文/心即理

 

目前，纵观体系化STEAM教育在中国落地发展的情况，得到较多国内优秀学校响应的是科学素养课程的设置。作为STEAM首字母代表的学科素养知识群，科学主要包括三大领域：生命与卫生科学、地球与环境科学和技术科学，对应的学科是物理，生物、化学和空间地理等，其真正价值在于利用科学知识和过程理解两架马车，探究自然界的规律与跨界影响因素的决策。美国当代著名未来思想家凯文凯利更是相对于物理机械学的思想，创造性地以生物学的方式看待万物互联的世界，而由国信世教研究院精心落地的斯坦福大学模式创新型研究人才培养中学联动项目，正是顺应趋势，脚踏实地走向未来创新教育的用心之举。
 

回到我们的教学中间，简单如生物实验中的动物资源模型，却基本停留在小白鼠和斑马鱼的操作和记忆中，却不知在真实的实验环境中，对于单细胞生物而言，细菌和酵母才是主流，多细胞生物中，线虫和果蝇才是原型。太多的理论与实践脱节，疏离了我们对真实世界和科技进步的感受与认知，无法站在前人的成果上继续踏浪前行，更不要说以颠覆的方式追求梦想了，这不能不说是一种遗憾。
 

   未来学习是以自我发展为主线的个性化学习，是根据自己的需求、兴趣和特长确定学习动机、养成学习习惯，选择学习方法，不是简单复制老师和别人的知识体系和认知方式，而是要建立提升自我知识系统的内容和质量。落实到行动中，就是要对学习进行创新，建立自己的学习方向与项目。
 

而我们的自然科学教育体系中存在着过分强调知识传承和理论的抽象记忆，知其然不知其所以然，比如经典的生物遗传理论的豌豆实验（例如显性与隐形基因的比例为何如此？），且仅通过机械式大量重复结果既定的验证型实验，让学生思维固化，更逞遑苏格拉底式的提问与研究精神了。因此，我们的科学教育必须实现教育理念的突破，打破思维定势与被动接受的行为习惯，帮助有志学生建立勇于探索创新，自主思考，寻求事物的本质与规律的心智模式，这也是STEAM教育理念在培养学生方面的不懈追求。
 

逻辑正确必须要伴随正确的执行体系与方法才能真正将理念落地生根。8月15日，在中国科学院生命物理研究所内，斯坦福大学模式创新型研究人才培养中学联动实验室项目研讨会如期召开，项目联合发起方代表：斯坦福大学生命科学实验室著名华裔教授沈康、北京国信世教研究院左阳博士和中科院生理所王香明教授等众专家与国内10余所中学的校长与老师们齐聚一堂，就即将进入实操的实验课题项目（该研究领域在国际上已有三次诺贝尔奖加身）进行亲身体验与交流培训。
 

此项目的亮点主要体现于以下三方面：
 

一、 与时俱进的科学化教学理念与方式
 

1、 翻转课堂，内外同步 
 

远程与面授结合，课堂讲义与要点等课程视频通过YOUTUBE或其他形式视频在课前学习吸收，课堂以研讨问题为主，重在核心知识内容理解后的应用；准备采取美国/中科院实验室与国内学校同步实验的模式加以备份支持，保证项目顺利进行。
 

2、 项目式学习 
 

正如STEAM教育强调的体验性和探究性，学生分组相互协作完成实验活动，师生以合作共同体形式展开教学，并进行成果汇报与交流，不再是教师照本宣科，公布权威答案，学生被动接受，照方抓药，简单复制。
 

3、 将真实的科学研究工作与教学相结合  
 

K-12教育不光存在教学与实际脱节，教学与真实科研两者之间同样缺乏交集。高中阶段是时候将学科、专业和科研做适当的关联与思考，这不仅是机械性表面关联，更重要的是操作思路和研究思想的融通与尝试。将国际通用的实验研究方法和前沿课题与个性化学习结合，是一种重要的学习创新。项目参与者将直接参与以线虫为实验载体，用遗传学手段研究神经系统发育的国际课题。

