STEM教育的基本方式與過程（五）

向世清，博士，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員。長期從事激光物理與工程技術(shù)的前沿研發(fā)，是參與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略與決策咨詢，基礎(chǔ)教育改革咨詢，科技創(chuàng)新中心發(fā)展戰(zhàn)略設(shè)計等多領(lǐng)域戰(zhàn)略專家，也是上海市最為活躍的科技創(chuàng)新教育專家之一。

第四步：形成假設(shè)與預(yù)判。完成第三步后，通過預(yù)學(xué)，首先，我們已更為明確自己本次學(xué)習(xí)或待解決問題的目標(biāo);其次，我們已建立了為完成本次學(xué)習(xí)的前期知識基礎(chǔ)準(zhǔn)備;再次，也是最本質(zhì)的，我們明白了自己有什么不懂（這正是要去學(xué)的）、有什么還沒有解決的或是值得去解決的（這正是要去研究解決的），甚至也已經(jīng)清楚了自己有“幾斤幾兩”。此時，我們心中原有的一些學(xué)習(xí)新內(nèi)容之前的目標(biāo)不清、像是知道又不是很清楚地知道自己究竟要干點啥的感覺或狀態(tài)，包括猶豫、疑慮和徘徊，都已基本消除，“摸著石頭過河”的感覺已不那么強烈。由此，我們可建立起一個相對的滿滿信心，心態(tài)上感覺可以開始新內(nèi)容的學(xué)習(xí)了（對于要去解決問題的人，也會感覺到該用已經(jīng)掌握的知識解決新的問題了！是不是有點躍躍欲試、迫不及待？這種心理正是造就學(xué)習(xí)動力和動機(jī)的根基之一）。

總之，我們下一步要考慮的是如何具體實現(xiàn)目標(biāo)。這樣的情形，上升到知識管理的層面，就意味著我們現(xiàn)在已經(jīng)很清楚自己在“知識地圖”上的位置，接下來大致到了在地圖上考慮設(shè)定到達(dá)新的目的地的計劃路徑的時候了（如果沒有這一感覺，那么很簡單，說明第三步還要繼續(xù)進(jìn)行。不用急，那就繼續(xù)進(jìn)行第三步唄！事實上，梳理清楚自身已有的基礎(chǔ)相對較為容易，但還要明白自己是否也完成了他人所取得的已有同類進(jìn)展，其實是很難的。因為完備地查閱資料一直都很難做到。當(dāng)然，現(xiàn)在查閱資料相對容易了，至少比以前我們查閱資料的困難要少得多！畢竟現(xiàn)在是信息時代了嘛！想過我們過去是怎么過來的么？笑）。

預(yù)學(xué)在推進(jìn)學(xué)習(xí)進(jìn)度中，自然會對第二步給出的假說同時進(jìn)行不斷地判斷，反復(fù)確認(rèn)其正確性、科學(xué)性。但這還不是全部。預(yù)學(xué)還會進(jìn)一步將假說逐漸細(xì)化、充實化和具體化，建立起其內(nèi)容和內(nèi)涵，并考慮究竟如何完成和驗證。這時，按照人的自然思維模式，我們通常會再次展開初步設(shè)想，只不過不是像第二步再次設(shè)想目標(biāo)（假說）了，而是設(shè)想如何達(dá)成目標(biāo)，對假說給出某種具體的可行和科學(xué)性總體解決途徑及可能的思維。我們把這一形成思路的過程叫作假設(shè)。

假設(shè)和預(yù)期有區(qū)別，預(yù)期只是一個前期對結(jié)果的總體期望，即期望大概有什么樣的結(jié)果，而假設(shè)則是想象結(jié)果有可能怎么完成或做到，把具體的方法和手段等預(yù)設(shè)出來。而假說和假設(shè)也不一樣，通俗一點說，假說是在整體目標(biāo)層面，而假設(shè)是在內(nèi)部方法層面，至少低1個層面。假設(shè)是為假說服務(wù)的。有了假設(shè)，假說就豐滿了、有具體內(nèi)容了，也更為準(zhǔn)確、清楚了（至少是在某種程度上說得過去了，不會違背已有的各種科學(xué)原理和規(guī)律了）。在這樣的意義下，假設(shè)是在具體的解決問題的層面，要回答清楚“如何解決”“如何做”“如何完成”等問題。

由此，假設(shè)帶有強烈的科學(xué)原理和方法上的猜想性，有時甚至是從現(xiàn)有的理論、規(guī)律上有所突破地想象出某些新的理論性猜想，或在已有的解決方法和方案下有所突破地想象出某些新的設(shè)計結(jié)構(gòu)或方式。這里的關(guān)鍵是“有所突破地合理達(dá)成”?？梢哉f，假設(shè)往往就是最終實現(xiàn)的創(chuàng)新結(jié)果的前期理論預(yù)設(shè)，當(dāng)然，它需要接下來的研究驗證給予核實、證明和證實。

在假設(shè)階段，我們需要通過很多思考過程。這些過程中，源自這里的思考主要是在厚實的已有知識了解的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的深度思考，就有可能真正出現(xiàn)“新的原理、理論、技術(shù)、方法、途徑”等，這使得假設(shè)階段成為一個誕生“新穎構(gòu)想結(jié)果”的搖籃（不過，需要說明，這里的新穎是對于學(xué)習(xí)者自身而言的，是自己對自己的創(chuàng)新，即至少這里的新穎是他自身以前沒有的或沒有見過的，這與真正的創(chuàng)新概念需要比任何其他人的結(jié)果都新穎是有所區(qū)別的）。而為了做到這一點，我們要在預(yù)學(xué)的基礎(chǔ)上，至少進(jìn)行以下3個方面的思考。

