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Timothy Chan（陳偉權）：

新加坡管理學院全球教育學術處處長

本文系陳偉權博士在中國教科院主辦的第三屆中國STEM教育發(fā)展大會上的主旨報告節(jié)選

從資源、教師培訓、時間、管理等方面來說，我們在STEM教育中面臨很多挑戰(zhàn)，我們也聽到很多專家談到STEM教育是什么、怎么推進STEM教育，我們也談到了需要設置哪些課程、應該進行哪些課程創(chuàng)新，從而來更好地實施STEM教育。

但是今天的主題更關注設計思維，這是我在中國第十一個城市談到設計思維。第一次是七八年前，當時我第一次提到設計思維、整合式教學以及跨學科學習，我想這個話題對STEM教育而言仍然十分重要。

我來自新加坡管理學院，這是在1964年由新加坡政府成立的一個學院，我們旨在推動終身學習，是一個非營利性組織。因為新加坡政府希望國家的勞動力能夠滿足未來30年、40年、50年的挑戰(zhàn)，所以我們這個機構給人們提供終身教育，希望他們能夠具備工作當中所需要的技能，在工作一段時候之后接受再教育、繼續(xù)教育。

新加坡管理學院Singapore Institute of Management

新加坡管理學院除了學院自己的資質認證之外，我們還跟國際上11個著名大學展開合作，比如悉尼大學、倫敦經(jīng)濟大學等。目前我們有兩個校區(qū)，學生人數(shù)達到了1萬8千人，其中有20%的學生來自40多個國家，擁有多元化的教職員工和團體。

SIM全球教育

從學生進入學校的第一天開始，我們就強調要以學生為中心，我們要給學生提供整體性教學，學習可以在課堂里面發(fā)生，但是更多的學習知識是在課堂之外發(fā)生的。

為什么要推廣STEM教育？

首先最基本的一個認知就是STEM教育是為了發(fā)展一個STEM素養(yǎng)社會(Bybee, 2013)。知識、技能和態(tài)度是STEM的關鍵，希望我們的市民能夠擁有識別問題并解決生活中的問題的知識，了解STEM學科如何塑造我們的物質、智力和文化環(huán)境，并且能夠基于STEM相關的一些詢問來做出基于證據(jù)、基于一些論證的結論，同時也希望我們的公民愿意作為具有建設性、關心和反思精神的公民參與與STEM相關的問題。

大概有10-15%的勞動力，他們會從事STEM相關行業(yè)，STEM教育對于他們來說很重要。剩余約90%的人口，他們可能沒有在STEM相關的行業(yè)工作，但是他們仍然應該知道STEM相關的一些政策、原則，這也十分重要。

很多國家都已經(jīng)認識到STEM教育是國家的一個教育基礎，也是國家經(jīng)濟增長的基礎。因為STEM教育可以促進經(jīng)濟發(fā)展，使國家的經(jīng)濟更加有競爭力，我們也注意到很多國家的教育部會非常關注STEM的發(fā)展。

圖1是STEM教育在不同國家的發(fā)展折線圖。我們看到桔紅的線和深藍色的線，向上走的都是像中國以及印度這樣一些國家。根據(jù)教育研究，這些國家都是目前發(fā)展非?？斓膰?，他們非常關注STEM的發(fā)展。

圖1：STEM在不同國家的發(fā)展

STEM教育沒有贏得學生們的心

在2000年至2010年間，與STEM相關的工作比非STEM工作的增長速度快了3倍。到2025年，美國必須填補350萬個STEM職位，其中200萬個職位由于找不到所需技能的人才而無法填補(Weiner, 2018)。

到2030年，英國將有超過700萬個需要STEM技能的工作（OECD，2011年）。89％的STEM企業(yè)都在努力招募人才，新的STEM角色預計在未來10年內翻倍（STEM Learning，2018年）。

