理论研究·- 11 -2015年2月下 第04期（总第358期）10.3969/j.issn.1671-489X.2015.04.011基于科学、技术、工程和数学（STEM）融合的科幻教育研究与实践*◆付昌义 周蓉摘 要 科学、技术、工程和数学（STEM）融合在 STEM 教育研究中已经成为一个主流话题。而科幻具有模拟实践和融合多学科知识的特点，所以利用科幻课程可以很好地融合科学、技术、工程和数学，让学生在其中感受到科学、技术、工程和数学重要，同时也能在学习生活中学会融合这四者。科幻课程可以与 STEM教育一样，培养学生的探究能力和批判思维，让学生理解科学精神、技术和工程伦理。本研究还通过问卷调查，初步比对上过科幻课学生和没上过科幻课学生在探究能力、批判思维以及理解科学精神、技术和工程伦理方面的变化。

　　关键词 STEM；科幻教育；探究能力中图分类号：G642.0 文献标识码：A文章编号：1671-489X（2015）04-0011-04Theory and Practice of Science Fiction Education based on Integra-tion of Science, Technology, Engineering and Mathematics（STEM）//FU Changyi，ZHOU Rong Abstract The integration of Science, technology, engineering and mathematics （STEM） in STEM education has become a mainstream* 基金项目：本文系 2011 年江苏省教育厅高校哲学社会科学基金项目（批准号：2011SJB880090）、江苏省高等教育学会“十二五”高等教育科学研究规划课题项目（KT2011308）、2015 年南京工业大学党建与思想政治教育研究课题项目（SZ20150320）、2014年南京工业大学校内自选科研项目（项目号：ZX14442340001）。

　　作者：付昌义，南京工业大学机械学院学生工作办公室主任、讲师，主要研究方向为大学生思想政治教育、科学教育（211816）；周蓉，江苏师范大学文学院硕士研究生，主要研究方向为科学教育、文学理论（221116）。

　　topic nowadays. Science fiction has the characteristics of simulating practice and mixing together multi-disciplinary knowledge. So it is good to use science fiction courses to integrate science, technology,engineering and mathematics, and let students understand the importance of science, technology, engineering and mathematics,and let them further learn to integrate these four things together in daily school life. Like STEM education, science fiction courses can also develop students\' exploring abilities and critical thinking,let them understand the spirit of science and technology and engineering ethics. In this case study, we use questionnaires to compare the changes in exploring ability, critical thinking as well as the understanding of scientific ethos, ethics in technology and engineering between the students having science fiction courses and those do not.

　　Key words STEM; science fiction education; exploring ability众多学者认为，科学、技术、工程和数学（STEM）教系进行了初步研究，后续还需在教师培训实践中对其进一步进行深入研究。“为了迎合更多风格的学生，应该在教学中尽量使用多样的方法和活动，使具有不同风格的学生都受益。”[9]在本研究的基础上，结合教师网络培训中的实际情况，能够进一步研究思维风格的不同类型与培训学习活动的关系，从思维风格角度为受训教师提供与之适切的学习活动。

　　思维风格的研究对教师网络培训等教育实践具有重要的意义，它有助于教师优化学习活动的设计，在提升培训效率方面为教师打开新的思路。■参考文献[1]Grigorenko E L, Sternberg R J. Styles of thinking, abilities,and academic performance[J].Exceptional Children,1997（3）。[2]Sternberg R J. Thinking Styles[M].Cambridge University Press,1997:6-26.[3] 张生 , 何克抗 , 齐媛 , 等 . 网络环境下基于学习活动的形成性评价 [J]. 现代教育技术 ,2007,10（17）：82-90.[4] 王楠 , 乔爱玲 . 在线学习活动本质及理论基础探究 [J].开放学习 ,2009（1）。[5] 李乾 . 以活动为中心的网络课程开发和重用研究 [D].北京 : 北京师范大学 ,2010.[6] 李松 , 王莉娟 . 在线学习活动设计与网络教学平台的功能 [J]. 现代远距离教育 ,2011（3）：57-59.[7] 刘文雅 . 网络培训中基于学习风格的教师学习决策模型设计 [D]. 沈阳 : 沈阳师范大学 ,2013.[8]Zhang L F, Sternberg R J. Are Learning Approaches and Thinking Styles Related? A Study in Two Chinese Populations[J].The Journal of Psychology,2000（5）。[9]Sternberg R J, Williams W M. 教育心理学 [M]. 张厚粲 ,译 . 北京 : 中国轻工业出版社 ,2003.·理论研究- 12 -2015年2月下 第04期（总第358期）育的融合是一项有利于国家经济、教师和学校的未来教育发展计划。而学生也通过自身体验认识到，参加 STEM 教育计划将有利于提高自身的学习能力。基于这样的背景，越来越多的国家希望通过 STEM 教育的实践来提升学生的综合能力。实现 STEM 教育的方式有很多种，笔者尝试从科幻课程的角度来实现 STEM 教育融合，通过科幻教学达到培养学生综合能力的目的。

