从问题中反思，加深A-STEM课程学习的深度
吴向东
摘要：本文通过对当前STEM教育中学习深度不够的问题的分析，总结深圳市龙岗区A-STEM教育的经验，提出了赋予人文价值、着眼师生共创、劣构问题化、普及数字测量技术、掌握统计思想方法等针对性策略。
关键词：A-STEM;STEM;课程;教学策略
中图分类号：G710 ?文献标识码：A ?论文编号：1674-2117（2020）19-0005-03
A-STEM（人文引领的STEM）是STEM教育的一个变式，是深圳市龙岗区创新教育实践的载体之一，是凸显粤港澳大湾区和深圳先行示范区“双区驱动”特色的大科学教育的新探索，旨在培养有创新精神和能力的特区新人。随着A-STEM的发展壮大，特别是经历了疫情期间的网上教学后，当下的STEM（包括A-STEM）教育中存在不少问题，需要我们不断反省，从中反思总结，寻找对策，以进一步地提升A-STEM教育的质量。
● 当前STEM课程存在的问题
①在人文融入上，机械地把A加到STEM中较为普遍，而深层次的价值引领却体现不足。A经常被实际作为艺术装饰，或者为了强行增加A，专门为某个项目增加艺术表演等类似的内容。而艺术是表，人文是里，A-STEM项目的宗旨是为人类福祉服务，这个终极价值在课程中有所体现，才是真的人文融入。
②在课程深度上，偏重于体验性设计，缺乏深入探究的内容。例如，种植花草的STEM项目，有种植，有观察，看到了植物生长中出现的种种问题，但并没有藉此形成一个个研究项目去做深入的探究。
③在思维深度上，批判性思维缺乏，挑战性不够。体验性课程的问题还在于难以引发学生的深度思考，主要是体验感受已知答案的内容，不需要太多的思维投入，也缺乏对未知或对发现问题的批判性思考。而STEM是以解决问题为导向的需要批判性思维深度融入的活动，把体验性活动进一步转变为深入探究的活动，才能提供挑战性，批判性思维的融入才有机会。
④在课程的生成上，学生只是完成教师设定的内容，缺乏从学生中生长出的探究项目。目前的STEM课程基本解决了从无到有的问题，而“有”又主要是教师或教材预先设定好的，学生主要是执行，缺乏从学生生活中或从预设的课程中生长出学生发现的问题和继续深入探究的项目，而这才是STEM教育中最需要体现的，这样做才有利于培养有主动探究和创新精神的人。
⑤在STEM四大元素上，M（数学）缺位，定量研究缺乏。近现代科学是建立在数理实验基础上的，M（数学）是开展STE（科学、技术、工程）活动的方法和工具，即定量研究，以保证其科学性。但反观实际的STEM课程，定量研究缺乏，造成了凭经验、不严谨做研究项目的现象比较突出，甚至因缺乏定量研究，造成质量粗糙或使研究项目陷入错误的经验之中。
⑥在信息技术与课程的深度融合上，信息化程度不够，先进性体现不足。STEM是时代的产物，具有鲜明的时代特征，课程天然地要与信息技术深度融合，但我们还是习惯用传统的方法，包括定量测量还在用几百年前的工具，如煤油温度计等，数字化的测量工具还是没有普及。
● 加深A-STEM课程学习深度的策略
加深STEM课程学习的深度，就需要解决以上这些问题。自从龙岗区开展A-STEM教育探索以来，一些优秀的教师在开展有深度的A-STEM项目上做出了表率，再结合平时的观察、学习和指导工作所积累的经验，特提出以下加深A-STEM课程学习深度的策略。
1.赋予项目人文价值，激发学生内在的学习动机
始于内在动机的学习最能持久，当学生认识到做某个项目能解决人们生活中的某个问题或感受到有较重要的社会价值时，责任感、使命感会油然而生，成为学生不懈探索的动力。在疫情期间，笔者以《别扔了那些不要的花和菜》为题，把纯科学的植物无性繁殖的种植活动与新冠病毒夺去人类生命的事件结合起来，教学生把要丢弃的开过花的水仙球、花谢了的玫瑰、切掉的萝卜蒂等保留下来，用简单的扦插等繁殖方法，让这些植物获得第二次生命，把尊重生命的人文意蕴，赋予植物无性繁殖活动之中，A-STEM学习有了不同寻常的意义。
2.倡导课程的师生共创，改变教师的单向设计
教师预先设计的内容，对于A-STEM课程来说只是引子或序曲，学生由此得到启发，自己发现问题，生成自己的研究项目，自己去组织解决问题，这才是设计课程的目的。在《别扔了那些不要的花和菜》的教学视频中，笔者展现的只是自己家中有的少量的花和菜，这些只是例子或引子，是为了启发学生在家里观察（家里厨房和房间里有哪些花和蔬菜，它们身体的哪些部位可以用来做无性繁殖，该采用怎样的无性繁殖方法，怎样养护），从而引发学生生成自己的研究项目。
