí)踐可以貫穿STEM教學(xué)活動(dòng)的始終，將學(xué)習(xí)情境與學(xué)習(xí)內(nèi)容連接起來(lái)。

“滑輪二”是科學(xué)探究。教師要引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境下開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生將科學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化成解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的技能。這是學(xué)生真正掌握知識(shí)的關(guān)鍵?？茖W(xué)探究注重從學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)基礎(chǔ)出發(fā)，讓學(xué)生親身經(jīng)歷科學(xué)研究的過(guò)程，在獲得科學(xué)理解的同時(shí)提升問(wèn)題解決能力。

“滑輪三”是技術(shù)素養(yǎng)。技術(shù)是科學(xué)的運(yùn)用與具體化。技術(shù)素養(yǎng)指學(xué)生掌握、運(yùn)用、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新技術(shù)的能力。在STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)中，教師不僅要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用技術(shù)的能力，還要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行批判性思考，思考其對(duì)政治、經(jīng)濟(jì)、文化產(chǎn)生的積極與消極的影響。也就是說(shuō)，STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)中的技術(shù)素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)不僅包括基于工具視角熟練運(yùn)用技術(shù)知識(shí)，還包括基于人文視角合理運(yùn)用技術(shù)知識(shí)。

“滑輪四”是數(shù)學(xué)思維。美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)教授迪沙·威廉姆斯指出，STEM跨學(xué)科教學(xué)中的數(shù)學(xué)知識(shí)運(yùn)用能彰顯數(shù)學(xué)的現(xiàn)實(shí)意義，學(xué)生想知道的不僅是如何完成數(shù)學(xué)任務(wù)，還有為什么學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)如何與生活相聯(lián)系。在STEM跨學(xué)科學(xué)習(xí)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)分析、評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)的方案，了解學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要性，理解從學(xué)校學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)知識(shí)與STEM職業(yè)技能之間的聯(lián)系。

“滑輪系統(tǒng)”教學(xué)支架為學(xué)習(xí)者提供了啟動(dòng)跨學(xué)科對(duì)話的牽引機(jī)制，師生作為實(shí)踐共同體利用“滑輪系統(tǒng)”教學(xué)支架提供的思維圖式，了解不同學(xué)科知識(shí)體系的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，綜合每種思維方式的優(yōu)勢(shì)，融會(huì)貫通地運(yùn)用知識(shí)技能解決真實(shí)情境中的問(wèn)題。

（作者單位：武漢大學(xué)）

責(zé)任編輯? 嚴(yán)芳