STEM教育的基本方式与过程（六）

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　　向世清，博士，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。长期从事激光物理与工程技术的前沿研发，是参与产业经济战略与决策咨询、基础教育改革咨询、科技创新中心发展战略设计等多领域战略专家，也是上海市最为活跃的科技创新教育专家之一。
　　第五步：进行设计与规划。在前四步后，我们有关学习新的预设知识或解决预定问题的前期基础准备业已完成，目标更为清晰，基本路径也清晰显现，学习信心也已经满满充实于心中。而且，作为每一个个体的学习者，我们实际也已经构设出自己对最终目标的基本倾向性和路径自我预设性（这就反映了是单个学习者个性化的诉求）。那就正是将跃跃欲试转变为实际行动的时候了。让我们开始吧！
　　一旦具体开始，我们就会发现，当前最重要的工作就是要让脑中所思所想，如何变为具体行动和现实。这意味着此次STEM学习任务的进度正式进入了要考虑下一步如何具体实现目标的阶段。我们已经有了一定的到达新的目的地的计划路径的考虑和设定，此时我们就要考虑将路径变为具体细化的、可行的、可以落实的、可以操作的做法和方案。这里可分为2个层面，高一点的层面是框架的和主线条的，叫作规划，基本是大框架的、粗线条的、制订纲要的;低一点的层面是较完整给定方式方法和步骤流程的，具有用什么做和具体怎么做的基本描述，叫作计划和方案，是给出详细内容的、细节的、定义每个局部和分支的完成方式（严格意义上，方案比计划还要更为细节和实际一些）。古语言，“预则立”，凡事必先规划和计划，“九步”的第五步作为STEM教育的承接和转折点步骤，正是完成如此要求（它是对前述几步的总结和后续几步的指南，所以可以当作承接和转折点看待）。既如此，那我们就对学生要求，努力完成这一必须给出规划和计划的事情和过程吧！
　　作为规划和计划，有了前几步的过程，我们现在的任务看起来似乎蛮简单的。首先，出发点已很明确，那就是现在具有的已有知识或者面向所解决的问题的现有资源条件等;其次，目标终点也已很明确，那就是需要学习的新知识或者需要解决的已经基本界定清楚的新问题和新设想（甚至是新猜想、新假说、新构思等）。我们似乎只需要用一条路线简单地将出发点和目标终点连接起来，从出发点走向终点就可以了。但实际不然，就好像“条条大路通罗马”，虽然存在多种路径和方法，但路径和方法之间却具有不同的情况，那么怎样或者哪条路径更好呢？因此在这里还有一个在操作计划层面需要更深入考虑的工作和事情。也就是说，究竟怎样做最好呢？如何在现有条件和能力下达成最好的结果？有一个词叫作“设计”，设计就是要完成这些工作和事情。
　　说起设计，现代社会的人往往都以为它是将什么事情做得或勾画得更漂亮、更好看、更绚丽，但这只是因为受到很多现代平面设计、广告设计、服装设计等艺术设计的传播影响和一些错误的媒介宣传所导致的错觉。如果用这种错觉理解设计，尤其是理解STEM教育过程中的设计环节，那就会导致明确的误导。事实上，设计具有更广泛和更本质的涵义，那就是怎样更好地把事情解决好（核心是更好地解决问题。就算是追求漂亮，也是要先好再美。如果一个产品只漂亮而不好用，那就是过去所说的“花瓶——漂亮但不中用”，这样的设计就是本末倒置了），尤其在工程方案设计的情形中，要达成如下的结果：在已知和限定的人、财、物、时（时间）的情况下，如何组织调配和选择运用，以有限的东西达成最好的结果。可以简单看出，这里有一个如何利用人、财、物、时的经济学概念，所以有人认为设计从本质上讲，是在已有条件下从能够具有的各种可能完成方式中力争作出最佳选择，而在选择中需要反复權衡，使各种具备科学性的方式、方法、工具、材料、思路、模式、结构等达成最佳调配运用组合，在英文中通常称为“trade-off”，带有全盘在能解决问题的前提下可以达成更好的各方面的协调和更好效率效果的内在本意。
