馮翠典,倪以琳
(臺(tái)州學(xué)院 教師教育學(xué)院,浙江 臨海 317000)
近年來(lái),國(guó)際范圍內(nèi)的基礎(chǔ)教育領(lǐng)域?qū)ν七M(jìn)STEM教育的議題非常關(guān)切,而且鮮有反對(duì)意見[1]。但如何有效地實(shí)施STEM教育,依然有很多困惑[2];該領(lǐng)域中,越來(lái)越多的研究關(guān)注融合性STEM教育(Integrated STEM Education)[3],該話題值得更多的討論。
(一)融合性STEM教育的涵義。對(duì)于研究者和課程開發(fā)者來(lái)說(shuō),關(guān)于STEM教育的觀點(diǎn)并不統(tǒng)一。有人認(rèn)為STEM教育是一種單一的學(xué)科,有人認(rèn)為STEM是一種超學(xué)科的途徑。也有研究者指出:“STEM教育已演化成一種元學(xué)科的層面,是一種通過(guò)融合性的方式去除傳統(tǒng)學(xué)科間的障礙,從而更加關(guān)注創(chuàng)新以及使用工具和技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)方案,從而解決復(fù)雜性情境性問題的應(yīng)用性過(guò)程?!保?]相較而言,融合性STEM教育的觀念更為深入人心。
關(guān)于什么是“融合”,一個(gè)典型定義是:在復(fù)雜性的現(xiàn)象或情境中專注于任務(wù),這些任務(wù)需要學(xué)生運(yùn)用來(lái)自多種學(xué)科的知識(shí)和技能[5]。桑德斯(Sanders,M.)把融合性STEM教育描述為:一種探究?jī)煞N或兩種以上STEM學(xué)科領(lǐng)域之間如何融合,或者任何一種STEM學(xué)科領(lǐng)域與其他STEM領(lǐng)域之外的一種或多種學(xué)科之間如何融合的教與學(xué)的方式[6]。他提出:一種STEM學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)習(xí)成果應(yīng)該有目的地設(shè)計(jì)(Purposely designed)到另一種課程中。摩爾(Moore,T.)提出:融合性STEM教育是“一種致力于把科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)學(xué)科中的兩個(gè)或多個(gè)學(xué)科結(jié)合進(jìn)一個(gè)課程、一個(gè)單元和一節(jié)課中的努力,這種努力是基于學(xué)科間內(nèi)在的關(guān)聯(lián)和真實(shí)世界的問題”[7]。
概言之,融合性STEM教育是從兩個(gè)或多個(gè)STEM領(lǐng)域汲取內(nèi)容,在真實(shí)的STEM情境中使用STEM實(shí)踐來(lái)有目的地聯(lián)結(jié)不同的學(xué)科,從而提高學(xué)生的問題解決能力。
(二)融合性STEM教育的特征??缭竭吔纾˙oundary Crossing),即邊界模糊性,被認(rèn)為是融合性STEM教育的關(guān)鍵特征,一個(gè)更為綜合的關(guān)于融合性STEM教育的觀點(diǎn)[8],見表1。表1中,不同形式的邊界跨越展現(xiàn)在一個(gè)連續(xù)體上,這個(gè)連續(xù)體的融合性水平越來(lái)越高,不同學(xué)科間的相互關(guān)聯(lián)和依賴程度也越來(lái)越高。對(duì)于如何進(jìn)行融合,美國(guó)加州STEM工作組提出:融合性STEM教育不是四個(gè)學(xué)科的簡(jiǎn)單結(jié)合,而必須包括“真實(shí)世界的,基于問題的學(xué)習(xí)”[9]。美國(guó)下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(NGSS)提倡通過(guò)提供STEM領(lǐng)域“跨學(xué)科的聯(lián)結(jié)”(Crosscutting Connections)來(lái)推進(jìn)“有目的”的融合[10]。
表1 融合性STEM教育的不同融合水平
如何創(chuàng)造或找到STEM領(lǐng)域的跨學(xué)科的聯(lián)結(jié)點(diǎn)是復(fù)雜的,需要教師深入思考如何能讓學(xué)生不僅理解STEM知識(shí),還能有機(jī)會(huì)理解STEM知識(shí)是如何應(yīng)用到真實(shí)世界的問題的。
2016年,美國(guó)普度大學(xué)的兩位學(xué)者托德和杰夫(Todd,R.&Geoff,J.)提出了一個(gè)關(guān)于如何進(jìn)行融合性教育的概念框架[11]。他們指出,雖然國(guó)際范圍都在開展深入的STEM教育改革,但實(shí)踐中,教育者缺乏對(duì)STEM教育的本質(zhì)性理解。從而有必要提出融合性STEM教育的操作性概念框架。本部分致在把該框架的主要內(nèi)容呈現(xiàn)出來(lái),期望對(duì)相關(guān)研究者提供啟發(fā)。圖1是該框架的圖示。
