吴向东：深圳市龙岗区依山郡小学
叶德卫：深圳市龙岗区人民政府教育督导室
摘要：不同于较为肤浅的知识主题连接各学科的跨学科教学，A-STEM教育强调由学科核心概念、跨学科概念和项目实践“三驾马车” 驱动教学。本文通过当前STEM中存在的问题对A-STEM中的三驾马车做了详细的论述，并对未来的探索做了展望。
关键词：A-STEM，STEM，学科核心概念，跨学科概念，项目实践
当前STEM教育的热潮不仅仅是因为人工智能、基因技术等高科技社会带来的影响，也是当前国际竞争格局下，中国内在发展的亟需使然。作为中国科技创新前沿的深圳龙岗，理所当然地卷入了这股潮流。深圳龙岗是华为等高技术企业的所在行政区，同时也是众多廉价的加工企业的聚集地，龙岗的学校中有众多高技术人员的子女，也有全深圳为数最庞大的非深圳户籍打工子女，科技与人文的差异巨大。正因为这样的背景，在吸收国际STEM教育的优秀成果，特别是美国新一代科学教育标准（Next Generation
Science Standards，简称NGSS）[1]的基础上，龙岗的STEM定位在人文精神的引领上，即A-STEM；另外，A-STEM不是补充甚至取代国家课程，而是为了更好地落实国家课程，所以又特别强调结合人文艺术、科学、技术、工程和数学等学科课程去实施。A-STEM的定位和做法，集中体现在深圳市龙岗区教育局于2018年7月颁布的《深圳市龙岗区A-STEM课程建设指导意见》（本文简称《意见》）中。
与常见的STEM教育不同，A-STEM教育是“三驾马车”驱动的，即学科核心概念、跨学科概念和项目实践。三驾马车不是三个独立的马车，而是指三匹马合力拉一辆战车，它们朝着共同的方向协同使力，并肩作战，比单枪匹马和两匹马拉动的车的战力要有力得多。对于龙岗A-STEM教育而言，这三匹马各有分工合作，即学科核心概念是基础，跨学科概念是连接不同学科的核心，项目实践是方法，下面分别介绍。
第一匹马：学科核心概念（disciplinary coreconcepts）
时下流行把STEM等同于跨学科，对跨学科的误解之一是将其等同于综合实践活动。综合实践活动有自己的内容，有时候可以不以学科为基础。但高质量的STEM教育不然，它必须以科学、技术、工程和数学等学科为基础，离开了这些学科基础，很容易流落于搞热闹的肤浅[2]。
一开始的STEM主要是针对STEM领域的各学科的，但后来越来越多的人认为要跨学科整合，要将STEM领域各个学科的知识整合起来。在这样的背景下，美国国家工程院、科学教育研究委员会和国家研究理事会组成了一个专门的委员会对此进行了历时两年的调查，于2014年发布了调查报告《K-12教育中的STEM整合：现状，前景和待研究的问题》[3]。该报告认为，应该继续努力改进以学科为中心的教学和学习，当学生对单个学科中的思想了解甚少或根本不了解时，跨学科间建立联系是困难的；STEM整合的设计者需要注意各个STEM科目的学习目标和学习进度，以避免无意中损害学生在这些科目中的学习。这个调查结论提醒我们，学科学习是基础，一味地强调跨学科整合，甚至把跨学科的价值凌驾于单学科之上，可能是有害的。
什么时候需要跨学科呢？跨学科往往是在发现和解决实际问题的过程中，单一学科的知识和方法不够用时，才产生跨学科的需要。但是，仅用单一学科就可以发现和解决的实际问题大量存在，没必要为了形式上的跨而跨。无论如何，单一学科核心概念的理解和掌握是基础，离开了学科基础，跨学科也很难开展。
那么学科核心概念是什么呢？科学技术的飞速发展，每一个学科内的知识都在得到不断的扩充和加深，如果什么都去学，学生是无法学得过来的。于是学科教育专家们开始梳理本学科最重要、最基础的知识、方法和思想，这就是学科核心概念，并用这些学科体系化了的核心概念研制课程标准和教材，为学生打下坚实的学科基础。所以，我们在《意见》中明确提出，学科核心概念是基础，开发A-STEM课程时要依据国家课程标准落实各学科中的核心概念的学习，倡导学以致用，使知识活化为能力。
重视学科核心概念，可以避免长期存在的“一英寸深、一英里宽”的课程现状，学得太多，反而什么也学不深入，蜻蜓点水，最终什么都难以学到。A-STEM注重落实学科核心概念，有利于学科课程转向到“一英里深、一英寸宽”的轨道上来，对少量的核心概念深入学习，少就是多，使学生真正学有所获。这也是我们始终坚持A-STEM要紧密结合课标和教材的原因。
第二匹马：跨学科概念（crosscutting concepts）
对跨学科的误解之二是认为通过某个知识主题把不同学科的相关知识串联在一起学习。问题是，这些知识是什么层面的知识，超越了学科层面没有？如果没有，还不能称为真正意义上的跨学科。
