吳向東 王繼華? ?《中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)》?創(chuàng)刊號(hào)，2017年第一期

導(dǎo)讀：高質(zhì)量的STEM 教育具有探究真實(shí)難題、融合工程實(shí)踐和跨學(xué)科的特征。鳶尾花（IRIS）教學(xué)模式由“引言-閱讀- 探究- 分享”四個(gè)部分組成，是指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施的一種流程和方式。鳶尾花教學(xué)模式面向真實(shí)難題, 做有深度的探究, 在共同體中協(xié)作，實(shí)踐證明，鳶尾花教學(xué)模式是開(kāi)展高質(zhì)量教育的一種有效模式。

一、當(dāng)前STEM 教育存在的問(wèn)題

STEM 教育的推廣在中國(guó)如火如荼。一些公立教育機(jī)構(gòu)和商業(yè)培訓(xùn)公司都把STEM 當(dāng)做一個(gè)時(shí)髦的噱頭。大體來(lái)看，STEM 教育普遍存在以下問(wèn)題。

一是玩具化。許多帶有一定高科技性質(zhì)的玩具變成了STEM 教育的內(nèi)容，比如機(jī)器人、電子積木、無(wú)人機(jī)、航模、海模、車(chē)模，等等。雖說(shuō)玩玩具也可以學(xué)到一些技能，但STEM 是為了解決真實(shí)世界的難題，而不是玩玩具本身。

二是娛樂(lè)化。玩具化的結(jié)果是娛樂(lè)化。從STEM 教育的角度講，增強(qiáng)一點(diǎn)娛樂(lè)性可以提高學(xué)生的興趣。然而，工程實(shí)踐不是娛樂(lè)，而是為了解決真實(shí)世界的難題。我們不能本末倒置。

三是膚淺化。娛樂(lè)化的結(jié)果是膚淺化。從動(dòng)手創(chuàng)造的角度來(lái)看，玩具的組裝搭建只需要將現(xiàn)成的部件按圖拼裝即可，原創(chuàng)性低，對(duì)鍛煉動(dòng)手能力與培養(yǎng)創(chuàng)造力意義有限。從知識(shí)應(yīng)用的角度來(lái)看，玩具固有的限制使得涉及的知識(shí)有限，應(yīng)用知識(shí)的空間有限，停留在娛樂(lè)水平，做出來(lái)了就行，一般很少去深究?jī)?nèi)在的原理。從思維的深度來(lái)看，固定而少變化的模式使得思維受到局限，STEM 強(qiáng)調(diào)的批判性思維、設(shè)計(jì)思維、計(jì)算思維等難以得到訓(xùn)練。

四是新異化。這種方式不是讓學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識(shí)去解決難題，而是用新異的內(nèi)容來(lái)吸引學(xué)生，并繼續(xù)用傳統(tǒng)的傳授知識(shí)與技能的方式開(kāi)展教學(xué)。為了“跨學(xué)科”而機(jī)械、刻意地追求“跨”，而沒(méi)有立足于解決問(wèn)題。這樣的新異，往往熱熱鬧鬧，啥也學(xué)不深，難免嘩眾取寵。

因此，要弄清楚什么樣的STEM 教育才是我們真正需要的，STEM 教育被賦予了什么樣的特征。

二、高質(zhì)量STEM 教育的特征

在美國(guó)，由于2001 年以來(lái)“不讓每一個(gè)孩子落伍”法案的實(shí)施，應(yīng)試成績(jī)被放到了核心位置，高質(zhì)量的教學(xué)（包括STEM 領(lǐng)域）被置于次要地位。2015 年，美國(guó)第三次發(fā)布了《國(guó)家創(chuàng)新戰(zhàn)略》（其他兩次分別是2009 年和2011 年），特別強(qiáng)調(diào)高質(zhì)量的STEM 教育（High-Quality STEM Education）是美國(guó)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中的基石。

高質(zhì)量STEM 教育的需求來(lái)自三個(gè)方面：

一是創(chuàng)新對(duì)高質(zhì)量STEM 人才的需求越來(lái)越強(qiáng)烈；

二是美國(guó)在PISA 測(cè)評(píng)中處于中等地位，需要提升STEM 教育的水平；

三是要擴(kuò)大獲得STEM 教育的機(jī)會(huì)，讓少數(shù)族裔、移民、女性有更多的獲得STEM 學(xué)位的機(jī)會(huì)。

由此產(chǎn)生的對(duì)高質(zhì)量STEM 教育的需求成為了美國(guó)政府教育工作的重點(diǎn)。那么，高質(zhì)量的STEM 教育是怎樣的呢？根據(jù)美國(guó)國(guó)家創(chuàng)新戰(zhàn)略的價(jià)值取向和新一代美國(guó)科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)及諸多文獻(xiàn)與成功的案例（比如趙中建教授主編的《中小學(xué)STEM 教育叢書(shū)》），我們認(rèn)為高質(zhì)量的STEM 教育至少具有以下3 個(gè)特征。