這個(gè)圖顯示了四個(gè)滑輪組成的滑輪組去托起一個(gè)重物,即“情境性STEM學(xué)習(xí)”。眾所周知,滑輪組能產(chǎn)生一定的機(jī)械性優(yōu)勢(shì)來(lái)有助于更容易地提升重物。這表明了把情境性學(xué)習(xí)、工程設(shè)計(jì)、科學(xué)探究、技術(shù)性素養(yǎng)和數(shù)學(xué)思維聯(lián)結(jié)成了有機(jī)的功能性系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)中的滑輪是通過(guò)四個(gè)STEM學(xué)科中的共同實(shí)踐聯(lián)結(jié)的,滑輪組中的繩索是實(shí)踐共同體。這個(gè)復(fù)雜的滑輪系統(tǒng)必須要和諧工作才能確保整個(gè)系統(tǒng)的融合性。
圖1 融合性STEM教育的概念框架
(一)重物:情境性STEM學(xué)習(xí)。融合性STEM教育的學(xué)習(xí)應(yīng)采用情境性認(rèn)知理論(Situated Cognition Theory)的取向,該理論的核心是認(rèn)為理解知識(shí)和技能的運(yùn)用是和學(xué)習(xí)這些知識(shí)和技能本身一樣重要;而且,該理論認(rèn)識(shí)到情境本身,即學(xué)習(xí)活動(dòng)的物理性和社會(huì)性要素,對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程非常重要。
(二)滑輪1:工程設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)可以提供理想的STEM教育的內(nèi)容融合器。另外,使用工程設(shè)計(jì)的途徑來(lái)實(shí)施STEM教育創(chuàng)造了一個(gè)理想的起點(diǎn)來(lái)融合工程實(shí)踐。而且,使用工程設(shè)計(jì)作為觸媒來(lái)進(jìn)行STEM學(xué)習(xí)有助于把四個(gè)STEM學(xué)科放在同等位置。因?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)的本質(zhì)是為學(xué)生提供系統(tǒng)性的途徑來(lái)解決問題,這種系統(tǒng)性的途徑在所有STEM領(lǐng)域都是內(nèi)在需要的。即工程設(shè)計(jì)可以提供機(jī)會(huì)來(lái)放置STEM學(xué)科間的聯(lián)結(jié)點(diǎn),而這些聯(lián)結(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是學(xué)科融合的關(guān)鍵。
工程設(shè)計(jì)的途徑允許學(xué)生基于自身經(jīng)驗(yàn)開展學(xué)習(xí),并提供機(jī)會(huì)通過(guò)設(shè)計(jì)分析和科學(xué)調(diào)查建構(gòu)新的知識(shí)。即工程設(shè)計(jì)提供了一種情境,在其中學(xué)生可以檢驗(yàn)他們已有的科學(xué)知識(shí),并把這些知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題中。而且,他們能認(rèn)識(shí)到科學(xué)、工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)的相互作用。
在工程實(shí)踐中,工程設(shè)計(jì)和科學(xué)探究是通過(guò)設(shè)計(jì)行為和科學(xué)推理的內(nèi)在過(guò)程而自然揉和在一起;雖然工程設(shè)計(jì)和科學(xué)探究有顯著區(qū)別,但核心過(guò)程是共通的:其一,都要涉及推理過(guò)程;其二,不確定性作為起始條件,從而需要花費(fèi)更多的認(rèn)知資源。
(三)滑輪2:科學(xué)探究??茖W(xué)探究可以讓學(xué)生像真正的科學(xué)家一樣思考和行為,并使用標(biāo)準(zhǔn)化的科學(xué)實(shí)踐提出問題、做出假設(shè)、實(shí)施調(diào)查;也能夠讓學(xué)生在一個(gè)相關(guān)性的情境中學(xué)習(xí)科學(xué),這對(duì)真正的理解至關(guān)重要。但是,教師對(duì)“動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)”(Hands-on experience)有誤解,教師認(rèn)為一系列的任務(wù)或者實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)和科學(xué)探究是等同的。其實(shí),程序性的動(dòng)手操作活動(dòng)并不是真正的科學(xué)探究,真正的科學(xué)探究一定要在建構(gòu)性科學(xué)學(xué)習(xí)中有“動(dòng)腦經(jīng)驗(yàn)”(Minds-on experience)。
