借鉴STEM（Science, Technology, Engineering, Mathematics）学科融合与协同育人的教育观念，有助于优化我国中学生探究学习。文章在反思国内外相关中学生探究学习研究的基础上，探究了STEM教育应用于中学生探究学习的可能性。随后，文章从现状与问题、基本流程、活动设计、评价指标、支持系统等方面，对STEM教育视野下中学生探究学习进行了具体设计。最后，文章提出了STEM教育视野下中学生探究学习的实施策略，包括组建跨学科研究团队、基于问题开展研究、综合多种研究方法以及形成便于传播和应用的研究成果，以期为提升中学生探究学习的质量提供参考。 关键词：STEM教育；中学生；探究学习 探究学习是人类认识世界的一种基本方式[1]，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》就强调要提高学生勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力。STEM教育与中学生探究学习追求共同的目标，即提高学生的问题解决能力、交流合作能力及创新创造能力，提升学生的综合素质。STEM教育强调根据中学生的个性、兴趣及文化差异因材施教，饱含探究学习的理念和精神，支持探究学习的实践活动。因此，开展STEM教育视野下中学生探究学习的研究很有必要。 一 国内外相关中学生探究学习研究的反思 20世纪80年代，自美国学者兰本达（Brenda Lansdown）在我国举办探究教学讲习班后，探究学习的相关研究不断深入。我国研究者在引进国外探究学习理论的基础上进行本土化重构，并在具体教学中实践应用。总的来说，国内外有关中学生探究学习的研究还存在一些不足，需要重点注意以下方面： 1 探究学习的理念已经从验证性探究转向创造性探究 在验证性探究中，学生遵循课本上的逻辑推理、预定的探究过程，来验证知识的正确性。这就需要教师基于学生的先前经验来开展创造性探究学习，以引发学生的深层次思考。为此，谢杰妹[2]强调为了提升探究活动的质量，教师需要合理安排探究时间、内容，突出探究方式，重视探究思想渗透等策略，以求达成探究目标；熊士荣等[3]指出为了实现探究学习目标，应注重综合调查法、概念图评价法等质性评价方法的应用，通过评价促进学生的探究学习；而余胜泉等[4]认为STEM教育能够支持学生以学科融合的方式，在解决真实世界问题的过程中掌握知识和技能，并进行创造性探究。 2 注重在不同学科的实践应用，跨学科探究学习研究相对薄弱 美国在20世纪的不同时期虽然出于各种原因倡导探究学习，但均主张学生的探究学习是一种类似于专业探究、体现学科结构的目标导向性活动。我国学者根据在不同学科中实施探究学习的经验，总结出在不同学科中应用探究学习的策略。如马志成等[5]提出了化学探究学习的基本程序：引发问题→提出假设→探究科学→总结规律→拓展应用。探究学习不仅仅需要在单个学科领域开展，更应围绕真实问题以跨学科方式予以实施，引导学生探究不同学科知识之间的关联，并养成跨学科学习的能力和意识。 3 重视探究学习环境中的技术因素，学校、家庭、企业和政府等社会因素亟待关注 探究学习的开展有赖于学习环境的建设和信息技术的支持。一方面，相关的应用软件平台可以支持探究学习。如作为基于网络的协作探究学习平台，Co-Lab以模拟性、建模性和协作性的特点，为学习者的协作探究学习提供了良好的支持[6]。另一方面，目前将现代教育理念与计算机技术支持的学习环境有效结合的研究，为探究学习提供了重要支持。其中，基于泛在学习环境的“互联网+旅游”主题探究学习可以引导大学生由浅层学习向深层学习跃迁[7]；而中学生探究学习环境的建设不仅需要重视技术因素，而且需要关注学校、家庭、企业和政府等社会因素，以支持学生将探究学习与生活、社会以及未来职业联系起来。 