　　当然，通过设计，这里最后需要给出的内容包括：清晰途径、明确方法、合理步骤、准确流程、资源分配、分工权重、进度安排、实验方案、测试方法、分析趋向、结果图景等。总之，要形成一个照着做就差不多可以达成任务结果的可行的好计划或方案（这里也可以看作是做好正式的、正规的规划和方案。前几步都是这一步的预备工作。与前几步不同的是，这里的规划和方案必须要经过多次优化的过程，最终不只是停留在脑中，也不是只有大概或者差不多的考虑，而是要具体可行的、基本可以达成最好的结果的。所以，一定要正式地写出成稿，并经过论证或者反思提升优化，然后才能确定下来并准备严格地按其实施。对于任何一个初学者，这一过程特别具有深远的意义。如果一个学生哪怕只经历一次真正的自己设计规划和方案的过程，并由此过程掌握了规划和方案的方法与套路，那么他此后的人生中就几乎有可能将每一件事情都做得更好。这种方法和套路的能力是可以真正迁移至今后的做事能力中去的）。
　　一般来说，设计过程中也会存在很多新颖构思的机会。特别对于解决问题的过程而言，如果预设目标上没有很大的新意，那么在解决方案上往往就会需要有新意，这样才能在最后的问题解决上给出相比他人和前人更好的结果。
　　其实，与其说这里的设计给出的是后续的行动方案，不如说这是对前几步给出的目标预计或假说所给出的验证方案。这相当于是在前几步通过预学给出假想结果，而在后几步对假想结果进行验证。STEM教学法大抵就是这样的一个验证式教学过程，而设计就是为这个验证考虑清楚并设定好验证方法。一旦验证成功，就证明预计的目标或者假说是对的;反之，则需要重新设定预计目标和假说等，并再次进行后续的验证。这种在实际上叫作“试错”的过程，对于学生的学习过程是免不了的，谁都不会也不可能一学就会、一学就懂、一做就成吧？！也正是因为这一点，STEM教学法有着教学的奇效，对于更好地掌握知识或者解决问题可以达成比传统教学法更好的效果。
　　必须强调的是，在STEM教育的设计方案中，最为重要的设计必须落在对学习的知识的探究实验或者对解决问题的达成与验证试验上，而且实验和试验都必须具有实操和可行性，在整体方案中最后比重也应大一些。依靠这一重心的加强，就使得STEM教学具有明显结合了实际的实践探究和动手实验的特征，更使其具备了将知识学习与解决问题合二为一的能力。STEM教育非常崇尚的是“实践之中出真知”，人的认知如果没有“认识实践再认识”的完整过程，势必就会形成知识的肤浅理解，最终走向最为低端的“记忆背诵”，如此学习知识只能导致“知识的不可用、不会用、不能用”，而且导致知识与客观世界的相互分离，演变为学知识与应对客观世界之间的“两张皮”，失去知识学习和教育的本来意义（现阶段的应试教育主要就是这一方面的问题，很可惜教育界绝大多数人和社会大众看不清这一点，从而导致了应试教育的盛行，以及大众百姓的错误认识和亦步亦趋）。
　　还要强调的是，在STEM教育中，教师或者导师应该十分重视让学生自己亲自并先期进行设计和规划，这种自己完成的意义是十分重大和显而易见的，否则仍旧会回归到教师的概念灌输，学生永远得不到解决问题的亲身体验和实际锻炼。当然，学生完全靠自己能够做成很好的设计方案也是不易和不太现实的，因为完成一个真正好的设计其实需要很多方面的功底，反过来也就对很多方面有着实际的训练和提升价值。但正是因为这样，相比于成熟的设计者而言，学生作为一种尝试的设计者还有深刻的探究意义，因为这种带有尝试甚至试错的
　　与任务过程，才使学生得以真正地学会。
　　作为简明的归纳，这里最后给出设计与规划的简明过程：定义目标—厘清前提—摸清资源—罗列方法—判断合理—选择方案—构思框架—设定做法—配置资源—设计流程—设定过程—优化选择—出错预案—归纳成稿。按照这一过程，最终更明确地给出正式文稿。
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