新加坡56％的雇主表示招聘困難，特別是在工程和IT部門，這恰好是最難填補的十大行業(yè)中的兩個（Manpower Group Talent Shortage Survey 2018）。馬來西亞科學研究院估計，到2020年，科技領域將需要100萬人(Lim, 2019)。印度尼西亞面臨的技術人才短缺威脅到其有前途的技術行業(yè)的發(fā)展，估計其未實現(xiàn)的產(chǎn)值將帶來218億美元的經(jīng)濟影響（Korn Ferry: The Global Talent Crunch, 2018）。

圖2:FUTURE OF WORK? THE GLOBAL TALENT CRUNCH (Korn Ferry, 2018)

從圖3中可以看到STEM職業(yè)收入是很高的，STEM職業(yè)比非STEM領域的收入高出12-30％。美國STEM相關職業(yè)收入是6萬5千美金，非STEM工作收入是4萬2千美金，STEM工作收入更高。

圖3:The Smithsonian Science Education Center (SSEC)? ??

但是在新加坡有很少的學生愿意從事STEM相關職業(yè)。在新加坡我們做了一份調研，只有9-18%的人選擇了物理、數(shù)學，很多人選擇了銀行以及服務業(yè)，很少的人選擇了科學方面（The Straits Times, APR 6, 2019）。在馬來西亞，STEM課程在中學，選擇STEM課程的人數(shù)數(shù)量一直在穩(wěn)步下降 (CIPD, 2019)。我們可以看到這些中學學生不愿意選擇STEM相關的課程。他們在小學的時候還是對STEM相對感興趣的時候，他們到了青少年的時候，就對STEM失去了興趣。

與過去的50％相比，現(xiàn)在上科學課的學生不到21％(Asean Academy of Engineering and Technology, 2017)。在13至17歲之間的女孩中，只有9％的女孩對STEM相關的職業(yè)感興趣 (Junior Achievement and Ernst & Young LLP, 2018)。在別的一些國家，我們也發(fā)現(xiàn)很多青少年不愿意在中學階段關注STEM相關課程，所以對他們來說，很難讓他們一直保持對于STEM專業(yè)的興趣點。

STEM專業(yè)保留率低，為什么他們失去了興趣點？

對于學生來說他們不愿意去花時間努力工作。他們告訴我，他們的老師并沒有去關注這些課程領域一些日常的使用，他們也說老師很少教他們進行解決問題的方法，因為他們沒有辦法去解決這個問題，所以覺得這很難，他們不愿意自己去找解決問題的方法。所以即使學生知道它在未來很有用，但是也不愿意學它。

對于很多學生來說，他們想要去做一些非常容易并且有趣的工作，比如說從事汽車制造業(yè)。還有一些學生覺得STEM相關課程脫離生活，他們在學習過程中找不到學習的樂趣，他們不知道為什么要學習這樣的課程。

“We Haven’t Won the Hearts of Students.”? (McAllister, 2014)

如果STEM可以在學生的日常生活中更有意義，會激發(fā)起學生的興趣。

在這樣一種認知下，我們要重新設計STEM相關課程，我們要讓STEM教育在心理上、興趣上，能夠再次吸引我們的學生。有人呼吁在社會需求和更廣泛的社會文化背景下構筑STEM學習（Zeidler，2014）。把STEM課程放在社會的背景下，讓學生有更多的選擇權利，有更多的聲音能夠被聽到，幫助他們去進行反映。因為沒有反饋的話，學生不知道自己為什么要做這樣一個工作，要讓他們有學習的動力和目標。

在這里我們要說到課程設計，很多時候我們告訴學生，他們可能不一定在一個問題當中只找到一個解決方法，應該找到多種解決方法。我們要讓學生有學習的思想性，讓他們能夠順著這條線找到它的源頭，也允許他們有失敗，因為失敗是學習的一部分。

設計思維包括多個方面的價值觀：具有好奇心和創(chuàng)造力、尊重和接受思想的多樣性、接受不確定性、擁抱實驗-原型文化、寬容失敗的、把失敗看作是學習的機會、彈性和韌性、關注人的價值。

