?STEM教育的特征之一是解決真實(shí)情境問(wèn)題。
我國(guó)教育家陶行知先生也曾提出過(guò)“生活即教育”“社會(huì)即學(xué)校”“教學(xué)做合一”的生活教育三大原理，指出生活就是一連串問(wèn)題的求解過(guò)程。真實(shí)情境問(wèn)題導(dǎo)向的STEM教育最終是返回生活的教育，所以STEM課程一定是“真實(shí)問(wèn)題導(dǎo)向的”而不是“教科書(shū)導(dǎo)向的”的過(guò)程。這是目前開(kāi)展STEM類課程中的一個(gè)難點(diǎn)。
“真實(shí)”情境問(wèn)題和“偽真實(shí)”情境問(wèn)題
某一課題實(shí)踐學(xué)校的老師在設(shè)計(jì)海洋主題的STEM課程中，其中有一個(gè)項(xiàng)目是“給魚(yú)兒蓋房子”，教師和學(xué)生在這里很仔細(xì)地學(xué)習(xí)了百科全書(shū)中魚(yú)兒在海里生活的深度、溫度、光照度、水流、鹽度等條件，甚至包括魚(yú)兒喜歡的洞穴形狀等，然后老師又給學(xué)生播放了動(dòng)畫(huà)片尼莫家房子被毀的視頻，導(dǎo)入讓學(xué)生給魚(yú)兒建房子。學(xué)生從開(kāi)展畫(huà)思維導(dǎo)圖頭腦風(fēng)暴蓋房子條件，到設(shè)計(jì)房子圖紙、動(dòng)手搭建房子模型一系列的過(guò)程，甚至在展示中還強(qiáng)調(diào)自己建的房子適應(yīng)海底的條件(除了海洋物理化學(xué)環(huán)境的條件考慮，還包括抗水流強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)、安全結(jié)構(gòu)等)，整個(gè)外顯學(xué)習(xí)過(guò)程仿佛進(jìn)行了一個(gè)真正的基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)全過(guò)程。
但在這一STEM項(xiàng)目中，老師恰恰忘了引導(dǎo)學(xué)生，該項(xiàng)目到底要解決什么問(wèn)題，也就是人類為什么要給魚(yú)兒蓋房子這一問(wèn)題。這既是一個(gè)必須回答的真實(shí)情境問(wèn)題，同時(shí)也說(shuō)明學(xué)生為什么可以判斷自己需要給魚(yú)兒蓋房子、蓋房子的最終意義在哪里。這也是最終評(píng)價(jià)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的重要標(biāo)準(zhǔn)，而不是簡(jiǎn)單的對(duì)魚(yú)兒生活環(huán)境知識(shí)學(xué)習(xí)、思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)、動(dòng)手物化能力加強(qiáng)等割裂問(wèn)題的評(píng)價(jià)。
通過(guò)課題組的反復(fù)剖析，教師終于明白，是因?yàn)槿祟悶E捕、廢物排放、開(kāi)礦或采集珊瑚等行為污染了海洋，破壞了魚(yú)兒生存的環(huán)境，造成了海洋生態(tài)的退化，也造成了人類無(wú)魚(yú)可打的困境。因此，給魚(yú)兒建房子，是為了恢復(fù)生態(tài)，保護(hù)海洋環(huán)境，也是為了人類自身的生存。這樣的批判性思考過(guò)后，教師通過(guò)引發(fā)學(xué)生對(duì)問(wèn)題深刻的人文思考，激發(fā)學(xué)生渴望探索和解決這一問(wèn)題的興趣，也打開(kāi)了學(xué)生的思路，給不同的魚(yú)兒尋找不同的環(huán)境和不同的房子。除了具體的工程原理之外，還能從正反兩方面分析評(píng)價(jià)自己建造的與其他小組建造的房子的優(yōu)劣、適應(yīng)魚(yú)群的不同等，從而使創(chuàng)造能力、創(chuàng)新能力和批判性思維、合作學(xué)習(xí)能力都得到了鍛煉，完成真正意義的高效學(xué)習(xí)。
更重要的是，這些能力是建構(gòu)在解決真實(shí)情境問(wèn)題基礎(chǔ)上，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維、工程思維結(jié)合人文素養(yǎng)、對(duì)生活的熱愛(ài)而完成的，而不是一個(gè)模糊的貌似簡(jiǎn)單S、T、E、A、M組合的偽問(wèn)題。
實(shí)踐結(jié)果證明，偽真實(shí)問(wèn)題降低了項(xiàng)目學(xué)習(xí)的意義，而真實(shí)問(wèn)題則可以提高學(xué)習(xí)效率，在相同時(shí)間內(nèi)，學(xué)生的綜合素養(yǎng)在有意義有興趣的價(jià)值獲得感中得到了提升。
“模糊”和“精準(zhǔn)”的真實(shí)情境問(wèn)題
STEM教育是基于真實(shí)情境問(wèn)題的學(xué)習(xí)，所以STEM教育的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，找準(zhǔn)一個(gè)真實(shí)情境問(wèn)題，學(xué)習(xí)過(guò)程圍繞解決這一真實(shí)問(wèn)題展開(kāi)，才能是有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程。
