十大课程之STEM课程(一)

近年来,伴随跨学科整合课程的巨大需求,美国的STEM教育理念进入公众视野,并取得了我国教育界的巨大关注。一时间,各类讲述STEM教育的帖子雪花般“漫天飞舞”,所有接受过STEM启蒙的教育工作者都能说出STEM的基本定义,即:STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科体系的总称,代表了偏理工领域的跨学科整合教育。但显然,这样表面的解释STEM是以盲指盲,没有解释清楚核心,让人无法理解。STEM这个新事物发展迅猛,背后却也乱象丛生,例如:

  • 很多学校知道STEM教育理念,也知道优点,但是STEM课程无处获取;
  • 很多教师根据自己对于STEM的片面理解来改良现有的科学课、劳技课,结果成了四不像;
  • 很多学校认为STEM课程必须要有物态的学生成果产出,并且将其作为唯一的评价标准;
  • 很多学校从社会机构购买了STEM课程,机构派出教师到校上课,但是最后发现课程及教学质量水平无法保障,并且对于本校科学教师的理念和教学均没有提升;
  • 很多做机器人、编程、机械加工这方面产品的机构用STEM教育为自己背书,但其中一些公司本质上还是卖产品而非精研和提供课程;
  • 我国的STEM教育没有形成合力,没有标准,没有成体系的STEM选题和课程;

今天小编就从以下五点谈谈真正的STEM教育:

一、代表了21世纪人才培养的理念;

《天下无贼》中的黎叔颇为戏谑地说:“21世纪什么最贵?人才!”这是一句大实话,美国的政治精英们在1957年苏联人造卫星上天一事中大受刺激,深刻的认识到国家的核心竞争力的本质是科技人才的竞争。21世纪的国家竞争更加激烈,科学家、工程师和技术人员将是处于主导地位的人力资源。

美国两代科学课程标准中间间隔了17年(1996-2013),而这17年间,全球科学技术发展、信息技术发展经历了巨大的飞跃。我国抓住了这个重要机会,1999年大学扩招,为社会发展培养了巨大规模的专业人才。2001年入世,GDP从全球第七直接跃升至全球第二。当美国精英们从多场战争中蓦然回首,发现世界已经天翻地覆,冷战积累的优势和形成的格局均已松动。2015年,美国STEM相关专业毕业生约46万人,而中国的数字大约是420万。2016年美国大选中,希拉里甚至承诺,一旦当选,会推动国会立法,允许STEM相关专业的毕业生毕业立即获得绿卡。2017年特朗普总统也多次在讲话中表述了要减少STEM相关专业外国留学生数量的想法。驴象两党虽然出发点不同,核心都是一样的:确保美国STEM人才的优势!要么全球掐尖,要么努力自产。

我们都说我国学生的创新能力不足,理论联系实际的能力差,不能很好的学以致用,为什么有这个问题?小编经常说:我们的好学生其实是自己悟出来的。因为我们目前的学科教育体系不关注学生跨学科的系统构建,不能确保学生跨学科能力的提升。思考一下:

  • 我们去菜市场买菜,这个过程到底是加减乘除问题还是博弈问题?
  • 不精通文史哲,你能分析出同为豪放派词人的苏轼和辛弃疾到底有何区别么?
  • 对于初三学生,学会了二次函数的相关知识,会做个理想状态下的炮弹弹道建模不?
  • 一个高中生学完复数的运算后,如果有人问他这个有什么用,他是不是一脸懵逼?

我们的各学科知识体系没有错、各学科教材编写没有错、各科老师也没有教错,那到底是什么错了?问题出在:在国家经济转型的变革环境下,伴随着信息时代对工业时代的颠覆,我们的教育转型还没能很好的跟上国家、社会和经济转型,因此是培养学生的理念与方式没能有效转变的问题。小编明白:饭得一口一口吃,事情也要一件一件做。跨学科能力不是凭空来的,学科是重要基础,根基不稳不成材。立刻让教师能够跨学科教学也不现实,但认识要清醒,要有方向,要有动作、要积极的实践探索。

在美国,STEM是国家战略,STEM课就是科学课,科学课也是STEM课,没有所谓的STEM课程标准,《下一代科学课程标准(NGSS)》既是科学课程标准又是STEM课程标准。而在我国,科学课是国家课程,有国家课程标准,STEM课是锦上添花,没有标准,对于学校而言是可有可无的,是可以拿出来秀的,是要切学生在校时间这块蛋糕的。一言以蔽之:对事物认识的角度和深度的不同,决定了实践行为的不同。

