邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[STEM教育与科技教育]STEM教育之来龙去脉

向世清

2018-11/总第272期

阅读数11

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近些年来,关于STEM的讨论确实很多。如果您听得多了,自然会发现许多人谈的STEM有些不一样。撇开各人不同的理解,您仍然会感到,尽管好像只应有1种STEM教育,但是大家却有些各说各的,似乎STEM教育就没有1个明确的概念或者界定。最终,不仅没弄明白,甚至还有些越来越糊涂。尤其是,听的都是专家所讲,专家却好像也没有说成一致,甚至没给您说明白,于是渐后总有些萌生出“难道专家也有错”的感觉(笑!我相信很多人看到这里会会心地一笑)。客观地说,您的这个感觉没有错。

既然STEM教育已越来越重要,是教育工作者乃至教育界都逃不掉的话题,那我们就必须弄清楚它的概念和内涵。如果连它是什么或者是什么意思都不弄清楚,又何谈讨论它、理解它、采纳它,最终实践它和发展它呢?所以,我们首先需要为大家更好地讲清什么是STEM!本讲开始,我们将用2〜3讲的篇幅达成此目标(有人会说,需要花这么多篇幅么?我说,必需的。所谓“磨刀不误砍柴工”,这里越弄得清楚了,越是对后面有更好的奠基。很多人就是因为没有弄清这一基本点,茫然上手,以至于后面越来越迷茫甚至失去信心)。

认清STEM教育概念的关键:不直接谈概念而从历史讲起

一件事情的发生,必有其因果渊源。世上万事万物,欲了解其究竟,最好的办法是从其发源开始,通过追溯其根源和渊源而更清楚地了解其发生原委和来龙去脉。STEM亦是如此。

1. 其实STEM已很早存在于人类的认识和实践活动中,只是因一直没有明确界定而相对模糊

按其本义,STEM首先当然涉及到4个字母为首的英语单词所代表的科学、技术、工程和数学(这里并不先分析概念,后面会再界定)。然而,我们肯定不是更多考虑阐述这4个单独的内容。既然将这4个放在一起说,那么就一定要说清楚它们为什么要放在一起说。

大家肯定都知道这样一种历史客观事实,即与科学、技术、工程和数学有关的人类认识和发展一直与人类社会的发展在同步进行着,甚至是一直在推动着人类社会的发展。所以自古以来STEM一直存在,只是相对地以一种各自独立认识和发展的角度持续演化,如单独的数学发展、单独的科学进程等。但同时我们也不可否认,人类在其自身发展的历史上其实已经感觉和关注到STEM彼此之间的逻辑关联性和规律性,很早就意识到这种彼此之间的依存和递进规律可用于更好地推动世界的发展,并已处处使用,贯穿于已有的人类与自然界的交互行为中,只是缺了一个将其明确界定和描述出来的方式,以至于直到近代仍处于朦胧感觉状态,这一历史可谓很长(当然也是一个渐进的过程)。但是,至少可以说,人们在逻辑上所得到的认识是较为明确的,即明确认识到了“科学”(规律或原理)首先通过人们探索自然世界被获得和认知,然后“技术”依据科学基础被研究发展起来,继而“工程”就在逐步综合优化使用各种技术完成某种目标建设中得以形成。在这其中,“数学”自然被利用到了,因为完成“工程”中自然需要各种定量和计算保证目标的准确性,且科学和技术本身也是具有定量化特性的。正是因为有了这种朦胧的关于STEM的整体认识,人类从很早的时候才会不自觉地遵循着从发现科学规律到利用规律创生技术,再到使用技术发明工程化的人工物品的全过程(即使一直没有太科学化地明确界定出概念和学说)。

不管怎样,我们说人们自古以来很早就已认识到STEM彼此之间的关联性和逻辑递进性是毫无疑问的。人们已经体会到STEM不仅具有各自的独立性,本质上更有一个整体性,按照这种整体的逻辑认识世界(科学与数学)并改造世界(工程与技术),就具有真正的科学性和可行性。