　　1 科幻与科学、技术、工程和数学融合科学、技术、工程和数学（STEM）融合在 STEM 教育研究中已经成为一个主流话题。有学者认为，技术教育是融合的关键点，通过技术教育，开展学术研究、动手实践，发现问题解决问题，就可以很好地融合这四者[1]。但也有学者认为，基于项目的学习（PjBL，Project-Based Learning）对于融合四者具有很好的效果。他们研究发现，基于项目的学习可以提高效率，产生有意义的学习和影响学生在未来的职业生涯追求的态度[2]。而笔者认为，不论技术教育，或者基于项目的学习，其实质与核心就是实践。

　　科学、技术、工程、数学的融合发展，其实是充分体现了从实践到理论、又从理论回到实践中去的认识论观点。

　　科学其实是对客观世界基本规律的认识，包括了为各门科学提供工具和方法的数学。而技术则是科学研究生产技术和工艺过程中的共同性规律，其对象大部分是技术产品，即人工自然，目的是形成技术理论，并把认识自然的理论转化为改造自然的能力。工程（技术）则是工程活动中所运用的技术或者为工程活动服务的技术，是具体地研究基础科学和技术科学如何转化为生产力的原则和方法，是工程和技术的统一体。这三个层次的实践性依次增强，越来越靠近于社会现实。所以科学、技术、工程和数学教育的融合其实就是教会学生如何利用科学、技术、工程和数学实践并改造世界。而在这四者联合中，科幻教学可以很好地融合科学、技术、工程和数学，让学生在其中感受到科学、技术、工程和数学重要，同时也能在学习生活中学会融合这四者。

　　科幻具有模拟实践的能力 如果科学、技术、工程和数学的融合是实践的过程，那么科幻具有模拟实践的功能。

　　如果说能有一样东西能充分展示科学、技术、工程和数学在未来发展的情况，那么必然就是科幻作品（小说或者电影）。在科幻作品中能充分领略到未来的科学、技术、工程和数学的发展。如在 2011 年科幻电影《铁甲钢拳》中，只要对着机器人做拳击动作，机器人就可以模仿做出同样的动作，而现实中已在 2013 年被中国西安的大学生所实现，机器人可以根据人对着摄像头做出动作，模仿动作去做家务[3]。两者不同的是，现实中的机器人是模仿人类动作用来照顾老人，而科幻电影中的机器人是用来打拳击的。

　　当然科幻中也有模拟实践不能被目前现实生活所实现的。如《弗兰肯斯坦》中应用闪电给拼凑的人造人以生命，人造人与人类之间产生冲突。现实中虽然闪电给人以生命是无法实现的，但故事也给了人类以启迪，启示人类将来如何正确对待人造人或者克隆人的问题。

　　也正是因为科幻所具有的模拟实践的能力，它可以用来模拟现实中的科学、技术、工程和数学，并充分考虑它们对社会的影响，从而避免未来的科学、技术、工程和数学发展到不利于人类的方向。

　　科幻如 STEM 一样融合应用了多学科的知识 STEM 之所以能培养人的综合素质能力，就在于它能融合应用科学、技术、工程和数学，而没有哪一门学科能如此综合地融合应用多学科的知识，而唯有在科幻小说中可以做到这一点。

　　不仅仅涉及科学、技术、工程和数学，甚至还延伸到社会科学的知识。在科幻中，可以了解到天文学（《日暮》中的十星连珠）、理论物理学（《三体》中的多维空间），也可以感受到宇宙黑暗森林法则的恐怖（《三体》中的黑暗森林法则）。所以，科幻小说涉及多学科知识，为科学、技术、工程和数学提供了在一起展示的舞台。

　　2 科幻可以培养学生什么能力正如 Rodger W. Bybee 在What Is STEM Education?一文中所说，STEM 教育的目的是为了培养学生在 21 世纪具有“适应环境、复杂沟通、社交技巧、异常事态处理、自我管理，适于中等经济规模竞争的系统性思考等技能”[4]。

　　换个角度来看，STEM 教育其是一种“授人以渔”的教学方式，它不仅仅是让学生了解科学、技术、工程和数学等方面的知识，更应该让学生培养对知识的兴趣，同时学会如何获取知识并利用知识在未来社会中生存和发展。正因为如此，STEM 教育应该从“鼓励学生的学习兴趣”[5]做起，通过“改进措施来改善学生的学习和对 STEM 科目的兴趣”[5]，这其实也就是一种探究的能力。其次，STEM 教育影响的学生应该具有批判思维能力[5]。再次，STEM 教育影响的学生应该具有现代的科学精神。而 STEM 教育让学生所获得的探究能力、批判思维能力以及现代科学精神也正是笔者在科幻教学中所传递的。

