當今世界正處於新一輪科技與產業革命的孕育期，科技創新對社會的引領作用愈加凸顯，經濟轉型對新型人才的需求與日俱增，培養一大批拔尖創新人才和高水平技能人才，已經成為未來教育改革的重要議題。在這種大背景下，倡導多學科融合、注重創新精神和實踐能力培養的STEM教育引起教育界的廣泛關注。近年來，江蘇、廣東、山東、河南等地陸續出臺政策文件，引導學校積極開展SETM教育，並結合數學、科學、信息技術、綜合實踐活動等學科內容，開展了一系列富有價值的課程教學創新。這些一線實踐改善了原有的課堂面貌，推動了教師觀念與教學行為的轉變，提升了學生的核心素養，取得了良好效果。但在STEM教育的熱潮背後，存在著一些容易被忽視的誤區，影響著STEM教育的長期健康發展，亟待引起教育行政部門和學校的高度重視。
誤區一：重技能培養輕知識學習
STEM教育注重學生的直接經驗，鼓勵學生在真實情境中開展科學探究，採用實驗設計、創意發明、手工製作等方式進行學習。但是，它的直接目的不是培養「能工巧匠」，而是「全面發展的人」，絕不能把STEM教育等同於職業技能教育。中小學開設STEM主題課程，不管是搭建橋梁模型，還是組裝智慧機器人或操控無人機飛行，都要有知識原理的滲透，不能停留於技能操作。否則，必然會導致學生在系統知識方面的弱化，結果就得不償失了。
去年，我們曾去某所中學調研STEM教育。這所學校總共開設了20多門STEM課程，涵蓋機械工程、人工智慧、生物組培、航空航天、藝術創意等多個領域，並組織教師編制了一系列配套課程。但是，認真翻閱後發現：這些課程內容與學科之間缺乏實質聯繫，大部分篇幅講的是具體操作流程，對於實踐活動所涉及的科學原理沒有進行深入分析，幾乎就是一本又一本的「使用說明書」。隨後，我們又深入課堂聽課，感覺情況更是不容樂觀。比如，在一節無人機課上，教師只是在導入環節粗略介紹了無人機的背景知識，剩下的課堂時間都是操控無人機，老師帶著學生反覆試驗如何才能把無人機飛得更高，如何才能拍攝出更具視覺衝擊力的航拍視頻。學生們的興趣看似高漲，個個忙得不亦樂乎，但在一片火熱的教學景象背後，卻是膚淺的知識學習。實際上，無人機課完全可以成為多學科整合的紐帶，聯結物理、數學、信息技術等方面的課程內容，包括：物理中的陀螺效應、電機功率等；數學中的數學建模、函數運算等；信息技術中的程序設計、智能系統等，甚至與歷史、英語、美術等人文學科也可以進行結合。
STEM教育本身就是跨學科的產物，科學、技術、工程、數學四個領域的學科知識相輔相成，融為一體。其中，科學在於認識世界、解釋自然界的客觀規律；技術和工程則是在尊重自然規律的基礎上改造世界、實現對自然界的控制和利用、解決社會發展過程中遇到的難題；數學則作為技術與工程學科的基礎工具。這幾年，STEM教育出現了一些新的拓展。有學者建議在原有基礎上加入Arts，把STEM教育拓展為STEAM教育；還有學者建議加入Reading，把它拓展為STREAM。不管STEM教育如何發展變化（STEAM、STREAM、STEM+等），其本質仍然不變——還是跨學科，只是進一步拓展了跨學科的內涵而已。所以，學校在開展STEM教育時一定要把握住「跨學科」這個核心，引導學生利用多學科知識解決實際問題，把知識學活、學透、學紮實，形成更加完善的知識體系和思維框架，以此應對未來社會的複雜挑戰。
誤區二：重活動形式輕科學精神
STEM教育打破了「坐著不動的課堂」，鼓勵學生做中學、玩中學，形成以主動、探索、體驗、創作為特徵的新型學習方式。但是，很多學校在開展STEM教育時，過於重視外在的活動形式，刻意追求活躍的課堂氣氛，忽視了探究活動的科學性和嚴謹性，導致學習活動華而不實、流於形式。美國教育心理學家布魯納指出，「孩子們在教室裡所為和科學家在實驗室裡所為只有程度不同，沒有本質區別。」所以，STEM教育不能追求那種花裡胡哨的學習形式，要把重點放在引導學生在實踐探索中掌握科學知識和科學方法，形成科學精神。
