科幻元年的STEM教育
2019-02-18 16:31 火柴盒 STEM教育

科幻元年的STEM教育

STEM教育在中国悄然发展了很多年,并进入一个模式多元、竞争环境复杂的时代。

 

在经典的科幻电影《2001 : 太空漫游》中,有一个意象:一块来自外太空的石头。这块石头的特别之处在于,人们穷尽了所有的测量手段,其“长、宽、高”之比都是“1:4:9”,没有分毫误差。这块石头在人类历史的各个阶段,从史前到太空时代,用不同的方式影响着人类。

这个意象的名字叫做“独石”

就测量这件事来说,人类一直在寻更为精确的手段。如对于时间的测量,目前最为精确的原子钟是我国的“3D量子气体原子钟”,900亿年误差不超过一秒。能够测量时间,便能够根据电磁波的速度测量距离。GPS卫星定位便是利用了这一原理,将原子钟搭载在卫星上,于是才有了现在影响我们生活的车载导航、地图app等。我们将科幻构想运用在了现实。

以上,我们就完成了一个简化版的STEM教育中的“S”——“Science”。从一部电影出发,讲到“测量”,再讲到GPS卫星定位的原理。当然,对于小朋友来说,这一过程会更简单直白,生动形象。现实中的STEM教育,大多数还会有一个交付呈现物,如使用乐高积木搭成的物体等。

科幻,一直是一个不温不火的话题。从8年之久的百度指数来看,近年呈现逐渐下降的趋势。直到春节档的国产科幻片“流浪地球”的上映,将科幻再一次推上了热点。我们务实的国人,在以经济建设为中心的时候,抽出了点时间,将视线投向了广袤深邃的太空。

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(图:科幻和STEM的百度指数。STEM逐年上升,科幻在春节期间迎来小高潮)

其实,在今年的春节档中有两部科幻类型的电影。除了流浪地球之外,还有一部“疯狂的外星人”。但赢家显然是流浪地球,吴京凭借这部影片百亿封神,而王宝强则恐将票房对赌失败。这似乎也说明,国人已经不再仅仅满足喜剧影片中有“科幻元素”,而是向“硬核科幻”的审美过渡。

于是,一部超出所有人预期的,真正意义上媲美好莱坞特效的科幻电影,开启了所谓国产电影的“科幻元年”。而与此同时,STEM教育也在中国悄然发展了很多年,并进入一个模式多元、竞争环境复杂的时代。

科幻和STEM教育,在我们的视角看来,是一件事物的一体两面,一个务虚,一个务实。科幻让人勾起对浩瀚宇宙的无限景仰从而反思自身的存在的意义,STEM教育则将宇宙法则灌输至未来建筑师的大脑中并形成创造力。仰望星空的同时脚踏实地,为了有朝一日真的能将地球推离太阳系,我们将筚路蓝缕。

环视STEM教育市场,我们会发现S、T、E、M每个“子品类”都有众多玩家。如去年的高潮赛道“少儿编程”,就属于“T”—“Technology”这个品类,而全民参与之后被政策限制的奥数,则是“M”—“Mathematics”。各个子品类中也会有所交叉,如“S”—“Science”中为了掌握科学知识会接触到技术手段,“E”—“Engineer”中通过工程实现的时候可能用到数学。在STEM的发源地美国,STEM的原意便是不分离的,一堂课程经过精心设计,综合了S、T、E、M等各个方面。那么,究竟什么是好的STEM教育?

美国学者艾布特斯(Abts)使用“元学科”(meta-discipline)描述STEM,他认为STEM是代表科学、技术、工程和数学等学科的统整的知识领域,它们存在于真实世界中,彼此不可或缺、互相联系(Morrison,2006)。传统的分科教学将知识按学科进行划分,并不反映我们生活世界的真实性和趣味性(Morrison,2009)。分科教学(如物理、化学)在科学、技术和工程高度发达的今天已显出很大弊端。[1]

