STEM教学法最为本质的价值

66 \China Science & Technology Education
科学教育专栏
全民科学素质行动向世清，博士，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。

长期从事激光物理与工程技术的前沿研发，是参与产业经济战略与决策咨询、基础教育改革咨询、科技创新中心发展战略设计等多领域战略专家，也是上海市最为活跃的科技创新教育专家之一。

作为一种新型教学法，在前一讲，我们阐明了STEM 教学法的总成作用，这就是，基于其教学法的平台性特征，其几乎可包容已有的各种教学法，且在其过程中灵活地在各个环节内在选择性地使用并通过优化配置，达到比已有多种单一的教学法更为高阶和高效的教学效果，最终使其可以实现总体教学效能的最大化。

而且，我们又具体给出了如何实现总成的方法论。

这样，我们就已通过前述的各讲充分说明了STEM 教育是与时俱进的最为先进的教学法之一。

这一点已经是毫无疑问的，而且也反映了其出现于当前时代并形成如此大的影响绝不是一个偶然的概念和现象。

但是，“教学法平台”这样一种归纳容易让我们形成一种“错觉”，那就是STEM 教学法就只是一个“打包的”概念，好像其作为最为先进的教学法本身并“没有什么特别的本事”，充其量不过是可以将多种教学法组合起来优化性综合配置使用的一种教学法罢了。

如果形成这种认识，那就真是大错特错，因为这样恰好完全忘记和失去了STEM 的本质概念。

必须强调，STEM 教学法本身是内在地真有“特别的教学优秀特质”的。

所以，本讲我们在前述各讲的基础上，必须再次阐明和厘清STEM 教学法最为本质的价值所在。

作为任何一种教学法，其最为本质的特质应该是从其可以达成的教学效能的水平和程度，或者说更为深刻和更为关键的，应该从其可达成更好教学效能的机制科学性上描述。

直白地说，那就是能够让学生学得真和更明白了、懂了、掌握了。

那么，STEM 教学法究竟具有一种什么样的科学性机制，可以确保其具有实现这样“特别的教学优
秀特质”的能效呢？这种机制又具有什么样的独特性，使得传统的其他教学法难以媲美呢？为了阐明这一点，我们以下先解读两个相关概念，这两个概念都是我们熟知的，但这里我们必须作更为深度的解读。

一个概念就是“知识”。

通常我们认为知识就是指某些知识点的概念、意思和意义，了解和知道这些，然后记住就算掌握了相关知识。

但这只是一种浅表的说法。

真正的知识具有多方面维度的内涵和意义，通常至少包含了该知识点的7个维度：概念（通常意义下的知识）、技能、方法、思维、情感（包括心理）、精神和观念（价值观）（见图1中所示的7个基层维度），而且还有其应用性、拓展性、深化性、发展性、可修正性等，以及与其他知识的关联性，即更多地涉及到该知识点与整体其他知识的关系，包括它在整个知识体系中的位置和关系。

另外，掌握知识不是为了知识本身，而是为了站在已有的知识角度理解客观世界和应对现实问题。

所以，掌握某一点知识，其全面而完备的要求是，能够在各个维度上都真正了解、理解、掌握其相关内容和要求。

只有这样，才算真正掌握了某一点知识（在应试教育中，通常都只需要学生偏机械性地掌握特别是记住某点知识的概念等数个维度，但却没有达到真正掌握完备7个维度的程度和水平。

如果学生掌握的知识都属于这一方式，那么，即使他“记住”了再多，也都只是一种假的掌握，最终是无法用来应用的！我们今天应该以这样的认识深刻反思我国的应试教育）（实际上，如果能够真正掌握某些知识，哪怕是少一些，但能够真用，也好过于假地大量地“掌握知识”但最后百无一用）。

2020.12/中国科技教育／67
另一个概念是“深度学习”。

这里不是指人工智能的
“深度学习”，而是指学习者对某一内容知识点学习的深度。

深度的概念究竟是什么呢？首先，我们要区分关键的概念，那就是，深度不是难度，不是广度，不是高度，而是将一个知识点理解得更为准确、更为透彻、更为本质、更能真正理解其意义，还知道这一知识怎么用。