第一，發現真問題。STEM教育往往是由真實問題驅動的，問題能否經得起科學論證，是決定整個學習活動走向的關鍵。曾經聽過這樣一個STEM課：教師把學生分成六個小組，每個小組都要在學校周邊開展實地調研，從中確定研究問題。有個小組在調研中發現，住宅樓上面都是光禿禿的，既不美觀也不環保。於是提出，在住宅樓上建造「空中花園」，種上各種各樣的花卉，以此來優化環境。當學生花費大量時間設計出建設方案後，卻被學校請來的城建專家直接否定。因為在住宅樓上建造「空中花園」，既不科學也不合理，很有可能還會變成違章建築。所以，我們一定要重視研究問題的確立，從科學性、價值性、創新性和可行性四個維度進行判斷，真正把問題變成引發高質量探究的啟動器。
第二，開展真探究。科學探究一般包括五個要素：聚焦問題，設計研究方案，收集和獲取證據，分析數據、得出結論，表達與交流。這個過程不是固定的線性流程，而是循環往復、相互交叉的動態過程。遺憾的是，很多學校在開展STEM教育時過於強調固定流程，把實踐探究變成簡單模仿，把原本充滿活力的科學探究變成華而不實的「科學秀」，這不僅違背了STEM教育的初衷，還會對學生的科學精神造成消極影響。讓學生了解科學探究的一般步驟和流程是必要的，但要避免把它變為僵化的程序。我們要鼓勵學生提出自己的想法，創造機會讓不同觀點發生碰撞，促使他們不斷修正和改進方案，實現更深層次的理解。
第三，追求真結論。我們在實地聽課中就發現，有學生為了完成任務，隨意更改數據，不惜弄虛作假，想方設法都要得出一個「標準答案」。這種缺少科學精神的STEM教育，不僅對造就未來科學家沒有任何的幫助，反倒會成為阻礙創新人才培養的絆腳石。真結論不等於「標準答案」，科學探究不等於驗證實驗。STEM教學的關注點要從標準答案轉向基於證據和推理的科學理性，幫助學生形成良好的科學素養，為他們將來參與科學研究和社會生活奠定基礎。
誤區三：重學習結果輕學習過程
很多學校在開展STEM教育時往往表現出「追求成功、避免失敗」的傾向。我們在聽課時經常看到學生因成功完成任務而歡呼雀躍的場景，可一旦問到如何排除故障、為什麼要實現某項功能時，許多學生都回答不上來。還有一些學校出於擴大影響，把STEM教育等同於科技競賽，獲獎多少成為衡量其水平高低的標準。於是，學校投入大量人力財力，培養少數有特長的學生參加比賽，通過推出特長生為學校爭取榮譽，而大多數學生則淪為「沉默的觀眾」。一旦STEM教育變得功利化，它所肩負的培養創新人才的使命就難以落地。
眾所周知，中國古代的四大發明是人類歷史上輝煌的科技成就，對人類文明發展做出了重大貢獻。但可惜的是我們停留於實用性的技術發明，沒有去深究它們背後的科學原理。於是，中國在電磁學、地球物理、自動化等現代科學上貽誤戰機，被西方國家所反超。今天，我們已經擁有全世界最強大的製造能力，但卻在晶片、半導體設備、航空發動機等關鍵技術上受制於人；我國基礎科學研究短板依然突出，缺乏重大原創性成果；我國高水平創新人才仍然不足，特別是科技領軍人才匱乏……這些已經成為關係國家前途命運的重大問題。STEM教育作為提升國民科學素養、培養拔尖創新人才的基礎，一定要扭轉重結果輕過程的不良傾向，讓學生從小就形成正確的科學觀，不過分關注最後的結果產物，把眼光放長遠，更加重視科學探究的過程與方法，包括問題是否成立、方案是否合理、邏輯是否嚴密、結論是否可靠等，幫助學生建構和不斷改進自己的科學認識，形成更加完善的思維方法。
所以，STEM教育不是追求精美的作品，而是讓學生在實踐過程中獲得深刻的學習體驗。與其把精力都放在作品的精雕細琢上，反倒不如讓學生充分展開想像、對問題進行極致追問。這些在短期內看似「無用」的做法，很有可能會對學生的未來成長產生極其深刻的長遠影響。
（作者曹培傑單位系中國教育科學研究院）
《中國教育報》2018年10月27日第3版