4 关注探究学习中的失范问题，亟待开阔视野寻找解决方案 当前我国探究学习在认识上存在误区，导致在实践中出现始于经验、基于经验和止于经验的自发状况，产生形式化、问题泛、方法泛和结论泛的失范现象[8]。探究学习的失范包含探究精神不充分与学科特征不明显两层含义[9]：①如果探究精神不足，探究活动就会违背探究学习的本质，不能体现探究的基本精神。其中，控制式探究会导致学生自由的驯服化，表演式探究则会导致学生自由的虚假化[10]。②从学科层面来看，如果在探究学习中忽略学科特性，就会导致学科文化的失范。基于此，研究人员需要正视中学生探究学习中存在的失范问题，开阔视野寻找解决方案，优化探究学习的实践活动。 二 STEM教育应用于中学生探究学习的可能性 STEM领域的课程教学改革十分关注引导学生进行自主探究，促使学生的学习与社会实践相结合。借鉴STEM教育理念，有助于优化我国中学生的探究学习。 1 STEM教育及其教育应用 STEM教育不是科学、技术、工程和数学知识的简单叠加，而是将这四种学科的零碎知识变成相互联系的统一整体，是一种倡导问题驱动式教学的跨学科教育；同时，STEM教育注重学科之间的关系，重新审视学科与社会、学生与社会的关系，也是一种跨学科的、融合的和动态的教学方式和学习方式[11]。目前，STEM的教育应用主要涉及以下方面： （1）基于STEM教育理念的教学活动设计 STEM教育跨学科知识融合和通过实践解决真实情境中存在问题的理念，为教学活动设计提供了新方法。如王娟[12]探讨了STEM教育与机器人教学相结合的方式与途径，构建了STEM理念下机器人教学活动设计模型；张丽芳[13]以STEM理念为指导、以项目学习为载体，研究了基于STEM的Arduino机器人教学内容的开发、机器人教学的开展流程。将STEM教育的跨学科理念应用到教学活动的设计中，将原本独立的学科知识进行综合后融入教学活动，并在教学活动中设置相应的学习任务，可以提升学习者的知识水平与跨学科学习技能。 （2）STEM教育理念为跨学科课程设计提供了指导思想 融合STEM教育理念的课程内容制定是课程设计变革的重要方式。为此，我国学者已开展了融入STEM教育理念的不同学科课程资源的设计与开发研究，如邹燕燕等[14]介绍了STEM视野下科学课堂“做中学”项目的设计；李扬[15]针对我国科学教育开展中存在的问题与不足，从理论层面提出了融入STEM理念的科学课程的教学策略与原则。 （3）基于STEM教育理念的项目实践的设计与实施 STEM教育跨学科知识融合和通过实践解决真实情境中存在问题的理念，为探究项目的设计与实施提供了新思路。如余胜泉等[16]借鉴建构主义教学方法，将STEM教育理念融入项目设计、开发与实施的各个环节，构建了基于STEM教育理念的项目开发模式。在STEM教育理念下开展项目实践，引导学习者综合运用各科知识并通过探究学习来解决问题，能够真正地促使学习者将所学知识内化于心，最终实现综合能力的提升。 2 STEM教育应用于中学生探究学习的价值分析 以STEM教育理念指导中学生开展探究学习，不仅有利于他们理解科学、技术、工程和数学等领域的基础知识，而且能够锻炼他们综合运用科学知识解决真实情境中所存问题的能力，有助于培养他们的创新能力、综合设计能力和动手实践能力。 一方面，借鉴STEM教育理念开展中学生探究学习的理论研究，可以丰富探究学习理论。目前探究学习的自主理论研究相对薄弱，吸收相关理论的精髓来丰富探究学习理论的研究亟待完善。我国中学生STEM教育虽然已经逐步展开并取得了一定成效，但STEM教育视野下中学生探究学习的研究仍然相对匮乏。因此，有必要从STEM教育视野构建中学生探究学习理论，以更好地指导中学生开展探究学习。 另一方面，以问题解决为导向，进行中学生探究学习的设计研究，可以推动开展中学生探究学习实践。面对探究学习失范的现象与问题，不少中学师生对单纯以技术优化探究学习持质疑态度，甚至持否定意见。