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STEM教育的內涵及特征

基于證據理論起源于醫學,最初只是教授醫學的一種方法,意指通過各種科學手段獲得可見的實驗數據和結果以指導醫學行為的實施和相關政策的生成。進入本世紀后,基于證據理論迅速為人們尤其是政府組織所認可,并將之推廣到眾多領域,包括政治學、犯罪學、社會保障和教育等。

教育作為一種專業實踐,應該基于證據或者至少從證據中獲取信息,并將之應用在學生學習、教師教學以及教育政策制定等方面。基于證據的思想指導教育教學實踐,并由此催生出新的學習文化——基于證據的學習。

基于證據的學習STEM內涵與特征

(一)基于證據的學習內涵

基于證據的學習是為解決特定學習問題而運用一些證據驗證假設、發現并得出解決問題方案的一種學習范式。該范式同時強調基于證據來呈現學習結果并由此證明學習活動及學習成效已經發生。學習過程中一切可以證明和反映學習活動得以發生的學習過程數據、事實性材料和學習者的外在表達都可以作為學習證據。學習證據的表現形式有很多,如作品實物、海報、書面報告、口頭報告、表演、概念圖或思維導圖、項目設計、制作發明和研究報告、自我評價報告、他人評價報告等,還包括學習過程中采集到的數據以及在數字化學習系統中產生的各種交互數據和日志數據。

基于證據的學習包含兩層涵義:一是指通過運用各種證據來反映學習過程并呈現學習結果,通過證據的呈現幫助教師判斷學生是否真正發生了有效的學習,通過證據的運用幫助教師及時調整教學以提升學生的學習結果,通過動態、長期的過程性證據證明個體的能力和學習績效的持續性變化過程,由此發現教育教學規律。

二是它強調學生在學習過程中運用一系列證據完成科學探究任務和解決實際問題。學生需要運用證據去支持每一個觀點的提出,在探究的過程中理解每一個步驟背后支持的證據以及該證據背后的學科知識或科學原理;基于證據運用理性的思維去分析、判斷、推理、假設和創新,獲得情境性知識并提升問題解決能力,體驗獲得知識的真實過程。

(二)基于證據的學習特征

(1)注重培養學生的科學意識和科學素養

基于證據的學習強調讓學生在學習過程中利用一系列證據進行科學探究和解決問題。每個問題的解決都要有相應的學科知識或科學原理支撐,在問題解決過程中學生需要在理解相關學科知識或科學原理的基礎上找到一系列關鍵證據去解開一道道問題大門的鎖,這需要學生像工程師或科學家一樣的思考、探究、假設和驗證。

解決問題的過程常常不是一蹴而就的,而是一個螺旋上升、不斷循環迭代的過程。學生需要利用一系列證據探尋問題的解決思路,為提出的每一個觀點都找到證據的支持,驗證問題解決方案的可行性也需要找尋相關的證據。在基于證據解決問題的過程中,學生尋找證據、解決問題和驗證結果,真實地體驗工程師或科學家解決實際問題的過程。這不僅可以帶給學生學習的樂趣和增加對科學的興趣,而且可以培養他們樂于探究和勇于探索的科學意識。

此外,學生通過自己尋找、發現的一系列證據解決問題,而不是被動被灌輸一堆枯燥的理論知識,能夠讓他們深入理解問題或任務中所包含的學科知識或科學原理,并且通過分析、綜合、應用、判斷、推理、假設和創新等活動,體驗獲得知識的真實過程。

基于證據的學習使得學生不再只是機械記憶、生搬硬套和模仿重復,而是積極探究、主動思考、認真嚴謹地對待每一個問題,這些經歷帶給他們的不僅是知識和行為的變化,更是科學意識的強化和科學素養的不斷提升。通過一次次類似的活動,不僅可以讓學生熟練掌握科學知識、科學技能和科學方法,而且有助于形成良好的科學素養,嚴謹、認真和創新的科學精神,進而為國家培養高素質創新型科技人才奠定基礎。

(2)關注對學生能力層面的評價

傳統的教育評估方式主要考察學生對學科知識點的掌握情況,以紙筆測評為主要形式,評估形式較為單一,只注重學生的學習結果,偏向對學生知識層面的評價,常常忽視對學生能力層面的關注。受到這種教育評估方式的影響,學生在課堂中只知道模仿教師操作,死記硬背與考試內容相關的學科知識點,缺少分析、推斷、總結和反思等活動,因而導致學生缺少創新能力和實踐精神,實際問題解決能力較差。

與傳統的學習方式不同,基于證據的學習旨在借助一切技術手段采集學生學習全過程數據,基于各種各樣的學習證據反映學生的學習過程和呈現學習結果,努力突破傳統教學中僅對知識層面評價的局限性,通過證據科學客觀地表征和評估學生內在思維和內隱能力的發展水平與變化趨勢,例如創新思維能力、類比推理能力、協作問題解決能力和批判性思維能力等。

能力的發展常常是一種連續的、動態變化的過程,傳統的測評方式難以實現對其實時監控和客觀呈現,而基于證據的學習注重收集學生學習的過程性數據,通過連續實時地收集各種能夠更加微觀具體表征學生內隱行為和心理狀態的學習證據,讓師生能夠更加全面深入地了解每一個學生個體的知識技能、情感態度、能力素養的當前水平和變化發展過程,總結學生能力發展變化的規律,為評價和甄別各種教育創新的有效性提供了新的視角。

(3)強調學習結果的可檢驗性 

基于證據的學習通過采集學生學習過程中生成的各種類型數據,將學生的思維過程和問題解決過程外顯化,生成可觀測的證據并動態地展示學生的學習過程和呈現學習結果。學習過程中學生的心理過程、情感態度價值觀的發展、知識能力的遷移應用、反思能力和創新思維的發展等,以及用傳統測評方式無法測量與評估且總處在一個持續動態變化過程中的復雜能力,需要關注學生的學習過程,發現、收集與評價相關的證據,將內隱的狀態或能力通過可視化、可量化的證據表征,使得抽象、宏觀的對核心素養的評估能夠落實到具體、細微的教學實踐層面。

基于證據的學習強調學習結果是有據可循、具有可檢驗性的,使得STEM教育教學的評價不再是教師主觀的判斷和模糊的界定,而是一種能夠基于證據的精確客觀的“量“上的描述和分析,促進教育教學評價走向精準化。

(4)符合大數據和人工智能時代的發展方向

隨著移動互聯網、大數據、人工智能等新技術的發展,借助各類移動終端、傳感器等可以實時、持續地采集教師教學和學生學習全過程中各種類型的數據。例如,實時捕捉學生聽課時的面部表情、眼部動作,以及學生答題時的一系列行為動作,包括查找資料、查看課件、探究的路徑、答題時間等。在這些技術的支持下,可以采集更加微觀、具體、連續和形式豐富的數據。

基于這些數據能夠更為全面直觀地反映學生的學習過程,不僅能幫助教師及時了解學生學習狀態和準確定位問題,還可以幫助研究者深入挖掘教育教學規律。更為重要的是,可以更個性化地支持學生自主開展科學探究活動,為學生解決問題提供有效證據,幫助學生體驗獲取知識的過程,更好地理解和掌握學科知識或科學原理。

技術的飛速發展能夠更好地服務于教育教學的開展,而基于證據的學習強調要采集教育教學全過程數據促進學生的科學探究和教師的課堂教學,關注學生面向未來的各項能力的發展。大數據和人工智能時代的到來為基于證據的學習的開展提供了良好的技術支持條件和實施環境,而基于證據的學習則順應了智能時代發展的趨勢且滿足了教育創新的需要。

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