(四)滑輪3:技術(shù)性素養(yǎng)。很多人都把教育技術(shù)僅作為一種促進(jìn)STEM學(xué)習(xí)的手段,而沒有意識(shí)到技術(shù)本身包括一系列的知識(shí)、技能和實(shí)踐。托德和杰夫分享了兩位研究者的觀點(diǎn)。第一,赫斯巴赫(Herschbach,D.)提出關(guān)于技術(shù)的兩種視角:一種是工程視角,一種是人本視角,見表2。工程視角,也被稱為工具視角,即“技術(shù)等于制造和使用實(shí)體性物體;而人本視角的技術(shù)關(guān)注技術(shù)作為滿足人類具體需要的手段。
表2 兩種對(duì)于技術(shù)的觀點(diǎn)
第二,在赫斯巴赫的基礎(chǔ)上,米徹姆(Mitcham,C.)提出有四種不同的方式看待技術(shù):技術(shù)作為物體;技術(shù)作為知識(shí);技術(shù)作為活動(dòng);技術(shù)作為意愿。他提出,很多人僅僅把技術(shù)認(rèn)為是人造品和物體,從而忽視了技術(shù)融合進(jìn)STEM教育發(fā)揮更大作用的可能。技術(shù)也包含具體的獨(dú)特的知識(shí),也是一個(gè)學(xué)科。另外,他特別把技術(shù)看作一個(gè)活動(dòng)過(guò)程,這個(gè)過(guò)程包含設(shè)計(jì)、制作和對(duì)技術(shù)的使用。最后,技術(shù)作為一種意愿強(qiáng)調(diào)的是技術(shù)是受人類意愿驅(qū)動(dòng)并融合進(jìn)文化系統(tǒng),也是受價(jià)值觀的驅(qū)動(dòng)的。
(五)滑輪4:數(shù)學(xué)思維。托德和杰夫強(qiáng)調(diào):當(dāng)教師使用融合性STEM教育方式時(shí),學(xué)生更喜歡學(xué)數(shù)學(xué),數(shù)學(xué)成績(jī)也會(huì)更好。當(dāng)然學(xué)生參與到涉及工程設(shè)計(jì)和問題解決的學(xué)習(xí)活動(dòng)中,學(xué)生的數(shù)學(xué)成績(jī)和對(duì)STEM的積極態(tài)度會(huì)提升。并分享了威廉姆斯(Williams,D.)的研究觀點(diǎn):情境性的教學(xué)可以賦予數(shù)學(xué)以意義,因?yàn)椤皩W(xué)生不僅想要知道如何完成一個(gè)數(shù)學(xué)任務(wù),還需要理解為什么他們需要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。他們知道數(shù)學(xué)和他們的生活是息息相關(guān)的?!保?2]而融合性的STEM教育實(shí)踐恰恰能提供機(jī)會(huì)讓學(xué)生感受評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案好壞所必須的數(shù)學(xué)分析。
(六)繩子:實(shí)踐共同體。另外,“學(xué)習(xí)作為一種活動(dòng)”[13]的概念不僅提升了學(xué)習(xí)情境的地位,也提升了學(xué)習(xí)的社會(huì)性方面的地位。托德和杰夫認(rèn)為,融合性STEM教育可以幫助學(xué)生進(jìn)行“合法性的邊緣參與(Legitimate peripheral participation)”[14]。立維和威戈(Lave,J.,&Wenger,E.)把“合法性的邊緣參與”描述為這樣一個(gè)過(guò)程:學(xué)習(xí)發(fā)生在實(shí)踐共同體之中,在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生參與到共同體的社會(huì)性實(shí)踐中,從而能夠有機(jī)會(huì)從知識(shí)、技能、實(shí)踐的新手階段發(fā)展到熟練階段。在一個(gè)實(shí)踐共同體中,新手和熟練的實(shí)踐者都可以通過(guò)和他人一起觀察、提問和真正的參與中學(xué)習(xí)。
融合性STEM教育可以創(chuàng)造一種理想的平臺(tái)來(lái)提供一種社會(huì)性對(duì)話的共同體實(shí)踐。當(dāng)教育領(lǐng)導(dǎo)者開始研究融合性STEM教育的理念時(shí),情境性學(xué)習(xí)和實(shí)踐共同體的核心要素就自然呈現(xiàn)了,因?yàn)槿诤闲許TEM教育應(yīng)該是圍繞大觀念或主題組織的情境性學(xué)習(xí),而這種學(xué)習(xí)過(guò)程最好是通過(guò)實(shí)踐共同體的社會(huì)性互動(dòng)推進(jìn)。