昂立STEM的创始人Triston向我们演示了这样一堂课。这堂课的主题叫做“视觉暂留”,首先播放一段小朋友耳熟能详的动画片,提出一个问题:动画片为什么会动?之后用一个特制的VEX教具(欧美系的教育机器人器材)“走马灯”演示,所谓的动画,其实是很多静态画面以每秒至少24帧的速度连续运转所形成的效果。明白了这个原理之后,老师会要求学员一把正面画了人、反面画了一匹马的扇子,通过快速旋转来实现“人骑马”的效果,让小朋友进一步明白“视觉暂留”的道理。之后开始要求学员动手制作这把扇子。手工完成之后,只是个开始:小朋友需要用乐高积木、编程语言等做一个软硬件结合的项目,即通过机器让扇子自动旋转。其间用到了“齿轮传动”的概念,通过大齿轮带动小齿轮的方式进行旋转,这里就涉及了数学上圆的周长、半径等概念。最终通过小组协作,完成作品。科学、技术、工程、数学等学科内容贯穿始终。

我们看到这里的STEM教育有几个明显的特点:交叉学科、PBL(Project-based Learning,基于项目的学习)、触达真实世界。和传统的K12教育不一样的是,这里没有标准答案,而是教会小朋友如何理解和塑造这个世界。

这是一件'正确'的事情。

在创办昂立STEM之前,Triston曾是英孚教育和精锐教育的核心高管,深谙K12培训的赚钱之道,然而却选择了一个看似道阻且长的创业方向。在他看来,应试教育的培训机构普遍在“贩卖焦虑”,为了让家长更多地买单,进行超前教学。小朋友越是学不会,家长越是焦虑,越是更多地买单,于是陷入了一个极为恶劣循环中。“揠苗助长”这一成语便是形容这种现象,而“剧场效应”[2]则形象地说明全民刷题并没有对社会进行帕累托优化。

此外,应试教育还有一个特点就是“标准答案”,然而真实世界是充满Chaos的,显然这种教育方式存在着问题。在早期,作为“拓荒者”的角色时,面临着的是一片无人区。课程怎么设计?老师怎么培训?都必须要一点点摸索。美国的STEM教育相对发源较早,但由于国情、文化的差异,其课程体系难以匹配国人的需求。于是一切只能原创。

昂立STEM在完全ToC的市场中快速成长,是一件很难得的事情。另一家成规模的早期探索者寓乐湾,则是通过进入公立学校来打开市场。寓乐湾已经成立了5年之久,脱胎于新东方在线的团队,完全建立了属于自己的竞争壁垒。在今天,全国已经有6000多公立学校开设了寓乐湾的STEM课程,并和私立学校、培训机构、图书馆等开展了广泛合作。虽然以全国数以十万计的中小学、幼儿园来看,渗透率还是比较低,但趋势正在不可逆地发生。

在寓乐湾的CEO刘斌立看来,STEM教育已经度过了蛮荒期,正在迎来精细化运营的时代。今天的国际学校、顶尖私立学校等,非常看重STEM课程本身,科技产品、教学效果等等都在考量范围内。随着政策的越发清晰,市场的需求信号越发明确,头部玩家已经跑出来,STEM教育市场已经到了理性期。他认为,对于为学校提供STEM教育服务的机构来说,其能够建立竞争优势的关键因素在于两点:

1. 注重技术的教育性,而非技术的领先性。例如3D打印机、无人机这些硬件,并非是越贵越好(家长承担额外成本),而是越适合越好(产品-市场匹配)。

2.STEM课程体系的宽度和深度。这里的承载点便是教研和师资,在今天的STEM教育人才严重匮乏的时候,师资的培训便显得尤为关键。

我们能够看到,这些公司已经在对教育的理解和诠释上,到了非常深入的地步,并且做出了积极的探索。多鲸资本的研究团队认为,中国的发展已经到了一个新的时期,浩浩荡荡的工业化历史进程基本完成,我们的教育也到了一个拐点,从原先培养标准化的技术型人才,到了培养个性化的创新型人才。低端制造业正在向东南亚迁移,在国际舞台的竞争中,我们将通过科技驱动发展国力,这一切都离不开STEM教育,当然也离不开科幻带给我们的启蒙意义。