二、全球规模下建构主义的教学实践;

建构主义是STEM教育理念中的重要一环。建构主义认为学生是天生的探究者,他们通过自主地建构自己头脑中的内部理论,来解释周围的事物,认识自己的生活环境,丰富自己的认识的。学生对科学的理解和发展需要时间,科学和工程既需要知识也需要实践。体现在具体的教育教学中,STEM教育提倡课程设计应联系学生的兴趣和经验等等。

建构主义近年来比较火爆,因具备许多独特的、无可替代的优点。建构主义让教师们更加关注学生的学习过程。学生在学习中的动机和信念在认知过程中至关重要,我们需要调动学生学习的内驱力(题外话,这几年美国教育界特别流行关于Growth mindset方面的书);学生学习的过程是自我建构过程,而不是被动接受的过程,教师不光要探索如何教,还要探索学生如何学,探索学习者的思维培养;建构主义还让我们关注学生的社会性互动,这是认知发展的基础,也是落实美国4C核心素养中沟通交流与合作写作的基础。

STEM教育在全球的火爆,勾勒出一个全球规模下建构主义实践的图景。这个探索很积极,因为2006年前后,在美国教育界、心理界爆发的一场关于“建构主义教学:成功还是失败”的大辩论。这场大辩论的重要成果是形成了“建构主义教学:成功还是失败”这部学术专著;这部学术专著有许多给人印象深刻的学术见解与观点;但是全书使我们最受启迪与教育的,应该是关于“建构主义学习原则具有局限性”以及关于“建构主义教学设计和传统教学设计之间关系”(并非对立,而是有互补性)的论述。在STEM教育这场轰轰烈烈的运动中,建构主义到底效果如何?能够迸发出怎样的能量?我们还需拭目以待,让子弹再飞一会儿……

三、用培养科学家和工程师的方式教学生;

1903年莱特兄弟发明飞机的时候,空气动力学作为流体力学的分支才刚刚起步,直到现在,航空飞行器外形设计仍然是一个世界级难题,方程解不出来,只能靠吹风洞来实践检验,所以国际上谁有完备的风洞群,所以中国才能这么快拥有歼-20,C919。1916年爱因斯坦发表了广义相对论,100年之后,我们还在为引力波验证相对论的理论正确而欢呼雀跃,这些例子说明科学、技术、工程间的进步并非线性、同步,也并非一定有明确的因果关系。在我们的科学教育中,学生靠做题,背前人总结的公式、定理和结论,成不了前沿科学家和一流工程师。我们想要培养21世纪的科学家和工程师,必须变换培养方式,用培养科学家和工程师的思路、做法来培养我们的学生,落实科学教育。

四、以“科学与工程实践”为核心的第三代科学教育;

对事物认识的角度和深度的不同,决定了实践行为的不同。对科学教育的认识的不同,造成了上图中的代际差异。因此要弥补这个差异,我们需要补的课真的很多,不可能什么领域都能弯道超车的。从科学探究过渡到科学与工程实践,这背后不是几个字的差异,而是全体科学教师能力的跃迁,任重而道远。

五、注重培养学生的高阶思维能力,让学生形成对科学本质的基本认识;

在布卢姆教育目标分类理论中,记忆、理解属于低阶思维,应用属于中阶思维,分析、评价、创造属于高阶思维。研究表明,跨学科学习(STEM本质上就是跨学科学习)可以帮助学生形成高阶思维能力(higher order thinking skills),也可以帮助学生在不同学科领域之间形成有意义的联系(Ivanitskaya, Clark, Montgomery& Primeau, 2002)。

问题来了,STEM课程中的哪个要素促进了高阶思维技能的建立?这个要素是STEM课程天然存在的么?显然不是天然存在的,是人为设计的,那就是怎样设计提问(Question)和怎样设置教学任务(Task),将来有时间慢慢讲,这个话题真的相当大。小编想要传达的是在你的STEM课程设计中要考虑高阶思维能力培养这个问题。

高阶思维能力培养这个问题更多的还是“术”的层面。我们更多的是科学教学,而不是科学教育。从“道”的层面讲,我们需要STEM教育帮助学生形成对科学本质的基本认识,进而为我们带来真正意义上的“科学教育”。

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