STEM教育将为中学生开展探究学习实践提供新视野，并将有助于解决探究学习实践中遇到的问题，支持教师从STEM教育的角度开展中学生探究学习，为教育管理机构通过教育规划和政策制定来支持中学生探究学习提供参考。 三 STEM教育视野下中学生探究学习的具体设计 1 现状与问题 STEM教育视野下我国中学生探究学习的研究借鉴了发达国家开展STEM教育和中学生探究学习的案例及经验，并通过梳理已有文献和对中学生、中学教师和教育专家等的访谈，分析了中学生探究学习在问题提出、活动设计、资源支持、评价方式等方面的现状，认为目前中学生探究学习存在导向不足、所用学科知识单一、社会协作支持不够等问题。此外，STEM教育视野下我国中学生探究学习的研究还针对中学生探究学习中存在的问题，借鉴STEM教育的教学理念和实践方法分析了问题产生的深层次原因，为探究学习后续研究的深入开展奠定基础。 2 基本流程 STEM教育视野下中学生探究学习的基本流程解释了中学生探究学习应该怎么做的问题，具体流程为：提出与分析问题→应用跨学科知识→团队合作→选择与应用适当的技术→探究与设计作品→展示与评价成果，如图1所示。
图1 STEM教育视野下中学生探究学习的基本流程 表1 STEM教育视野下中学生探究学习的评价指标
3 活动设计 STEM教育以项目实践活动为支撑，通过整合的教学方式使学生掌握相关的概念和技能，并用于解决真实世界中的问题。STEM教育视野下中学生探究学习主要分为四个阶段：准备阶段（学生选择所需工具与资源）、实施阶段（学生自主完成活动任务）、改进阶段（学生在探索中培养创新能力）和反思阶段（巩固和完善学生的认知结构）。 STEM教育视野下中学生探究学习活动以生活问题和社会问题为中心，在分析教学目标、跨学科知识地图和学习者特征的基础上，针对问题设计跨学科的探究学习活动（包括工具与资源设计、学习活动设计、支架设计、评价设计等），以形成中学生丰富多样而又相互关联的探究学习体验。 4 评价指标 STEM教育视野下中学生探究学习的评价应以形成性评价为主。具体来说，需要借鉴STEM教学实践的标准，以学习和应用不同学科内容、整合不同学科内容、解释和交流不同学科内容、问题导向的探究、逻辑推理、团队合作、技术应用策略作为评价维度，来评价中学生探究学习的效果，如表1所示。 5 支持系统 STEM教育视野下中学生探究学习的支持系统如图2所示，该系统通过基础教育（主要指中学）、高等教育、企业（商业与工业）以及教育管理部门协同支持中学生探究学习[17]。其中，基础教育连接学生、教师、课程，为中学生探究学习提供教学指导，并优化探究学习的环境；高等教育与基础教育建立课程联系，共同研究与推动中学生探究学习；企业为中学生探究学习提供实践支持，引导中学生分析学科、职业与生活的关联；教育管理部门则为中学生探究学习提供政策引领和项目、资金等方面的支持。
图2 STEM教育视野下中学生探究学习的支持系统 四 STEM教育视野下中学生探究学习的实施策略 1 组建跨学科研究团队 对于STEM教育视野下中学生探究学习的研究而言，组建跨学科研究团队十分必要。研究团队既要有具备一定STEM教育及探究学习理论基础的研究人员，又要有跨学科知识的一线教师，以保障STEM教育视野下中学生探究学习实践研究的顺利实施。一方面，研究者需要深入了解信息化教学设计、STEM教育及探究学习的相关研究成果，具备扎实的理论基础及研究经验；另一方面，中学的校领导和一线教师需要与研究者结成紧密的合作关系，通过理论与实践相结合的方式共同开展行动研究。 2 基于问题开展研究 开展STEM教育是我国基础教育发展的热点，推进探究学习则是中学生教学改革的切入点。目前，探究学习在开展过程中存在重探究过程、轻探究结果等问题。