类似的师生共创课程，摆脱了教师习惯的单向设计，把学生从项目的执行者转变为新项目的创造者。因为目的是要启发学生去发现问题和产生新项目，深度的思考、批判性思维自然就会在头脑中发生;因为有一定的思维深度，学习活动的体验性就容易转变到探究性上来，增加了学习的深度。
3.课程设计要劣构问题化
课程的深度不够，习惯于体验性设计，与課程设计者缺乏问题意识有关。A-STEM的宗旨是为人类福祉服务，怎样才能做到这一点呢？那就需要带领学生去直面生活中的问题，并想办法解决它。所以，在这个意义上，问题是课程的起点，解决问题是课程的终点。
据笔者观察，只要教师潜意识中以传授知识为目的，设计的问题多是良构的，很少是更有挑战性的劣构问题。良构问题广泛存在于教材中，其特征是问题的内在结构明确，解决问题所需的知识和方法明晰，甚至提供详细的实验步骤指引和记录表，实验程序完成后数据证据稍作整理，明确的结论也就获得了。这种基于良构问题的学习，能让学生体验到一些方法，但本质上是传授式教学的一种改良。而劣构问题不同，如做一辆跑得最远的太阳能动力小车，这个问题没有提供清晰的内在结构，问题好像很清晰，其实也很模糊（太阳能怎么利用？是要找太阳能电池板吗？哪里可以获取？有哪些种类？哪些种类既便宜又能电力大？还要考虑电池板的重量，要找最轻的，但最轻的产生的电力够吗？动力小车用怎样的电动机？用无人机的电动机可以吗？车用什么材料设计？做什么形状的阻力小？……）。一个劣构问题可以引发无数的疑问和思考，它没有良构问题那样清晰明了。例如，“请做一辆太阳能电池小车，比较薄膜电池和多晶硅电池哪个转换的电力大，都以这辆玩具小车跑的距离作为判定标准”，这种良构问题把获取知识和解决问题的方法都做了明确提示，其挑战性比劣构问题要低得多。在一个有深度的A-STEM学习项目中，良构问题主要是用到解决劣构问题的某个环节中，通过它去获取必要的知识和方法，其目的是最终推动劣构问题的解决，但绝不是一个学习项目的全部。项目设计劣构问题化，从体验转向真正有深度的探究才有可能。
4.将简单的数字化测量工具大量用起来
对于A-STEM来说，信息技术与课程深度融合最直接的体现就是把简单廉价的数字化测量工具用起来，甚至把手机上的传感器用起来。例如，在学习声音时，测量噪声强度的声级计APP、感受声音震动频率的频率发生器APP等，都可以用于改变传统落后的研究条件，这些传感器虽然达不到工业级的高精度，但用于教学是足够的，可以把学生定性的不准确的感受，提升到更加精确的用准确数据说话的真科学研究上来。
5.教学生学习正确的统计思想和方法
电子化智能化的测量工具获取的数据需要用一定的统计方法进行整理，中小学课标里对统计的学习和应用也有一定的要求。对于小学生来说，会四则运算，就可以做简单的统计。
在小学科学教材中，采用获取三次测量数据然后算平均数的方法，用于消除误差，获得可靠的结果。但恰恰是这种看似简便易行的方法，却带来了对统计思想甚至科学思想的误解。第一，三次测量的数量是不够的，要有足够的测量数量才能归纳出结论，形成正确的统计思想;第二，三次测量的结果求平均数时，很容易被某个测量不准的数带偏，而得到不正确的结果，消除误差最好的办法不是平均数，而是反复检查实验测量是否科学严谨，尽可能在实验控制上做严格要求，以避免学生形成错误的统计思想。
在本期专题的例子中，何跃华老师让三年级的学生看疫情统计图，教学生用电子体温计监测家人一天中的体温，从中发现了人的体温不是恒定在37°C不变，而是有一定小幅度的变化，这种变化在一个合理范围就是正常的，超过了就可能是发烧了，要去医院做进一步的诊断。不要小瞧学生获得的这个知识，它有可能使学生对世界万物变化的看法发生变化，从中感受到用统计看世界的思想。施珍梅老师在小学高年级则更进一步，教学生看到统计数字背后隐藏着的东西，对社会上一些流行的统计结论进行批判性思考，从而让学生透过数据看本质，锻炼基于证据和统计思想去质疑的本领，期望学生在日常生活中不那么容易被流言和商家忽悠。
统计是STEM中非常常用又适合不同年龄段学生的数学方法，藉此把M（数学）體现出来，探究项目的科学性将得到更好的保障。
以上策略是因目前国内STEM教育中存在的问题，基于深圳龙岗A-STEM教育的经验而提出的，其中技术上的策略容易学习，但每一个策略背后都涉及教师的改变。作为STEM教师，在教学生用好先进的数字化工具的同时，在所有的项目中自然地融入人文，价值引领，彰显科技为人类福祉服务的价值，才能培养出健全的负责任的公民。STEM教育是实践性很强的发展学生创造力的不同于传统传授的教育，这就需要教师不断反省和改变，特别是要自觉克服潜意识中知识传授的惯性，通过反复锤炼，迭代改变，才能让STEM课程真正推动有深度的学习，造福学生。