所以，不能以难度、广度和高度等代替深度的概念。

在这样的理解下，深度学习就不能是机械记忆式的理解，而是学到对该知识点从各种变化的角度都能讲通，深刻地建立了明白和理解，是一种真正的掌握。

实际上，这就要求学习者最终能够对该知识点的7个维度达成越来越接近完备的掌握，还有知识间的关联。

为了做到深度学习，学生在任何一个知识点的学习上不应该只停留于浅表理解和记忆的层次，而要变通地从其余各个维度，以其他的变化性学习侧面、载体、路径、方法等实现更多维度和更深程度的了解、理解、应用和知识关联，最后明确该知识点与其他知识的关系及定位等。

这一要求用通俗的语言描述，还有一点，即能够最后达成该知识点的相关知识全貌。

这就要求将该知识点的所有学科的知识能够集中在一起学完，并能融会贯通（这一意义用“盲人摸象”的方式一下就说明白了）。

所以，深度学习其实最后要求能够“跨学科”甚至“全学科”学习。

只有建立起知识间的关联性，才能真正理解该知识点，才能最后达成更好的知识的完整性，与客观世界的对象将其知识完整地关联，而不是只关联某一学科的某一部分（对于低年级的学生而言，更为重要的是，从小要尽早建立起知识的完整性的认识方式，而不只是着重于记住某一学科的某一学
段的知识点，完全不建立起知识的体系定位与关联的概念）。

教学法最本质的是用来传递、传授知识。

那么，在前
述两个概念基础上，我们说，好的教学法就可以在同样的时间长度内，相对达成对于知识各维度更完备的理解和掌握，达成更深度的建构，实现深度学习的结果。

所以，更好的教学法就应该具有更好的实现深度学习的科学性机制。

到此时，我们就可以直截了当地宣称，STEM 教学法恰恰就是具备了可以更好实现知识的真正深度学习教学的内在本质机制，所以才能成为当前更好的教学法。

为什么呢？很简单和很直接，STEM 教育在实现知识教学上的更为完备的深度教学的原因，是其可以自然地将知识、方法、思维、技能等7个维度要求自然地嵌入科学与技术、工程、数学的解决问题的过程中。

其中，不仅要求学生能够弄明白其中的科学（S）（这是知识），而且掌握和应用其中的技术（T）（这是方法和技能），还能够站在解决问题的目标要求上对这些科学和技术进行合乎目标要求的工程性（E）设计应用，以更深度的过程实现科学和技术的理解与掌握（这是思维）。

同样的概念也适用于其中的数学（M）。

所以，STEM 教育在单元性的教学中，以案例式的解决问题过程，将某个概念（甚至是大概念）的知识7个维度都能加以过程学习，而且在解决问题的角度可具有不同的侧面、方式、路径和多学科融合性的多种变化的学习，包括动手实践、与实际场景和应用挂钩，实现真实学习（其中会涉及到各种情感、心理的解决问题的过程经历）等，甚至在最终还要建立和尝试将知识的创新性拓展和应用，实在是一种最好的自然性深度学习方式。

这样的深度学习可以形容为围绕知识点的“反复和多方式打磨”，虽然看似花了更长的时间，实际上站在更高的层面，这是形成了同等时间下的更好学习效能（我们必须说，STEM 教学法的九步法绝不是浪费时间，而是高效的时间递进机制）。

再次强调，STEM 通过自身的复杂过程，自然建构了知识的深度学习模式，这种模式不仅是传统的单一教学法不够具备的，更是其他的教学法不能依靠本身的内在机制实现的。

这才是STEM 教学法更为本质的价值。

“变着花样儿学”，最好是能够以一种自然的方式，而不是人为可以安排但却很别扭的方式，那就可以使得学生在学习过程中自然进入一种顺畅无痕的过程中，发生良好的“沉浸”，从而达成学习的优化效能结果。

STEM 教学法恰恰自然具
备了这一特质，自然形成了教学法的大超越。

我们必须深度认识STEM 教学法的这一内在本质价值，这是最为关键的。

既然我国的基础教育实际上最需要的还是实现教学效能的真实提高和知识教育的应用达成，从当前的教育改革转型角度，我们就应该在当前的学校教学中更多地嵌入STEM 教学法，转型各种学科的各层次教学。

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图1　知识的完整维度和相关掌握要求框架示意图。