·明確限制，厘清前提。即辨明本次學(xué)習(xí)或者解決問題時會受到什么樣的條件和可能限定，存在哪些先要滿足的前提。這里往往用“初始條件”“邊界條件”“先決條件”“特定條件”和“前提條件”等描述。

·大膽想象，合理推論。實際上是尋找可能的解決路徑和方法。這里，在解決方法的層面，通常要先考慮很多的可能方法，然后選擇出其中最優(yōu)的或?qū)⑺械姆椒ㄍㄟ^綜合得出一個最優(yōu)的，這個最優(yōu)的往往就具有“新穎性”甚至“創(chuàng)新性”。還有，如果不存在已有的方法，這時就必須真的至少構(gòu)思出一個方法，而如果這個構(gòu)思出的方法能夠解決好問題，它就是真正的“創(chuàng)新”。當(dāng)然，既然用推論，那就是一步緊扣一步，每一步都要緊扣合理性，否則就失去成立的可能了。

·歸納凝練，準(zhǔn)確闡述。這實際上是在思維層面進(jìn)一步把解決方法上升到理性和科學(xué)層面，完成所謂的抽象概念化過程。很多時候，將一個很好的構(gòu)思最終能用某種語言或其他表達(dá)方式準(zhǔn)確表達(dá)，特別是能夠上升到科學(xué)性概念層面，是極有成果性的。

很明顯，完成了假設(shè)，預(yù)判自然會同時完成，即弄清假設(shè)是否初步滿足科學(xué)性，是否至少不違背任何科學(xué)原理，是否能面對實際的資源和原理限制，其方法乃至方案是否仍具有達(dá)成的具體可行性。事實上，假設(shè)與預(yù)判是自然耦合在一起的，共同構(gòu)成了STEM教育過程的第四步。這一步實際是預(yù)學(xué)的歸納總結(jié)和凝練提升。

同樣很明顯的是，第四步基于第三步的更好完成，可以以一定的提升性幫助學(xué)習(xí)者建立學(xué)習(xí)動力和形成學(xué)習(xí)連貫性，將學(xué)習(xí)者自身的知識建構(gòu)路徑連通并遞進(jìn)，所以十分關(guān)鍵。而以此自我形成的學(xué)習(xí)路徑，學(xué)習(xí)者既可向前看，又可向后看，還可橫向判斷自身及他人的感覺，所以隨著第四步的完成，他的學(xué)習(xí)感覺一定是最好的，富有自我成就感;他也就會洋溢著一種超常的欲望，那就是前面有啥都是我想學(xué)的、有啥困難都是我不怕的。這才叫作真正的主動學(xué)習(xí)和自覺學(xué)習(xí)（對比一下，這樣的感覺在應(yīng)試教育中有么？可以有么）。

作為歸納總結(jié)，一般這時應(yīng)形成一個綜述報告（不管叫它文獻(xiàn)調(diào)研綜述報告，還是其他名稱，都沒有關(guān)系，都是一樣的意思），它包含了預(yù)學(xué)的歸納總結(jié)，以及在假設(shè)和預(yù)判下提出的下一步的目標(biāo)和方案2個部分。它可將預(yù)學(xué)規(guī)范化和高效率化。值得說明的是，綜述報告既是研究性學(xué)習(xí)的必備，更是科學(xué)研究提出課題或工程解決問題提出目標(biāo)前的必需。

回過來看，預(yù)學(xué)還真是一件十分有利的事情（您肯定感覺到了！笑），它在STEM教育中是很好的一個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，價值很大，是體現(xiàn)“學(xué)”的核心階段之一。它對于學(xué)習(xí)者掌握知識的要求是不低的。希望大家可以更多地理解預(yù)學(xué)，并將預(yù)學(xué)不僅僅限定于通常的“預(yù)習(xí)”那樣一個太小太窄太死的要求范疇。

完成第四步后，一個學(xué)習(xí)者或問題解決者可謂就做到了“胸有成竹”，只待具體“畫出來”了。當(dāng)然，此竹非彼竹，你竹非我竹。每一個人對即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容或要解決的問題，哪怕要求一樣，也會因為個人的已有認(rèn)識、傾向和意愿不同，形成不一樣的“竹”，包括其中的細(xì)節(jié)方案、過程畫法、總體輪廓、完整意境和畫外想象都會不同。

歸納起來，第四步在STEM教育中是一個承上啟下的關(guān)鍵節(jié)點，后面就是具體設(shè)計方案和根據(jù)方案完成新的學(xué)習(xí)及解決問題了。這一步在理論研究中也往往是誕生創(chuàng)新成果的地方。好的學(xué)習(xí)者或解決問題者在這一步的表現(xiàn)往往都是很杰出的。

特別強調(diào)，教師在此步驟中要重點幫助學(xué)生確定好綜述報告的結(jié)果和結(jié)論，幫助學(xué)生檢查預(yù)學(xué)的效果和完備性，以及幫助深化和修正待學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化解決問題的目標(biāo)（就像研究生導(dǎo)師幫助學(xué)生最終確定研究選題，或者教師幫助學(xué)生確定青少年科技創(chuàng)新的選題一樣）。因此，這一步是教師起到作用的一個重點位置，此處教師的引領(lǐng)和助推是STEM教育中關(guān)于學(xué)的核心。這一步中，教師也盡量要讓自身的教學(xué)目標(biāo)與學(xué)生的自我設(shè)定目標(biāo)融合甚至一致化。教師要保持“以學(xué)定教”和“自我開放”，站在高處看學(xué)生，還要多鼓勵學(xué)生大膽突破。不過，這一步也必須較為嚴(yán)苛，要確保“假設(shè)”和“預(yù)判”的正確性、有效性和可行性，這是決定接下來的學(xué)習(xí)和研究方案的核心基石。