那么什么是跨学科呢？跨学科不是以知识主题，而是以发现和解决问题的需要来连接各个学科的核心概念，并在此基础上学到更上位的跨学科概念。跨学科概念的学习是A-STEM的核心，这是我们检验某个活动是不是跨学科的标准。那么什么是跨学科概念呢？A-STEM借鉴美国NGSS[3]，认为跨学科概念是指从各学科领域中提炼出来的具有共性的、相互联系的和更上位、更宏大的概念体系，比如模式、系统、结构等，它有助于学生以系统思维连接各学科核心概念，形成连贯、统一、系统的世界观及思维方式。
根据A-STEM的人文精神引领性质，跨学科概念分为两大类别，见表1。
在人文方面，参考美国哲学家摩狄曼·阿德勒挑选的人类社会的六大观念：真、善、美、自由、平等、正义[4]等，结合深圳龙岗的社会人文现状及对学生的了解，我们选择了生活意义、正义、仁爱、美等四个大观念（big ideas），即追求崇高的生活意义，对人有仁爱之心，对社会有正义之责，对世界有审美之慧等，突出其在塑造健全人格上的统领作用，强调A-STEM为人类福祉服务的宗旨。
二是STEM方面，反映的是六大观念中的“真”，主要包括模式、因果机制、系统与模型、物质与能量、结构与功能、稳定与变化、规模及效应等七个跨学科概念，它们来源于NGSS[5]，但由于这些跨学科大概念过于抽象，教师把握起来困难，我国中小学各科学类课程标准还未对此引起足够的重视，通过A-STEM，我们企望能对本区的科学教育也有所补益。
表1 A-STEM课程中主要的跨学科概念
对于人文领域的跨学科概念（或大观念），生活意义和正义是据以行动的大概念，仁爱和美是据以判断的大概念，而STEM提供了一整套的可以信赖的求真的方法和知识体系，与仁爱和美一起构成了我们据以判的基础。
STEM中7个跨学科概念，始于“模式”和“因果机制”两个概念，它们是科学本质的反映：观察到的模式可以被解释，科学通过寻找它们背后的机制来研究因果关系。其它4对概念，即“系统和系统模型、能量和物质、结构和功能、稳定性和变化”，概念之间相互关联，1对概念可以由其他3对概念阐明；同时每个概念都是STEM所有领域中的独立概念，并且也是工程系统设计时要重点考虑的概念。
理清这些跨学科概念，对于如何定位跨学科是相当关键的，它使A-STEM教育有了明确的立德树人的目标的同时，也关注到建基于学科核心概念之上的更为抽象、系统和宏大的思想方法，这些思想方法可以渗透进STEM领域的各个学科，让学生能超越单一学科的视野去实现不同学科间知识技能的迁移，进而为创造力的发展提供新的推进器。
第三匹马：项目实践（project practice）
对跨学科的误解之三是多个学科在一起开展学习活动了就是跨学科。但A-STEM对跨学科的活动是有要求的，那就是项目实践。A-STEM的项目实践与通过教师构造知识主题来产生的跨学科是不同的，它来源于学生发现和解决实际问题的需要。这是A-STEM实践最为显著的特征。A-STEM的项目实践是模仿科学家和工程师的，即科学家和工程师是怎样去发现和解决问题，我们就让学生去真实地经历怎样的发现和解决问题的过程。所以，项目实践是直面真实情境的，而不是剥离了这些真实情境的知识学习和解题训练。作为教育教学活动，真实情境不限于现实生活情境，还包括借助信息技术设计的虚拟仿真的、模拟的、视音频录像的情境等。
提倡项目实践面临的一个很现实的问题是如何把握项目实践的难度，特别是教师们普遍陌生的工程和技术实践。美国曾经制定过中小学生的工程和技术教育标准，但实施起来却困难重重。美国国家工程院2010年曾发布报告《K-12工程教育？》[6]，认为单独设定中小学工程和技术教育标准没有必要，学校也缺乏师资，建议将中小学工程和技术教育整合到相关的学科如科学等课程中。2013年颁布的美国新一代科学课程标准（NGSS）采纳了这一建议，将原标准中的“探究”，改为了“科学和工程实践”，这个修改，意味着STEM背景下的科学教育标准的形成，美国科学教师协会（National Science Teachers Association，简称NSTA）在介绍NGSS的栏目中直接在网站最显著的位置宣称：STEM从这里开始！
随着美国STEM教育发展的深入，科学教育和STEM教育的界限已经趋于同一。2019年美国国家工程院等发布的研究报告《6-12年级的科学和工程教育：以研究和设计为中心》[7]认为：当研究和设计与学生生活相关时，学习更有意义；科学研究和工程设计应该是教授和学习科学与工程的核心方法。从A-STEM近年的实践经验来看，龙岗区许多中小学生自己拟定的卓有成效的研究小课题，比如调查和鉴定生活环境中的有毒植物，用可行的方法调查生活中各种蔬菜水果的维生素C的含量，设计预防滑坡的装置，设计飞机发动机模型等，大多属于是这类研究和设计类的项目实践，显示出A-STEM的项目实践与美国的这份研究报告有相当高的契合度。