　　下面笔者将从这三方面详细阐释科幻教学与 STEM 教育的理论关系，同时将利用科幻教学的实践详细向大家展示学生在这些能力方面的提高。

　　科幻教学与 STEM 教育在培养学生探究能力方面是一致的 STEM 教育要“鼓励学生的学习兴趣”，树立学生对理工学科的兴趣与信心，会借助一定的科学方法来培养学生的探究能力。而科幻教学可以培养人对科学的兴趣。如威斯康星大学的鲍德珍教授（Janice Bogstad）说：“询问航天员、工程师或科学家这类人，他们会告知你，他们是从阅读科幻对科学感兴趣的，一些人至今仍在阅读科幻文学。”她认为科幻能让人对科学感兴趣[6]。而北京师范大学吴岩教授认为：“科幻创意教学，主要是想象力的培养。”如中国人民大学附属中学王崎老师领导的科幻物理学教学理论研究·- 13 -2015年2月下 第04期（总第358期）小组开设的科幻物理学课程利用“‘如果超人的力量是那样，会怎样呢’这样带有开发想象力和推理能力的味道”的问题就吸引了学生参与，“受到了学生的好评”，同时也“很大程度提升了学生的学习兴趣，培养了探究能力”[6]。

　　也有人认为，科幻小说具有“智识启迪”的作用，可以预言科学的发展，同样可以激起人们对科学的兴趣，同时激发学生的探究能力[7]。南京师范大学哲学教授张之沧认为：“所谓科学虚构（Science Fiction），顾名思义就是有关科学的虚构，就是有关科学理论、科学对象、科学活动、科学成果和科学技术的虚构。它是对近代以来弗兰西斯·培根所倡导的科学实验和经验归纳方法的否定，是对那些常规性的科学实践和科学行为的否定。”或者说，科幻小说或者科学虚构是一种新的科学认识方法，它可以帮助学生探究科学的发展[8]。

　　综上所述，虽然不同学者的看法并不一致，但他们也有一些共同的认识，比如科幻可以引起人们对科学的兴趣，可以增进人对科学的理解，可以培养想象力，可以锻炼思维，这些都与 STEM 教育有着共通的地方。而笔者在科幻教学中，曾利用讲解法国科幻作家凡尔纳的小说《从地球到月球》来激发学生对科学的好奇。在这一案例教学中，笔者向大家介绍：在《从地球到月球》中，宇宙飞船里的人数与 1969 年第一次登月的时候宇宙飞船里的人数是一样的，宇宙飞船飞行的速度是近似的，在月球的降落地点也非常接近，回来以后降落的地点也非常非常相似。让参与教学的学生感受到科幻所具有的预测科学发展的能力，充分激起他们对科学的兴趣和好奇。

　　科幻教学与 STEM 教育在培养学生批判思维能力方面是一致的 STEM 教育要在教育过程中形成学生的批判性思维能力。而科幻小说的特性之一正是对“现实生活的批判与未来科技发展的反思”[9]。

　　有学者认为，科幻小说“另一个引人注目的特征即是对人类生存状况和未来趋向的批判性反思，这即是乌托邦的积极功能：批判现实，探索未知的可能性，促进人类自我更新和改善”[7]。如英国科幻作家威尔斯早就通过《时间机器》《隐身人》等作品思考科技发展对人类社会的不良影响，揭示出人们在社会进步历程中的矛盾心态。

　　科幻领域在 20 世纪 20 年代已经开始出现对科技进步及其可能性的反抗倾向。英国作家奥威尔的《1984》中描写了一个被科技组织和掌控下的极权主义社会。也有学者认为科幻小说可以“在前瞻性的乌托邦或敌托邦叙事当中不断质疑、建构和塑造新的科技伦理”[7]。如科幻小说探讨了生存空间探索型题材——环境伦理、异类生命反思型题材——生命伦理、科技异化社会批判型题材——元伦理学这三个问题域。而科技伦理的出现也是一种对现实生活的反思与批判[9]。

　　科幻小说以“一种超越性的批判视角观照和透析科技与人类生存状况和未来景象的关系”，它“作为科技时代特殊的文化现象为我们提供了一种可能的解读方式和创造性的选择空间”。而这对培养学生的批判思维能力具有特别的影响力[7]。

　　而笔者在自己的科幻教学中也利用放映《黑镜》第二季第一集Be Right Back，探讨虚拟人与人类的关系；通过讲解系列反乌托邦小说《1984》《羚羊与秧鸡》《使女的故事》，引导学生对极权社会、转基因问题、男权社会进行批判与反思。

　　科幻教学与 STEM 教育在培养学生理解科学精神、技术和工程伦理方面是一致的 STEM 教育“不仅离不开科学学科本身的教与学，也同样离不开整个教育过程对学生综合素质的培养”，它所注重的是对学生的“价值观、态度及精神的培养”。而科幻小说可以向学生传播正确的科学精神[10]。美国科学社会学家 R. 默顿于 1942 年在《科学的规范结构》一文中指出：“科学的精神特质（ethos）是指约束科学家的有情感色调的价值和规范综合体。这些规范以规定、偏好、许可和禁止的方式表达。”并且这“四类制度性必需的规范——普遍主义（Universalism）、公有性（Communism）、无私利性（Disinterestedness）、有条理的怀疑主义（Organized Skepticism）——构成了现代科学的精神特质”[11]。


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