科学规律是可重复与可证伪的，强调的不是简单的认知获取(即概念和信息的一般了解)，更需要认知消化，即需要以问题驱动，了解知识到底能解决什么问题及为什么能解决问题，需要有应用输出，具备稳定的反馈机制，这就是将研究实验和知识学习结合的巨大价值。同时，实现最佳教学方法提高效率和教学资源的最大化利用，真正体现主动学习远比被动学习重要，系统学习更比碎片学习重要。

 

 

斯坦福大学沈康教授就项目的背景与体系进行阐述

 

北京国信世教研究院左阳博士就项目实施作详细说明

中科院王香明教授在实验室现场详解实验样本的储存与使用

 

二、 国际标准的科学研究方法体系
 

一般的小学阶段的基础型科学课程主要依靠孩子“好奇-探索”过程的循环，去了解原理、性质和应用等方面来科学地认识世界，但作为研究型创新人才的培养需要更上一层楼。当处理非常规和没有现成选项的问题时，完成从精确到模糊的跨越更需要想象力和创新力。一套完整的科研方法论至少应包括以下环节：
 

识别问题---确立选题---建立科学假设---研究过程设计---确定实验方法---实验验证---分析实验结果---改进调整---建立新假设，形成不断迭代循环的真实科研过程。过程当中须注意分组对照、指标确定和误差控制等测控要素。
 

大家知道真理具有两个特点，一个是简单，另一个是没有说明书和操作指南。科研的过程就是不断探究真理的过程，没有成熟的流程和创意套路可以完全借鉴，需要极强的洞察力与悟性，不断走出一小步，未来才能跨出一大步，不断递进循环，无限接近真理，最终才可能产生重大的科学发现与突破。其本质是一种信仰，真理是相对的，不是绝对的，任何具体真理只是在一定条件下成立，事业没有真正的峰巅，对此沈康教授深以为然。既有对真理的敬畏，又有脚踏实地，全力探究的勇气，此种精神与习惯只有从高中阶段就开始悉心培养，未来才可真正使STEAM教育实现顶峰力（即科学研究-知识学习-应用发展三者的整体打通）。从小培养像科学家一样思考，像工程师一样解决问题的能力，将会产生巨大的社会价值，这是只凭读书无法胜任的境界。

 

三、精心设计与因地制宜的教学课程体系
 

    核心设计思想是实现结构化学习和个性化项目的有机结合和梯次进阶。
 

在项目内容设计中，从基础知识（包括遗传学三大定律等）介绍到遗传学相关实验（用实验加深对知识的理解），再到创新性实验（了解相关科研内容，锻炼创新能力），由浅入深，层层递进，充分将概念、实验和探究性问题融为一体，既有深度又有广度，理论与实践紧密相关。从创新性实验设计角度而言，起步于半开放式命题，如污水、声音对线虫生长遗传的影响，到学生完全自主设计问题，充分考虑学生的适应性与实操性问题，使课程内容真正成为学生自己项目的引擎，在进入大学前了解先进的课题理念，初步形成领域型知识体系。
 

   从思维层面考虑，创意初期使用水平思维做出决策，活跃思维，激发创想；在实证阶段依靠逻辑思维对创意进行推理分析，指导试验进展。
 

   从课程模块而言，考虑到学校的课时安排及基础生物知识的普及进度，将整体课程分成几大模块体系，如遗传表观，分子生物，实验技术等，可由各学校自主安排课时教师，各模块间可分可合，简洁易懂，既充分体现出STEAM教育的跨知识点与跨学科特点（如跨遗传学、神经生物学和分子生物学），又充分将科学思维习惯与方法贯穿其中，激发科研潜质，在学科、专业与未来职业方向之间建立起无形连接，整个课程可谓内化STEAM教育理念的经典之作。
 

    未来，当我们真正把科学研究思维形成范式，充分理解，识别应用，真正输出的时候，也许就真正掌握了知识技能的跨学科与跨场景的模式拓展，激励我们大胆走出舒适区，使创新真正成为一种人生态度与生活方式。脱颖而出的研究型高端创新人才，将成为STEAM教育洞天中一道靓丽的风景线。