什么是美国人率先登上月球?我们在思考这一问题的时候,看到其背后的精神力量。影响现代美国的有两本书,一本是梭罗的《瓦尔登湖》,个人主义的根源;另一本

是安兰德的《源泉》,描绘了这个世界的“塑造者”们。

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(图:《源泉》封面)

人世间首要的权利便是自我的权利。人类首要的使命就是对自己尽职尽责。他的道德戒律绝不是将自己的首要目标强加于那个叫做他人的人身上。假如他的希望根本是要不依赖他人的话,他的道德职责就是去做他所希望做的事情,包括他的创造能力的全部领域,他的思想以及他的工作,但是并不包括歹徒和恶棍,利他主义者和独裁者。 是人则独立思考、独立工作。是人则不能掠夺、剥削或者统治支配他人——要独立。[3]

全世界市值最高的科技公司Apple,其联合创始人Steve Wozniak显然就是这样一个“塑造者”。和Steve Jobs一起,在70年代的美国,受到了“科技嬉皮士”文化的影响,发明了当时谁也不知道会有什么用的世界上第一台个人电脑。在功成名就的今天,Wozniak似乎不满足于通过产品来改变世界,而是希望通过影响“人”来改变世界,创立了线上STEM教育平台——WozU,致力于降低STEM教育门槛,帮助更多人进入科技行业。自幼对科技的兴趣,也是他日后能够创立苹果的根因所在。Wozniak认为:孩童时期进行STEM启蒙能够极大提升创造力。[4]

对主流的应试教育中说“不”,有一个人令人印象深刻,他就是“童话大王”郑渊洁,通过其寓意深长的童话影响了整整一代人。对待后代的教育上,更是自己写了十套教材,在家里教育其子郑亚旗。这里我们看到的是安兰德陈述的普世精神——人之作为人的独立。

同样身为作家的郝景芳,通过一篇《北京折叠》斩获雨果奖。此后投身教育,创立“童行学院”,也是致力于孩子们的通识教育。这些“塑造者”们,是我们这个物质时代为数不多的独立意志。我们看到,越来越多的人正在关注一个非常重要的问题:如何去教育我们的下一代。这里关乎的不仅仅是STEM,而是“Beyond STEM”。

我们在前进,越来越接近教育的本质。X School的创始人Angel也是在这十年中探索“未来教育”。在她看来,现行的主流教育还是以“知识”为主,而鲜有涉及到“能力”的量化。即使市场里提供STEM教育的培训机构,也是大多在传递STEM中“某个科目的知识”,而非帮助孩子们形成“能力”。一语中的,这是来自另外一个维度上的审视。

说到底,我们的国家究竟能容纳多少个洛克?

于是在前进的时候,“STEM”也有了多种衍生,比如“STEAM”。这个“A”就是“Art”——艺术。我们在看的科幻作品,本质也是一件艺术作品。中国人今天的审美水平如何?这个问题想必答案非常清楚,那么我们将走的路也将也将清晰呈现。

审美之于塑造者们来说至关重要,如乔布斯对极简主义的崇尚,也是一种留白的审美。最为深刻的信息,也可以用最简单的形式表现,如令我感到震撼的一个“点”,存在于一根棍子上的某一个比例处,会形成一个接近于无限不循环的小数(联想到文章开头说到的“测量”),这一串数字便可以记录人类所有的文明——把它二进制化。

X School便是在STEM的基础之上往前走了一步。区别于早期阶段的STEM类课程,X SCHOOL是在IB框架下的国际化STEAM跨学科、综合型课程。其创始人Angel也曾是K12领域的资深从业者,在上一家教育公司被上市公司并购之后,有了足够的时间和资本去思考“未来教育”。对于其精心打磨的课程产品,也有着非同一般的自信,有别于绝大多数的教育机构,他们竟然没有销售——而是直接通过体验课进行转化。

Angel告诉我们,X School的“STEAM+”课堂中有这些特点:

1.关注“教”与“学”的整体过程。在X School的课堂中,小朋友们是一个个“节点“,每个节点在学习过程中的碰撞产生了“知识”,经过课程体系引导之后形成“能力”。每节课孩子们都有机会重新发现自己、发现伙伴。