到底是為魚(yú)兒建房子還是解決生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，老師們?cè)趯?shí)踐過(guò)程中多有困惑。這反映了教師對(duì)STEM教育的理解不夠深刻，以為將科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)和人文等內(nèi)容融入進(jìn)去了就是一個(gè)好的STEM學(xué)習(xí)項(xiàng)目，沒(méi)有認(rèn)真思考到底為了解決什么問(wèn)題才這么做。
還有的老師雖然知道要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題，但是因?yàn)閷?duì)要研究的問(wèn)題本身理解不透，上位和下位問(wèn)題分不清楚，也難以找準(zhǔn)整個(gè)項(xiàng)目要解決的真實(shí)問(wèn)題。例如，在小學(xué)有“包裝盒的設(shè)計(jì)”這樣的綜合實(shí)踐活動(dòng)課程，老師所在學(xué)校是以足球文化為校本特色，教師就應(yīng)開(kāi)展基于足球文化的“足球包裝箱設(shè)計(jì)方案”的課程學(xué)習(xí)。
教師創(chuàng)設(shè)了“12個(gè)足球的包裝”這樣的情景，使學(xué)生可以通過(guò)數(shù)學(xué)的幾何體特征，學(xué)會(huì)準(zhǔn)確迅速計(jì)算棱長(zhǎng)、表面積、體積等，還能夠組合新的幾何體。體育方面增加學(xué)生對(duì)足球的興趣，美術(shù)方面能夠通過(guò)運(yùn)用形、色、空間等美術(shù)語(yǔ)言描繪和立體造型方法等，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工具、材料的認(rèn)識(shí)，通過(guò)動(dòng)手，培養(yǎng)學(xué)生勞動(dòng)操作能力。學(xué)生們后來(lái)展示的作品真的非常棒，但是在場(chǎng)的專家問(wèn)了一個(gè)問(wèn)題，你們這個(gè)包裝箱是為解決什么問(wèn)題制作的，是為了送禮?運(yùn)輸?收納?……不同的實(shí)際問(wèn)題會(huì)有不同的解決方案。教師給出的標(biāo)準(zhǔn)，是讓每個(gè)小組從“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、工具選用、人員分工、制作流程、預(yù)期效果、本組特色”7個(gè)方面展示匯報(bào)。雖然學(xué)生在匯報(bào)和互評(píng)中，都有意無(wú)意地提出了一些實(shí)用性考慮，但是因?yàn)橐鉀Q的目標(biāo)問(wèn)題不精準(zhǔn)，造成了標(biāo)準(zhǔn)缺失，效果就打了折扣。后來(lái)和老師仔細(xì)分析，其實(shí)她是創(chuàng)設(shè)了一個(gè)學(xué)校足球課后足球收納箱的情境，但是設(shè)計(jì)課程中變成了包裝箱，設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)也沒(méi)有考慮真實(shí)情境的問(wèn)題解決這一指標(biāo)，模糊了要解決的真實(shí)問(wèn)題，造成了學(xué)生解決方案中似是而非的困惑，對(duì)最終的物化出來(lái)的產(chǎn)品評(píng)價(jià)就沒(méi)有了返回解決真實(shí)問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)，造成了課程實(shí)施中的上述問(wèn)題。
可見(jiàn)，在STEM教育中，找準(zhǔn)真實(shí)情境問(wèn)題，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，緊緊圍繞解決真實(shí)問(wèn)題發(fā)生學(xué)習(xí)活動(dòng)，評(píng)價(jià)指標(biāo)也緊跟這一思想，才能真正做到學(xué)習(xí)過(guò)程靈活開(kāi)放，方案設(shè)計(jì)豐富多樣，也才能充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力，真正培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。
“教科書(shū)導(dǎo)向”和“真實(shí)問(wèn)題導(dǎo)向”的真實(shí)情境問(wèn)題
在傳統(tǒng)的“教科書(shū)導(dǎo)向的”課程實(shí)施中，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，按照規(guī)定好的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟，嚴(yán)格遵循實(shí)驗(yàn)要求，成功制造并收集二氧化碳即可，并可能還有要求記住化學(xué)反應(yīng)式的考核。