特征一：探究真實(shí)難題。美國(guó)跟其他國(guó)家一樣，原來(lái)STEM 領(lǐng)域的教育主要是為了掌握學(xué)科知識(shí)，普遍存在知識(shí)與真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景分離的去情境化的問(wèn)題，不利于發(fā)展學(xué)生面對(duì)真實(shí)世界去創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力。

高質(zhì)量STEM 教育則需要我們?cè)谶@些方面做出改變，把知識(shí)學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性應(yīng)用統(tǒng)一起來(lái)，提出模糊的任務(wù)和明確的結(jié)果的要求，讓學(xué)生去解決難題，并通過(guò)展示作品來(lái)考量學(xué)生對(duì)STEM 所涉及的各個(gè)學(xué)科概念的掌握情況。它與玩玩具式的做法是兩回事。

特征二：融合工程實(shí)踐。真實(shí)難題往往是復(fù)雜的，解決它需要用到科學(xué)知識(shí)，用到多種技術(shù)甚至一定的數(shù)學(xué)方法，提出系統(tǒng)化的方案。這是工程實(shí)踐的特征。

美國(guó)新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)，要把對(duì)科學(xué)問(wèn)題和工程難題的實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，在真實(shí)情境中探究。由于工程復(fù)雜，往往要較長(zhǎng)的時(shí)間才能完成。簡(jiǎn)化為一節(jié)節(jié)課僅在玩具上變花樣，這與工程設(shè)計(jì)不是一回事。

根據(jù)美國(guó)《國(guó)家創(chuàng)新戰(zhàn)略》（2011 版）引用諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者詹姆斯·赫克曼的觀點(diǎn)，早期教育獲得的技能能幫助人們“從掌握知識(shí)轉(zhuǎn)化為追求原理，將普通人改造為具有生產(chǎn)力的公民?！?/p>

特征三： 跨學(xué)科。工程實(shí)踐往往涉及不同學(xué)科知識(shí)的深度應(yīng)用，于是產(chǎn)生了跨學(xué)科的需求，不僅僅是理工科方面的跨學(xué)科，還會(huì)涉及人文藝術(shù)領(lǐng)域。比如， 都市里的橋梁工程， 設(shè)計(jì)時(shí)還會(huì)考慮造型的藝術(shù)性和它所傳遞的人文精神。

所以， 僅用STEM 四個(gè)字母還不能完全代表所涉及的學(xué)科領(lǐng)域，于是人們對(duì)于加入了人文藝術(shù)素養(yǎng)要求（Arts） 的STEAM，干脆用x來(lái)代表其他領(lǐng)域，擴(kuò)展為STEMx。

三、用鳶尾花模式提高STEM 教育質(zhì)量

實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的STEM 教育需要與之相匹配的教學(xué)模式，這樣的教學(xué)模式至少具有以下特征。

一是針對(duì)真實(shí)難題。學(xué)習(xí)始于真實(shí)難題。難題沒(méi)有明確的界定，解決問(wèn)題的條件是開(kāi)放的，時(shí)間是根據(jù)需要可以延展的，所有的教學(xué)與學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織和生發(fā)都圍繞它展開(kāi)。

二是有深度的探究。解決真實(shí)世界的難題需要像科學(xué)家和工程師那樣去思考和行動(dòng)：其一，要做文獻(xiàn)研究，學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)為解決難題打下基礎(chǔ)，而不是做拍腦袋的膚淺化創(chuàng)新；

其二，要用批判性思維創(chuàng)新解決難題的思路和方法，在必要的時(shí)候融入設(shè)計(jì)思維、計(jì)算思維，獲得更人性化的和更高水平的求解；

其三，要分享交流，面對(duì)質(zhì)疑，接受檢驗(yàn)。

三是在共同體中協(xié)作。共同體是一群有著共同愿景的人組成的，包括教師和學(xué)生。他們互相發(fā)揮所長(zhǎng)，互相學(xué)習(xí)、互相協(xié)作，合力解決難題。