美國(guó)下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(Next Generation Science Standards,NGSS)中描述了科學(xué)家和工程師的共同實(shí)踐。除了學(xué)習(xí)科學(xué)概念,科學(xué)實(shí)踐和科學(xué)技能也被強(qiáng)調(diào)為核心的成果。在科學(xué)框架中提出工程實(shí)踐,是因?yàn)榭茖W(xué)家和工程師的一些實(shí)踐是共同的。而融合性STEM教育可以通過(guò)實(shí)踐共同體來(lái)提供平臺(tái)讓學(xué)生學(xué)習(xí)工程和技術(shù)的相似和區(qū)別。表3提供了NGSS提出的科學(xué)實(shí)踐和工程實(shí)踐的比較,可以看出,兩種實(shí)踐有共通之處。
在真實(shí)的STEM領(lǐng)域的問題解決過(guò)程和情境性學(xué)習(xí)過(guò)程中,科學(xué)、工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)和共同實(shí)踐有助于體現(xiàn)STEM學(xué)科間的聯(lián)結(jié)和關(guān)系,并將提升這種觀點(diǎn):STEM內(nèi)容應(yīng)該和STEM實(shí)踐一起來(lái)教,內(nèi)容和實(shí)踐同等重要。
第一,充分理解本概念框架的根本宗旨。托德和杰夫提供的這個(gè)概念框架對(duì)在理論上理解融合性STEM教育的本質(zhì),以及在實(shí)踐中開展融合性STEM教育的活動(dòng)有操作性意義的指導(dǎo)作用,但這并不是說(shuō)融合性的STEM教育必須在每個(gè)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)中都要包括科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)和工程四個(gè)學(xué)科的內(nèi)容,本概念框架更重要的是引導(dǎo)教育理論者和實(shí)踐者對(duì)這些學(xué)科間的內(nèi)在關(guān)系有深入的理解,并對(duì)如何體現(xiàn)這種內(nèi)在關(guān)系,及基于這種內(nèi)在關(guān)系開展融合性STEM教育,才是關(guān)鍵。
第二,提倡在實(shí)踐中應(yīng)用并檢驗(yàn)該框架。研究者提供的這個(gè)概念框架應(yīng)該通過(guò)真正的教育研究進(jìn)行檢驗(yàn),從而確定這些概念是否真正能夠改進(jìn)STEM領(lǐng)域的教與學(xué)。研究者必須記錄他們實(shí)施的干預(yù)、課程和項(xiàng)目,特別是不同學(xué)科是如何進(jìn)行融合的。需要收集更多的證據(jù)來(lái)說(shuō)明融合的本質(zhì)和使用的腳手架,也需要更多的證據(jù)來(lái)說(shuō)明融合性STEM教育是如何促進(jìn)學(xué)習(xí)的。
第三,關(guān)注融合性STEM教育的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
應(yīng)進(jìn)一步促進(jìn)關(guān)于融合性STEM教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的思考。2014年,肯尼迪和奧德爾(Kennedy,T.&Odell,M.)提出高質(zhì)量的STEM教育應(yīng)該做到:至少要把技術(shù)和工程融合進(jìn)科學(xué)和數(shù)學(xué)課程;進(jìn)行科學(xué)探究和工程設(shè)計(jì);通過(guò)合作性的途徑來(lái)學(xué)習(xí);提供全球性和多重性的視角;使用基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)等整合性的途徑,并提供正式的和非正式的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn);為促進(jìn)學(xué)習(xí)而整合技術(shù)[4]251-253。在本文介紹的概念框架下,研究者可以思考如何確證或批判這些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),以此來(lái)關(guān)照融合性STEM教育的質(zhì)量。
臺(tái)州學(xué)院學(xué)報(bào)2019年5期