摘要：STEM教育自20世纪90年代诞生之初，就以跨学科整合性作为共同的核心理念。植根于不同文化、哲学、认知论的传统，美国、法国、新加坡三国发展出多元化优势探究系统，并在21世纪核心素养多层次目标的定向下，派生出三维教学、大概念探究性学习、设计思维赋能项目工作三种典型的实践模式。在培养跨学科能力方面，项目化学习和问题化学习作为支撑不同STEM教育实践模式的两大主流教学法，各有优势，也面临不同挑战。三个国家分别用以问题化学习为支架的项目化学习、论证式科学教学、以项目化学习为支架的问题化学习予以回应。基于此，文章初步提出STEM教育的目的—教学法—探究系统三维实践模型。
关键词：STEM教育；跨学科整合性；探究性科学教学；问题化学习；项目化学习；PPI实践模型
中图分类号：G40-03
文献标志码：A
作者简介：方兆玉，法国巴黎高等科学技术与经济商业学院教育管理博士(巴黎75015)、上海教育报刊总社《上海教育》编辑部编辑(上海200032)
基金项目：上海市教育科学研究院国家一般课题“基础教育核心素养培育导向下教师跨学科能力建设及评价研究”(编号：BHA230151)
2023年11月9日，联合国教科文组织第42届大会通过在中国上海设立教科文组织国际STEM教育研究机构(UNESCO IISTEM)的决议，标志着教科文组织一类机构首次落户中国。[1]这不但引发世界各国教育界的广泛热议和高度关注，也显著提升了社会大众对STEM教育的兴趣，更促使我们对这种创新教育模式进行深度解构与学理探析。
21世纪全球化时代，指向创新能力培养的科学教育成为各国教育改革的主要内容，我国近年来也推出科学教育相关政策举措。2023年5月，教育部等十八部门联合印发《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》，推动科学教育各项措施全面落地[2];7月26日，教育部印发《关于实施国家优秀中小学教师培养计划的意见》，首批试点支持30所“双一流”建设高校承担培养任务，遴选理工科优秀毕业生，为中小学培养一批研究生层次高素质科学类课程教师。[3]
STEM以跨学科、跨领域、整合性方式推进科学、技术、工程与数学教育，培养学生21世纪核心素养的主要创新教育模式，在美国国家科学基金会(NSF)首倡至今的20多年间，已经得到英国、法国、德国、芬兰、澳大利亚、新加坡等教育发达国家的普遍认可和大力推动，并由此催生出共同理念下多元路径、多层次目标定向的实践模式。在如今这个核心素养教育改革时代，重新审视、厘定STEM教育的核心理念和主要目标，并对比三个代表性国家差异化的实践模式，不仅能为我国STEM教育带来多方面借鉴，也有助于研制适合本土情境的推进策略、开发实践模型，切实服务新时代科技创新人才培养。
一、共同的核心理念：跨学科整合性
20世纪90年代，美国国家科学基金会首次提出STEM概念[4]，美国STEM工作组报告中称其为“集结科学家、技术人员、工程师、数学家力量的一个战略性决定”[5]。STEM强调的是科学、技术、工程与数学教育的深度融合，其核心特征是基于各学科核心概念理解之上的跨学科整合性。
(一)跨学科能力
在西方世界，由古希腊滥觞的博雅教育关注“培养整全人格”，主张学科和知识领域的一体性(unity)。近代启蒙运动引发了知识的“科学化”和科学的“职业化”，从而促进了知识的快速生产、传播以及学科化、专业化。[6]然而，正如著名的跨学科学者克莱因(Klain)所言：“一直存在一股促进保持、复兴历史上知识整合、一体性传统的推力”[7]。19世纪开始，过度分化的学科开始出现合并、交叉和整合的趋势，跨学科探究(Interdisciplinary Inquiries)开始兴起。
根据克莱因提出的定义，跨学科是一种解决问题、回答问题的手段，这些问题不能通过采用单一方法或单一路径，得以令人满意地解决或回应。[8]为成功地参与跨学科活动，或更好地参与跨学科学习，并能够生成跨学科理解，以及能在未来的跨学科工作情境中拥有良好的表现，学生就需要足够的个人和社会方面的技能，这些能力统称为跨学科能力(Interdisciplinary Competences)。跨学科能力和21世纪技能高度相关，包括对学科的局限性采取批判性视角、跨越多个学科解决复杂问题、跨学科交流、在跨学科团队中进行合作并具有团队意识，以及发挥学科整合的潜能、提出创新性的问题解决方案。[9]
不管是知识学习、职业发展还是服务社会，跨学科能力都具有很高的价值。在知识学习方面，跨学科提倡对知识和理论发展的整体观。在职业发展方面，企业组织结构越来越往跨学科、跨领域、跨部门的方向发展。这是因为未来工作场所的项目和任务会越来越复杂，涉及各个不同的专业和知识领域。[10]例如，麻省理工学院副教授内里·奥克斯曼(Neri Oxman)创始、致力于在生物基质上创造科技艺术品的美国公司奥克斯曼(OXMAN)的员工就包括计算机科学家、机器人工程师、生物学家、艺术家。正如克莱因所言，跨学科与创新高度相关。[11]创始人奥克斯曼在访谈中提到，“当把科学研究领域的持久性、本质性大问题与最前沿的技术相结合时，就是创新涌现之所”。
而在履行社会责任方面，也需要学生超越个人和地方性意识，以跨学科、跨领域、跨文化的能力和素养去应对全球层面的大挑战，通过跨学科、跨领域的合作，提出社会性科学议题的最优解决方案以及创新性产品设计。例如，今天人类面临的能源危机、气候变化、国际关系、深空探索、数智化转型等多重挑战和变革都亟需跨学科人才。又如，奥克斯曼公司的产品既巧妙利用大自然的造化之功，又深刻体现科技的雕塑之力，并凸显人文关怀和艺术美感，以及追求可持续发展的核心理念，这都需要跨越学科领域、不同文化教育背景的人才通力合作才能实现。
(二)作为跨学科学习的STEM教育
跨学科学习被界定为“一个学习者整合来自两个或