復(fù)雜的難題很多時(shí)候不是一個(gè)人單干可以解決的。在共同體中協(xié)作，可以共情，互相支持，培育直面難題的勇氣，提升探究和交往能力。

鳶尾花教學(xué)模式就具有這些特征。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐證明，它可以用以支持高質(zhì)量的STEM 教育。鳶尾花（IRIS）教學(xué)模式起源于我們十多年前對(duì)綜合實(shí)踐活動(dòng)的探索。

IRIS 是“引言（Introduction）-閱讀（Reading）- 探究（Inquiry）- 分享（Sharing）”四個(gè)英文首字母的縮寫(xiě)，是教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)具體操作中的一種流程和方式。鳶尾花是法國(guó)國(guó)花，象征光明與自由。我們樂(lè)得這樣的寓意，期望IRIS 模式具備鳶尾花的特征，并在人的培養(yǎng)上能達(dá)到期望的效果。

我們可用一張圖表征模式的詳細(xì)內(nèi)容，其中的連線表達(dá)出鳶尾花教學(xué)模式各部分間的具體關(guān)系。需要說(shuō)明的是，結(jié)構(gòu)圖中的箭頭出于簡(jiǎn)潔的考慮只畫(huà)出了一些基本的連接，還有一些聯(lián)系沒(méi)有畫(huà)出，但這并不表明這些聯(lián)系不存在。

以下，筆者就對(duì)鳶尾花模式做詳細(xì)解釋以指導(dǎo)教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施。

（一）引言

這是活動(dòng)的引入部分，在于引起學(xué)生對(duì)某方面難題的關(guān)注，進(jìn)而激發(fā)探究的興趣。撰寫(xiě)引言部分要注意：一要結(jié)合現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，描繪真實(shí)情境；二要激起學(xué)生的興趣；三要有一定的關(guān)注集中度，不能太散、太大而使學(xué)生覺(jué)得困難重重、無(wú)從下手。

引言示例：阿波羅登月是造假嗎？

1969 年7 月20 日，阿波羅11 號(hào)飛船登月艙降落在月球表面，宇航員阿姆斯特朗在月球上邁出了“人類的一大步”。美國(guó)“阿波羅”登月計(jì)劃至“阿波羅17 號(hào)”結(jié)束。2009 年在慶祝登月40 周年時(shí)，一項(xiàng)調(diào)查顯示，22%（6000 萬(wàn)人）的美國(guó)人相信登月造假。

美國(guó)國(guó)家航空航天博物館館長(zhǎng)邁克爾·諾菲爾德說(shuō)，稍微有點(diǎn)兒常識(shí)的人都能判斷出阿波羅登月的真假。對(duì)于那些廣為流傳的所謂疑點(diǎn)，他根本不屑于去駁斥。真的是這樣的嗎？同學(xué)們已經(jīng)懂得一些科學(xué)知識(shí)，能回答這些質(zhì)疑嗎？

引言第一段是用事實(shí)把學(xué)生的思維引向?qū)Φ窃碌馁|(zhì)疑，第二段是鼓勵(lì)學(xué)生用已學(xué)的知識(shí)去破解質(zhì)疑，從而引發(fā)學(xué)生一探究竟的欲望。

（二）閱讀

這里的閱讀類似于文獻(xiàn)研究。閱讀的目的是為了獲得與主題相關(guān)的知識(shí)并引發(fā)探究的欲望，為后續(xù)的探究做鋪墊。

閱讀的取材不限于文本，各類媒介都可以作為閱讀的來(lái)源。閱讀材料提倡師生共建。引言引出難題或主題后，師生共同搜集相關(guān)文章、圖片、音視頻等，并發(fā)布到網(wǎng)上分享。

教師根據(jù)搜集到的資料和由此反映出的學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)，對(duì)這些材料精心挑選、加工和結(jié)構(gòu)化，以使學(xué)生獲得對(duì)難題或主題較全面的了解，從中獲得探究活動(dòng)所需的基礎(chǔ)知識(shí)。

閱讀材料確定后，每篇閱讀材料后面的提問(wèn)至關(guān)重要：一是引導(dǎo)關(guān)注方向并促進(jìn)批判性思維的發(fā)生；二是讓學(xué)生關(guān)注閱讀材料中的概念性知識(shí)、程序性知識(shí)甚至元認(rèn)知知識(shí)，避免把提問(wèn)變成在閱讀材料中找答案。