近代出现的许多典型事例可为此历史客观事实作例证。例如,爱迪生等著名的科技天才们能够发明出电灯、电话、蒸汽机、汽车等大量科技新品,完全可以说是这种规律性作用于发明过程的产物,这些产物使得人类社会在近200年的时间内取得了辉煌的发展。图1是1张有关爱迪生在发明过程中开展研究的照片,从中我们隐约可见STEM的关联性逻辑所决定的发明过程。当然,在这些过程中,科技天才们个人认识渐次递进的作用更明显,相对而言仅能一定程度地显现出STEM内在关联性的强烈影响。

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图1 爱迪生在发明过程中开展研究

当然,也必须看到,由于近代东方和西方科技发展的差异,这种有关STEM的整体规律性在西方国家比在东方国家尤其是我国具有更多的感觉和认识,所以对现代STEM的真正认识更早出现于西方,这也直接导致了西方国家在近代科学技术的发展中更多地占据了领先和统治地位,使得西方国家实力明显更强大,所以西方列强可以侵略和殖民他国。而我国的相关认识一直都比较模糊和落后,近代也因此一直处于屈辱被压迫之中,这是历史的客观事实。

2. STEM因为近现代人类的2个典型发展历程而彰显出其内在关联性逻辑的强大能力与竞争重要性

在近现代的2个典型发展历程中,STEM的内在关联性得到了更清晰的体现,可以说极为鲜明地彰显了它短期内促进世界高速发展的强大能力,更显现出它对竞争的重大影响力。

第1个典型发展历程是发生于上个世纪并持续较长时间的第二次世界大战,尤其是美国所经历的进程所呈现的,大批的科学家、工程师、技术人员和数学家因战时紧迫需要发展大量的军备和武器而集聚在了一起,在短期内合作实现了历史上最密集的科技进步,由此形成了大批科技新品的诞生和不断改良,其中有很多是全新的概念和产物,包括原子弹、飞机、潜艇和雷达等。这种过程在历史上是从来没有的,而且是首次在有组织的官方行为下,如此大规模地主动依据科技内在规律而实现的发展。美国和盟军的最终胜利最为充分地展现了创新发明背后的STEM内在关联性,使得人类首次这么强烈地意识到主动遵从科技发展逻辑从而提高国家和民族竞争力的必要性。这也是美国此后一直愈加重视STEM的核心原因之一。图2形象地给出第二次世界大战武器装备快速发展的影响效果。

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图2 第二次世界大战是人类历史上研发各种武器装备最快的时段

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图3 苏联成功发射人类第1颗人造地球卫星成为美国发展STEM教育的导火索之一

第2个典型发展历程是1957年10月4日苏联成功发射了世界上第1颗人造地球卫星,之后引发了一系列国际性竞争发展。这也成为美国后来大力发展STEM教育的导火索之一。第1颗人造地球卫星的上天,不仅标志着人类航天时代的开始,而且也意味着美苏之间的登月竞赛及后来长期空间竞争的悄然展开。在此过程中,美国因为震惊地感到巨大的落后性而形成了举国性的反思。本来美国因为“二战”的胜利以为自身的科技和国家实力在国际上遥遥领先,现在苏联居然一下子做出了美国想都没有想到的事情,于是他们开始思考自身为什么会落后。最终他们认识到,还是自己在从科学到国家竞争的各方面落后了,尤其是在科学教育和数学教育方面的落后导致的(关键是为什么很重视却还是落后了,这是后面引发STEM教育的关键)。于是,在此后相当长的时间内,美国倾注了强大的力量实现依靠加强STEM集成而形成的科技发展的促进,并持续重点推进科学/数学教育与工程技术实现的结合。其中,美国国家航空航天局(NASA)的成立,明确NASA也重点负责推进科学与数学教育是其最明确的标志。


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