A-STEM的项目实践过程和方法是怎样的呢？继续借鉴美国NGSS，它包含以下的过程和方法：提出科学问题或明确工程难题；建立和使用模型；设计和实施调查；分析和解释数据；应用数学和计算思维；建构科学解释或设计工程解决方案；基于证据的辩论；获取、评价和交流信息等。
这样的过程和方法体现在A-STEM课程的设计中，它不同于常规教科书上那种提供完备的知识和方法步骤的模式，而是要求教师把A-STEM课程设计为一个开放式的框架，在这个框架里需要：对项目实践的结果有明确的要求，便于学生有目的地行动；为学生提供真实的学习情境，包括学习过程中必须提供的工具资源，使学生能沉浸其中；学习情境中蕴含着方向性的劣构问题，以便引起学生的兴趣和挑战欲；为学生解决问题或难题提供必要的学习材料，为学生的探究实践提供条件；为整个的项目实践过程提供必要的学习支架和方法指引，以起到帮助学生自主完成项目任务的作用。开放式框架的设计模式有基于项目的学习（Project-Based Learning，简称PBL）、基于问题的学习（Problem-based Learning，简称PBL）、基于设计的学习（Design-based learning ，简称DBL）、IDEO以人为中心的设计（IDEO Human-Centered Design）、WebQuest、鸢尾花（IRIS）模式等。我们倡导以发现和解决问题为准绳，根据实际的课程特点灵活应用，而不局限于某个固定的模式上。
三驾马车的现状与展望
三匹马协同作战，学科核心概念的学习有利于确保A-STEM的知识深度，跨学科概念的学习有利于确保A-STEM的思维高度，项目实践有利于确保A-STEM的实践热度。三驾马车的协同，避免了常见的跨学科的肤浅，为发展学生的实践能力和创新精神提供了保障。
当前国内的STEM教育主要在以知识主题为载体的跨学科活动上蹒跚地行走着，学科核心概念的学习不深不透；跨学科概念没有受到应有的重视，或者根本就不在教师的视野里；项目实践是让学生完成规定动作，教师生怕放得太开而无法掌控课堂局面。这样的现状，STEM教育很容易变成一匹瘦马，走在传统的知识学习的古道上，迎着西风，不知能坚持走多久、走多远。
A-STEM教育由于是从STEM中发展而来，同样也面临着这些挑战。令人欣喜的是，通过龙岗区教育部门和各学校教师的共同努力，已产生了不少卓有成效的实践，在2019年1月4日全区案例分享与培训会的网上直播中产生了良好的社会效应。我们也欣喜地看到，在上海和北京的一些研究者和教育机构开始关注A-STEM，并期望用A-STEM的思想方法来设计课程。愿有更多的人一起携手，乘着三驾马车，把A-STEM教育做得更好。
参考文献
[1][5]Suggested citation: NGSS Lead States. Next Generation Science Standards: For States, By States[M].Washington, DC: The National Academies Press. 2013.
[2]吴向东,王继华.面向高质量STEM教育的鸢尾花教学模式[J].中小学数字化教学,2017(01):49-52.
[3]National Academy of Engineering and National Research Council. STEM Integrationin K-12 Education: Status, Prospects, and an Agenda for Research[M].Washington, DC: The National Academies Press. 2014.
[4]美·摩狄曼·阿德勒.陈珠泉,杨建国译.六大观念:真善美、自由、平等、正义[M]，团结出版社，北京：1989.
[6]National Research Council. Standards for K-12 Engineering Education?[M].Washington, DC: The National Academies Press. 2010.
[7]National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Science andEngineering for Grades 6-12: Investigation and Design at the Center[M].Washington, DC: The National Academies Press. 2019.