2.颠覆性的授课方式。例如导师们不会立刻回答小朋友的问题,而是通过其中的核心问题不断衍生出子问题,引发小朋友思考并尝试按照步骤有逻辑的解决问题,从而形成真正“question guided”课堂。

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(图:X School的教学器材、小班课堂)

从STEM到STEAM,再到STEAM+,是人文的注入,也是创造力的觉醒。郝景芳在将实现从太空投向现实社会的时候,不断思考“未来教育”究竟是什么样的。在她看来,未来的中国社会将会是知识经济时代,是研发和创意成为主流的时代。那么如何让孩子学会生产创造力?从创造力的本质来看,是从明确需求出发,寻找本质的解决方案(如经典的马车和汽车的案例)。于是在给孩子们启蒙的过程中,一种进入自然、发现问题、寻找解决方案、最终增强实践和思考能力的教学方法论自然就诞生了。在童行学院中,她一直想要打造的,就是这样一种面向未来的教育体系,培养未来需要的人才。人文、历史、科学、艺术,在童行学院的课程体系中融会贯通,所谓通识。在集科幻作家、经济学家、教育家各种角色于一身的她看来,孩子们需要形成一种“地球观”:

“地球观是一种看待事物的视角。只有以地球的视角,才能理解为什么所有国家都隶属于同一个生态系统,并不存在从一地之雾霾躲到另一地之清爽,所有的只是地球之雾霾与地球之清爽。只有以地球的视角,才懂得为什么地球上不同语言文化的人,都要学习共同的知识体系,那些考试分数绝不是人生的终极目标,而只是推动人类进步的人生起点。”

说回到《2001太空漫游》中的“独石”,放在今天来看,其实是“智能硬件”。这里用“智能”似乎不太恰当,而是一种一颗星球上顶尖科技实力的映射。哈佛大学脑科学博士韩璧丞创立的Brainco,便以一种科幻的姿态进入我们实现——用脑波来实现信息传输。“意念写字”已经成为了现实,对有自闭症(Autism)、多动症(ADHD)的儿童教育,将发挥实际的效果。

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图:类Brainco教育智能硬件,神似电影《疯狂的外星人》中外星人的头环

Brainco运用的,是“完全非侵入式脑机接口技术”,其核心原理在于,通过采集大脑中的生物体征信号,把生物体征信号和人类的意识进行连接和解读,从而通过外界设备来读取大脑中的意识。这是一种相当终极的人机交互形态——去掉了“手”这一媒介。我们可以“科幻构想”,是否有可能直接向大脑上传信息,从而完成“教育”这一过程?[5]

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图:脑机接口[6]

It's a long long journey.

嗯,未来教育。

-END-

*感谢昂立STEM的创始人Triston,寓乐湾CEO刘斌立,X School创始人Angel、Gary等人对此文文本的贡献。他们都是这个行业的领导者,和新教育时代的塑造者

[1]《奕阳幼教评论·STEM教育专刊》,2017年3月刊,第40期

[2]剧场效应:如果剧院突然着火了,每个人都选择快速奔跑出去,导致的结果是大家拥堵在大门口,形成了集体的悲剧。寓意是指:个人最求利益最大化会导致集体秩序失衡,最后形成整体悲剧。在教育中的体现,则是不断延长的上课时间、愈演愈烈的补课、承担越来越多压力的老师和家长,全社会无人幸免

[3]《源泉》,洛克的辩护词。如果觉得这本书太厚,可以直接跳到最后这一段,阐述了安兰德的核心思想

[4]《从苹果联合创始人到教育创业者,Steve Wozniak要押注STEM教育》,36Kr。这样的平台在国外还有Udacity、Udemy等

[5]在刘慈欣的科幻作品《乡村教师》中,直接向大脑中传递信息,是宇宙中高级文明生物的主流方式,而“教师”这一角色则是存在于银河文明的太古时代

[6]图片来源:《未来已来,脑机接口是一门怎样的科技?》,线性资本火柴盒观察 观察新教育

i黑马
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