這樣的閱讀需要學(xué)生準(zhǔn)確地理解閱讀材料中的顯性的和隱性的信息，為后續(xù)的實(shí)踐探究做好準(zhǔn)備。閱讀過(guò)程中產(chǎn)生的情感體驗(yàn)是推動(dòng)后續(xù)探究的動(dòng)力，也正因?yàn)槠渲邪艘欢ǖ那楦卸ㄏ?，使學(xué)生后續(xù)的觀察調(diào)查活動(dòng)更有目的，也更容易發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題所在。

比如我們開(kāi)展的一個(gè)“發(fā)現(xiàn)自然之道”活動(dòng)，是結(jié)合小學(xué)語(yǔ)文教材中的課文《自然之道》來(lái)展開(kāi)的。許多語(yǔ)文老師在上完這節(jié)課后自己都說(shuō)不出周?chē)嬖诘淖匀恢溃螞r學(xué)生？對(duì)待這類領(lǐng)悟了卻不知道如何去用的知識(shí)概念，我們會(huì)提供更具體化的閱讀材料去啟發(fā)學(xué)生。

比如在閱讀材料中提供了一篇《我要活下去——植物的生存機(jī)制》，講的是植物為了生存，具備了各種各樣的奇妙本領(lǐng)。如“死去活來(lái)草”，葉面是綠色，葉背是白色的。當(dāng)干旱時(shí)葉背向中心反卷成拳頭狀，呈現(xiàn)白色，一來(lái)反射陽(yáng)光，二來(lái)減少水分蒸發(fā)的面積，看似死去其實(shí)不然，等到雨水來(lái)了，它又可展平成手掌狀呈現(xiàn)原來(lái)的綠色葉面。

這篇文章里講了很多這樣的生動(dòng)例子，而且有些例子在校園就能找到。有了這篇閱讀材料作為支撐，學(xué)生對(duì)周?chē)匀恢赖挠^察就容易多了發(fā)現(xiàn)了許多可以稱為自然之道的現(xiàn)象。

（三）探究

這里的探究是開(kāi)放性的，需要學(xué)生通過(guò)廣泛觀察、調(diào)查，去發(fā)現(xiàn)和聚焦具體的問(wèn)題或難題，并開(kāi)展探究。

美國(guó)一位中學(xué)生的爺爺?shù)昧死夏臧V呆癥，一旦疏于照看，就有可能走丟。這位中學(xué)生查看醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)得知，上升最快的疾病是老年癡呆癥，每隔67 秒，美國(guó)就有一人診斷出患有該疾病。照顧患有這個(gè)疾病的老年人口，將會(huì)變成一個(gè)巨大的社會(huì)挑戰(zhàn)。他的爺爺病情很重，晚上也會(huì)起來(lái)走到室外，以至于他的姑媽整夜不敢入睡，這給他姑媽的健康也帶來(lái)了影響。

為此，他在網(wǎng)上大范圍搜索了相關(guān)的解決辦法，閱讀了非常多的文獻(xiàn)，但沒(méi)有找到合適的解決辦法。后來(lái)有一次，他看到爺爺起床，在爺爺?shù)哪_碰到地面的瞬間，頓生靈感：何不在爺爺腳后跟放一個(gè)壓力傳感器？當(dāng)爺爺下床腳著地的時(shí)候通過(guò)無(wú)線傳輸警報(bào)信號(hào)給看護(hù)人的手機(jī)，這樣一來(lái)，姑媽晚上就可以睡好覺(jué)了。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，他發(fā)明了一種壓力傳感的襪子，解決了這個(gè)問(wèn)題。

這是一個(gè)典型的高質(zhì)量STEM 實(shí)踐的例子，其中滲透了批判性思維、設(shè)計(jì)思維和計(jì)算思維，經(jīng)歷了“廣泛調(diào)查—問(wèn)題聚焦—規(guī)劃問(wèn)題解決方案—實(shí)施方案解決問(wèn)題”的探究過(guò)程。這個(gè)實(shí)例對(duì)于解決當(dāng)前STEM 項(xiàng)目活動(dòng)存在的松散、缺乏可操作的聚焦點(diǎn)、熱熱鬧鬧啥也學(xué)不到的問(wèn)題，或許有所啟迪。

（四）分享

分享涉及成果的表達(dá)：調(diào)查報(bào)告、論文、創(chuàng)編的故事、漫畫(huà)、表演、演講，等等，形式可以不拘一格，但必須讓學(xué)生親力親為，得到實(shí)際鍛煉。如何表達(dá)成果，不同的STEM 項(xiàng)目是有所不同的，建議在這部分提供樣例，以供學(xué)生模仿。