從STEM教育的視角，教師們明確了必須設(shè)計(jì)出一個(gè)開(kāi)放的可以有多種解決方案的實(shí)踐學(xué)習(xí)過(guò)程，于是確定了解決“滿足不同需求二氧化碳的生產(chǎn)方式” 的真實(shí)情境問(wèn)題。以此實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，從二氧化碳的用途、二氧化碳的性質(zhì)、二氧化碳的化學(xué)組成，探究生成二氧化碳的各種可能方式(甚至包括從空氣中收集)。然后，創(chuàng)設(shè)工業(yè)制取和實(shí)驗(yàn)室制取兩個(gè)真實(shí)情境路徑，通過(guò)調(diào)研搞清楚工業(yè)制取二氧化碳的幾種方式的原理和結(jié)構(gòu)以及選取這種制取方式的原因。例如，工業(yè)制取考慮的原材料易得性、安全量大等性價(jià)比影響因素。再回到實(shí)驗(yàn)室，從教科書(shū)給出的制取方法開(kāi)始，一步步探究實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中，在保證安全的前提下，鼓勵(lì)學(xué)生不斷探究實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳裝置(不同的實(shí)驗(yàn)器材組裝)、收集方法、化學(xué)反應(yīng)物、定量測(cè)量方法等，最后各小組都可能給出自己小組認(rèn)為的最佳的制取方法，并在全班展示說(shuō)明。
從上面“傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)”到“STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)”的問(wèn)題進(jìn)階過(guò)程可見(jiàn)，STEM教育中的真實(shí)情境問(wèn)題，首先是一個(gè)有不確定解決方案的開(kāi)放的問(wèn)題，其次是與生活實(shí)踐緊密聯(lián)系的真實(shí)情境問(wèn)題。解決策略是“從真實(shí)生產(chǎn)生活中來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題——抽象到實(shí)驗(yàn)室或課堂中解決問(wèn)題——回到真實(shí)生活生產(chǎn)背景下評(píng)價(jià)問(wèn)題的途徑。
STEM學(xué)習(xí)中要堅(jiān)持“明確的目標(biāo)，模糊的過(guò)程”，即解決某個(gè)確定的實(shí)際問(wèn)題，解決方案和解決過(guò)程是多途徑的，從而鼓勵(lì)學(xué)生的探索、創(chuàng)新和創(chuàng)造力。同時(shí)，在這樣一個(gè)過(guò)程中，從調(diào)研、對(duì)比、設(shè)計(jì)、制作、合作、探究、交流、展示、分享等各個(gè)環(huán)節(jié)，也鍛煉了學(xué)生跨學(xué)科的綜合應(yīng)用能力，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
綜上所述，圍繞解決真實(shí)情境問(wèn)題發(fā)生的STEM學(xué)習(xí)過(guò)程，是一個(gè)自然而然應(yīng)用跨學(xué)科知識(shí)的過(guò)程，學(xué)生應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多門學(xué)科知識(shí)，協(xié)作和探究式地解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。在參與和體驗(yàn)學(xué)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生不僅獲得了結(jié)果性知識(shí)，更重要的是，提高了他們的學(xué)習(xí)能力，學(xué)會(huì)從多學(xué)科、多視角、多維度來(lái)分析和解決問(wèn)題，收獲了蘊(yùn)含在真實(shí)問(wèn)題情境中的過(guò)程性知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了從“學(xué)會(huì)”到“會(huì)學(xué)”的質(zhì)的突破。
學(xué)生在獲得綜合應(yīng)用知識(shí)解決真問(wèn)題的能力過(guò)程中，極大的激發(fā)了他們的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力，同時(shí)具備了應(yīng)用科學(xué)思維、工程思維進(jìn)行批判性思考的能力，綜合素養(yǎng)得到提升，鍛煉了他們綜合解決問(wèn)題的能力，也引發(fā)了他們對(duì)社會(huì)和國(guó)家層面的真實(shí)問(wèn)題的關(guān)注，這是培養(yǎng)學(xué)生具備《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》要求的必備品格和關(guān)鍵能力的有效途徑。