STEM教育视野下中学生探究学习研究既要借鉴当前国际STEM教育的相关理论与实践，又要针对我国中学生探究学习的现状和问题，以问题为导向，制定适合我国中学生探究学习的设计方案，并在合作学校开展行动研究，进而提出建议、完善方案。 3 综合多种研究方法 目前，中学生探究学习的研究方法主要是理论分析、调查访谈和案例设计。而从STEM教育的视野探讨中学生探究学习问题时，需要综合运用文献研究、问卷调查、课堂观察和行动研究等研究方法。其中，文献研究方法是指收集国内外STEM教育的相关研究文献、实践案例以及中学生探究学习的研究成果，来分析我国中学生探究学习研究取得的成果及存在的问题，并从学理层面解读STEM教育对中学生探究学习的指导作用；行动研究法则指在自然、真实的学习环境中，按照一定的操作程序，以解决中学生探究学习中存在的实际问题为目标，不断验证与完善中学生探究学习的实施策略。 4 形成便于传播和应用的研究成果 开展STEM教育视野下中学生探究学习的研究，需要在深入了解国内外STEM教育和探究学习相关研究成果的基础上，从STEM教育视野下分析中学生探究学习的相关问题，提出中学生探究学习的活动设计与实施策略。值得一提的是，研究者把具体的实施过程录制成直观的视频案例、撰写指导手册，可以为其它学校实施探究学习提供经验与借鉴，不仅形成便于传播和应用的研究成果，而且作为优质资源用以提升中学生探究学习的质量。 参考文献 [1]刘景世,刘诚杰.合作探究学习中教师的角色定位[J].电化教育研究,2005,(12):59-66. [2]谢杰妹.初中科学探究学习目标的构建及其达成策略[J].全球教育展望,2013,(8):110-119. [3]熊士荣,吴鑫德,肖小明,等.科学探究学习评价体系的研究[J].课程·教材·教法,2006,(3):82-86. [4]余胜泉,胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究,2015,(4):13-22. [5]马志成,胡秦琼.高中化学新课程探索学习设计与实施[J].教学与管理,2009,(9):104-106. [6]张军征,樊文芳.模拟软件促进科学课程探究学习的作用分析[J].现代教育技术,2012,(4):34-39. [7]王宏,王萍.基于泛在学习环境的主题探究学习案例设计与实践[J].中国电化教育,2016,(10):126-132. [8]徐学福.论探究学习的失范与规范[J].教育学报,2009,(2):21-25. [9]张俊列.探究学习的失范与规范——一个新课程案例引发的反思[J].中小学管理,2010,(2):18-20. [10]谢丽娜.探究学习中“学生自由”的异化及合理化[J].教育发展研究,2010,(20):84-87. [11]董泽华.美国STEM教育发展对深化我国科学教育发展的启示[J].教育导刊,2015,(2):87-90. [12]王娟.STEM整合视野下的机器人教学活动设计[D].温州:温州大学,2014:43. [13]张丽芳.基于STEM的Arduino机器人教学项目设计研究[D].南京:南京师范大学,2015:22. [14]邹燕燕,宋怡.STEM视野下的科学课堂“做中学”项目设计——以《蜡烛抽水机——大气压力》为例[J].科学大众·科学教育,2016,(10):41-42. [15]李扬.STEM教育视野下的科学课程构建[D].金华:浙江师范大学,2014:1. [16]余胜泉,胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究,2015,(4):13-22. [17]赵慧臣,陆晓婷,马悦.基础教育、高等教育、企业以及教育管理部门协同开展STEM教育——美国《印第安纳州科学、技术、工程和数学(STEM）行动计划》的启示[J].电化教育研究,2017,(4):115-121. |
