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[STEM教育与科技教育]STEM规律之内涵分析(一)

发布时间:2020-02-05     来源 : 中国科技教育
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美国NASA新型的科学教育模式在历经广泛蔓延传播后,终于在2001年由朱迪斯·拉玛莉(Judith Ramaley)博士给出了正式的命名,STEM教育由此得以在教育领域正式站稳脚跟。

前一讲末尾提到,STEM的名字把技术T和工程E移到了中间,这正好“暗合”了STEM规律,且正好给出世界发展起源于科技和数学等学科耦合进步的具象。

那么,STEM究竟有什么规律于其内涵之中,而且可以用来延伸至教育并对教育有巨大影响?

这一讲我们将暂停介绍STEM教育的后续历史发展过程,转而对STEM规律予以深度解剖,待基本解剖好后再回来解读其后续发展。这样做特别关键,因为接下来STEM教育的后续发展就进入了围绕着是否遵从这一规律的内涵性发展阶段了。

阐述之前,我们很有必要再鲜明地厘清一下问题。谈到STEM究竟有什么规律内含于其中,其等价的一系列问题包括:这些分开的学科究竟是什么?为什么要放在一起?为什么可放在一起?放在一起又反映了什么新内涵?我们真理解了放在一起的内涵和意义么?最后,STEM又为何可以用至教育?STEM教育的本质究竟是什么?STEM教育触动和改变了教育的哪些关键“神经”?

 以下我们就剖析这些问题。不夸张地说,弄清这些问题,才能真正帮助您进入正确践行STEM教育的范畴。


自然规律角度的STEM:

人类世界科学技术体系的自然关系框架

我们知道,人类世界的知识基本是按照学科的概念和框架划分的。为什么这样划分?主要的原因仅仅只是人类为了更好地管理和传承知识而进行教育,然后基于教育行为实施的方便性而做的一种处理。

 随着历史的不断推进,人们已经渐渐完全习惯于知识就是分学科的,甚至是建立起了“知识只能以学科来描述”的顽固性认识,就这样几乎忘掉了知识原本是一个整体的概念。为了正本清源,我们必须回归人类知识就是一个整体的概念。对于一个人而言,其习得知识时按分科具有方便性,但所习得的知识应该是最后形成一个各学科知识的总成。

 有了此总成,一个人才能准确而完整地面对世界万事万物并解决问题,否则就会陷入“盲人摸象”的糟糕境地。很遗憾,现实却与正本清源相去甚远。许多教育者已经形成了根深蒂固的认识,认为知识就是按学科划分的,就应该如此教,不存在其他的什么方式。

这正是目前大多数接触到STEM教育的人通常会陷入肤浅理解的根源。当他们遇到STEM这样一个“新生事物”时,认识的惯性使得他们一般有的、也是最终受到明显的局限而只能达到的理解就是,STEM只是4个单学科的“拼接”或者“相加”,至于加起来要怎样,哪还有什么特殊的意义。

 不仅如此,我们还要坚定而明确地指出,科学、技术和工程这3个概念与“学科”这一名词还真不具有完全一致的概念。很清楚的是,它们是很多学科知识的一种特殊的分类性概括统称,例如:科学包括地球科学、海洋科学、宇宙科学、物质科学等领域或学科性科学;技术包括化学技术、生物技术等多种学科性技术。

 在这样的意义下,它们实质上比学科的概念层次更高一些,知识包集的范围更大一些,更像是一种知识的范畴统称或者范畴类别,以学科称呼它们明显有所不及和不妥。为了与学科相区别,我们这里就以“范畴”称呼它们。而数学既是一个学科,仔细思考其内涵外延,它也可提升为一种范畴。

 如此一来,STEM表面看来就已经是4个知识范畴的交融集合,绝对不是人们通常理解的简单意义上的4个学科的“相加”。很明显,“4个学科”在概念上就已经说不通了!而且,我们也必须说,将STEM理解为如此简单的学科“拼凑”实在是太肤浅了。

那么,STEM是4个范畴的究竟怎样的一个交融呢?

图1是我个人站在自然辩证法和历史唯物观角度,基于知识的关联逻辑和互动关系的历史性演变规律,花了数年经历数稿反复修正而绘出的一张STEM各范畴概念的自然关系框架图。

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图1 STEM背后所隐含的人类世界科学技术体系的自然关系框架


图1反映了STEM各个独立范畴间如何生成、如何递进、如何互动、如何交融的内在耦合机制,更反映了它们耦合在一起时作为不可分割的整体是如何面向人作用于大自然的目标,从而从根本上不断推动人类科技创新、知识积累、社会进步的不断前行的完整内在图景和外部表现。当然,图中也内含了知识的积累过程和递进支撑作用。

从图中可以看出,各范畴间采用箭头相互关联,箭头的方向指明了从科学到技术再到工程的渐次递进关系,这是人类认知世界、解释世界然后反作用于世界的真实过程写照。其具体过程和先后顺序是,人类首先认知世界某些未知奥秘(研究和发现了科学),然后在科学的基础上形成解决问题的手段和方法(发明和创造了技术),最后在各种技术的基础上综合解决世界上的问题(设计和实现了工程),作用于自然世界的万事万物。

 总体上,依照渐次的箭头连接,这里就形成了一个顺序递进的正方向,然后总体构成了一个不断的正向循环(当然,递进过程中肯定也存在着一定的反向互动的成分)。

因为图1的这一过程,科学—技术—工程形成了一个关于自然世界规律的内生耦合关联,技术是科学的具体实化,工程是技术的协调综成,从而将解决事物问题的多面属性要求自然地契合在了一起,彼此无法分开。而数学在其中各处相机穿插,以其定量化形成了各关系和整体系统的表达、规范、约束和制衡,层次得以更高。可以说,没有数学,科学—技术—工程的关系是不易描述、不够准确、不能确定的。

图1是一张很有内涵的图,它表述了人类已经形成的知识的内在逻辑关系,同时又展现了各范畴是怎样交融在一起,构成人类解决现实世界问题的整体方法论,然后展现有效解决人类发展问题的功能和作用的全貌。


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