模仿創(chuàng)作對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是很重要的，需要學(xué)生展開(kāi)更多的高級(jí)思維，把形成的成果——概念性的認(rèn)識(shí)等用恰當(dāng)?shù)姆绞奖碚鞒鰜?lái)，以加深學(xué)生對(duì)STEM 實(shí)踐中涉及的知識(shí)概念的理解。

需要強(qiáng)調(diào)的是，分享與探究要受到同等的重視。在一個(gè)環(huán)保主題的學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過(guò)調(diào)查了解到學(xué)校在午餐時(shí)會(huì)耗費(fèi)大量的塑料袋，提出了不使用塑料袋而改用他法的倡議。

為了讓這個(gè)建議能得到采納，學(xué)生小組做了一組計(jì)算：全校一共有學(xué)生546 人，加上教師一共577 人，每人一次用一個(gè)塑料袋，加上多出來(lái)丟掉的，那么一天就要用600 個(gè)左右的塑料袋。一個(gè)月有4 個(gè)星期（每周按5 天計(jì)），那么大約要用12000 個(gè)塑料袋。一個(gè)學(xué)期約有5 個(gè)月，一共要用60000 個(gè)塑料袋。數(shù)據(jù)讓人震撼。

學(xué)生們提出的改進(jìn)建議簡(jiǎn)單易行，于是校長(zhǎng)讓他們?cè)谌Ｐx了倡議書(shū)。學(xué)校從此終止在午餐中使用塑料袋。在這個(gè)案例中，學(xué)生充分發(fā)揮了數(shù)據(jù)的震撼力。在現(xiàn)代公共生活中，這是一個(gè)被普遍采用的說(shuō)服或公關(guān)方式。

分享還有利于發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，促進(jìn)閱讀和探究，優(yōu)化STEM 教育。對(duì)于一些社會(huì)議題，比如垃圾分類、水資源保護(hù)等，會(huì)不斷生成新的更優(yōu)的解決方案。項(xiàng)目結(jié)束，教育則永無(wú)完結(jié)。

應(yīng)用鳶尾花模式開(kāi)展STEM 教育應(yīng)注意以下幾方面。

一是遇到學(xué)生想研究而自己又不熟悉的難題，不妨與學(xué)生形成協(xié)作共同體，以做學(xué)生的心態(tài)與他們一起探究，并注意尋找專業(yè)的支持，以降低項(xiàng)目開(kāi)展的難度。

二是以靜待花開(kāi)的心態(tài)耐心等待。因?yàn)槭情_(kāi)放性的探究，不要怕“放了收不回來(lái)”，也不要怕學(xué)生做不好而去控制學(xué)生探究的進(jìn)程甚至包辦代替。

三是讓學(xué)生形成協(xié)作共同體開(kāi)展探究。即便是學(xué)生自己組建團(tuán)隊(duì)，教師也要細(xì)心發(fā)現(xiàn)學(xué)生人際交往過(guò)程中存在的問(wèn)題，注意培養(yǎng)學(xué)生用同理心與同伴友好相處，并從同理心出發(fā)去思考解決方案。

四是注意培養(yǎng)學(xué)生直面難題的勇氣和獨(dú)立的人格。學(xué)生遇到難題時(shí)容易放棄，教師要做鼓動(dòng)家，激發(fā)學(xué)生直面難題的勇氣。學(xué)生在一起容易跟著能力強(qiáng)的“混”，懶于思考，缺乏主動(dòng)的批判性思考。教師要善于讓學(xué)生學(xué)會(huì)分工協(xié)作，各司其職又互相質(zhì)疑、啟發(fā)，高質(zhì)量地完成STEM 項(xiàng)目。

四、結(jié)語(yǔ)

高質(zhì)量的STEM 教育不是以知識(shí)獲取為中心的傳統(tǒng)教育，而是學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識(shí)創(chuàng)造性解決真實(shí)難題的知識(shí)創(chuàng)新時(shí)代的教育。

它重視批判性思維，重視利用以人為本的設(shè)計(jì)思維或信息化環(huán)境下的計(jì)算思維去解決問(wèn)題。它不追求唯一答案，不是偏頗地以學(xué)生或教師為中心，而是以師生一體的共同體為中心去解決問(wèn)題。鳶尾花教學(xué)模式為高質(zhì)量的STEM 教育提供了一種新的路徑，可以為教學(xué)提供具體的指導(dǎo)。我們期待有更多的教師應(yīng)用或者借鑒IRIS 教學(xué)模式，開(kāi)出更多、更豐富的STEM“教育之花”。

參考文獻(xiàn)

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「來(lái)源：《中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)》2017年第1期」