新STEM教育空间设计之前,我们需要先了解一下STEM课程意义的核心是什么?

作者 /    张逸中 

华东师范大学计算理论研究所博士   上海STEM云中心主任




在STEM课程学习中,如果没有足够的资源、资料、信息,知识,很难设计好项目。STEM课程学习涉及到大量的跨学科内容,寻找、辨识、整合资源的能力,就是其中的关键。对STEM教育来讲,跨学科的整合及解决问题的能力,归根结底是培养学生底层的思维逻辑。现实中遇到的问题是,思维逻辑的训练和培养恰恰是我们中小学当中讲的最少的,比如说设计思维、计算思维,这些思维方式都不曾深度讲解,所以学生相应的理化生学科也很难学好。


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但我们的教育终归希望能够教会孩子如何去思考问题,并且是系统的去思考问题。因为我们身处生活时,所触碰的事物都是复杂的而不是单一的。


面对复杂的世界环境,如何用创新的思维思考问题,如何让“学生掌握解决实际问题的能力?”它的底层逻辑是什么。这些实际上是需要反推的,我们能教会孩子们如何使用3D打印机,如何写报告,但现实里我们不能教孩子们如何思考问题,因为思考问题的能力是建立在客观的科学世界和工程世界的一般规律之上,而这些规律恰恰是我们在一线确实没有掌握的,所以我们无法告知孩子如何去创新,我们只是告诉孩子如何使用一个工具、技术。


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曲江二小的孩子们在进行STEM课程学习


这一切源自我们自己传统的世界观,我们中国有一个要命的世界观问题:我们所有人掌握解决实际问题的方法论,都是基于个体经验的。而“你的经验”和“我的经验”,通常来讲是不能互通的。为什么西方世界的科技强国比较厉害,是因为他们具备将一个特例问题,转化成一个一般性问题的科学思考习惯。


一般来讲经验传经验靠的是悟性,但悟性不能被复制并加以推广。举个例子,就“信息”来说,传统的信息传递一定是递减的,这也就是我国古代工匠的技艺都会失传。《天工开物》这本书里面的知识,讲一个东西只有两行字,靠这两句话那些过去的物件我们是造不出来的!


STEM教育更深的理解一是还原知识的生产过程,所有知识不是轻易给到学生的,1+1为什么等于2?教育的人并不知道,所以我们的孩子对知识是无感的,只要是无感他就没有办法驱动自己未来的学习。比如说看到电脑,我看到它的背后是一连串的故事,一连串的知识,一连串的信息,但对于没有和电脑发生交互的孩子而言,在他面前的只是一台电脑。


这就是需要有一个知识还原的过程,依据过往习得经验在还原的过程中生成一张知识图谱。当有了强大的知识图谱之后,孩子就能够迁移知识进行创造。习得的知识是需要迁移的,我们日常学到的知识为什么不能被迁移,是因为我们连知识图谱都没有形成,你怎么能够在迷宫里找路,并达到创造的彼岸?


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图示模型来源:张逸中博士在第三届中国STEM教育发展大会主题演讲PPT


在这张图里我们可以看到,STEM教育的左边,还原知识生产过程,面向的是科学和数学,所以我们经常讲的大的PBL是基于问题的学习,它是面向科学世界,进行探究的,所以很多老师教学中偏向科学类的学科,它课程设计是基于问题驱动的。


中间迁移知识进行创造这块儿,是基于工程和技术的,我们叫小PBL,是基于项目的学习,它是面向工程世界的,面向应用的。


如此来看我们生活的世界只是由科学世界和工程世界共同构成的吗?显然不是,它还需要进行STEM+,+A,+I。因为理工科没有设计思维,没有设计方法,没有美学、没有人文、没有语言,需要有底层人文的素养,你才能知道解决的问题是面向社会、面向人的。另外I为什么重要,因为新时代里所有的问题几乎都要依赖计算机来解决,依赖计算机的核心,实际上是需要具备怎么处理数据,怎么用数据来解决问题,用数据的语言来描述问题的能力和素养。计算思维、计算机工具,这已经整个构成了我们解决问题构成的客观的事实。


那我们怎么来打通这个关系?打通学科的边界,如下图:


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图示模型来源:张逸中博士在第三届中国STEM教育发展大会主题演讲PPT


上面还原知识的生产过程,大白话讲是像科学家那样思考问题叫还原知识的生产过程,右边迁移知识进行创造,我们称为像工程师那样解决问题。过去的学科1、学科2、学科3,我们所学的理工科都是面向科学的,物理、化学都是科学,所以它本身是通过科学方法来了解世界,通过了解世界就能产生新的知识。科学是我们了解世界,产生新的知识的非常重要的途径。


光有目前的学科领域是非常狭窄的,怎么来改造世界?右边是我们能够通过工程,通过工程方法,计算思维,现代新的技术,比方说3D打印、创客电子模块,我们能够快速的来改造世界。


这就是STEM教育中蕴含的教育力与学习力,能够让我们的学生从过去狭窄的学习领域扩展到更广的学习领域,真正意义上学会学习。这本质上体现了我们理解这个世界时的系统思维,原来我们学习的世界是真能够联结在一块儿的。


本文采编自张逸中博士在第三届中国STEM教育发展大会主题演讲

文章来源:校园芥



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