設計思維的過程

設計思維是以人為本的基于查詢的創(chuàng)新過程和一系列的心態(tài)及工作態(tài)度，創(chuàng)造性地解決問題，以技術可行和商業(yè)可行的方式滿足人們的需求。

它不急于馬上尋找方案，而要先找到真正的問題所在。并不局限于一種解決方法，而要從人的需求出發(fā)，多角度地尋求創(chuàng)新，最后再收斂成為真正的解決方案，創(chuàng)造更多可能。

設計思維向學生提供了一種創(chuàng)新的方法論，核心是以人為本。

設計思維基于以下五個原則：

知道學習的原因；

通過反復試驗的經(jīng)驗學習；

學習的決定權在學生手里；

喜歡與生活息息相關的學習；

從基于問題的環(huán)境中學習。

一般將設計思維分為5個方面，分別是：共情、定義問題、探索、設計原型、測試驗證。雖然過程遠遠不止這五點，但主要以這五個方面為主。首先我想強調的是，這五個方面不是五個連續(xù)的步驟，不是1、2、3這樣的模式，應該是一種流動的過程。

設計思維的過程

1.同理心&設身處地地為處在問題核心的人著想

當你要解決這個問題，首先要去看看誰是問題的受眾，他們要得到什么樣的幫助？

對處于問題核心的人來說什么最重要?他們的生活是什么樣的?他們感覺如何，他們的背景是什么?

在共性的階段，一個關鍵的步驟，就是我們希望學生能夠培養(yǎng)一種非常強烈的興趣，即對我們正在為之設計產(chǎn)品或服務的人進行了解。

共情圖

我這里列出了一個共情圖，你要感受他們的感受，你要思考他們的思考，你們要看到他們所看到的東西，然后要找出他們的痛點。

2.定義&清楚地說明問題

根據(jù)你對用戶的了解重新評估問題，在與用戶建立了共情、充分了解了用戶之后，就應該用清醒的頭腦去定義用戶的問題了。

在這個問題的背景下，這個人有什么具體的需求?

這個階段綜合了一個人的同理心和發(fā)現(xiàn)，形成重要的用戶需求和有意義的見解。

設計思維在質疑的過程中幫助我們:質疑問題，質疑假設，質疑暗示。

3.形成概念&頭腦風暴提出可能的解決方案

突破常規(guī)界限，想出可能的解決方案。

沒有判斷——在這個階段沒有所謂的壞主意。

協(xié)作發(fā)生：將有關挑戰(zhàn)及其背景的知識轉化為可操作的解決方案。

4.原型&培養(yǎng)思考能力，測試學習能力

原型的解決方案，

用表格來表達你的想法。

你希望他們能夠體驗它。

嘗試讓想法更有活力，盡管可能經(jīng)常失敗。

5.檢測&測試以反映、改進你的解決方案

向他人展示你的想法并收集反饋。

你們的方案怎么樣？

需要加強和改進什么?

獲得用戶的反饋，反思并做出調整。

原型給你失敗的機會，失敗是再自然不過的。在學生學習過程當中，他們一定要知道失敗是生活必經(jīng)之路。失敗的特別之處在哪里呢？你這次失敗了，并不意味著你需要放棄。

人們距離自己最重要成功之前可能要經(jīng)歷很多次失敗，當然開發(fā)者也許在試10次、20次、30次的時候，他可能就想過要放棄，但是在原型的過程當中，我希望學生能夠有不屈不撓的精神。

我關注的不是最終的產(chǎn)品，最終的產(chǎn)品可能是完全無用的，我關注的是這個過程，我關注的是從學習者的需求里面學習的過程、作為一個團隊去學習的過程、去管理這個項目的過程以及不斷嘗試的過程。所以通過這樣一個過程，我希望學生能夠學到知識，這是一種生活方式。

當學生完成一個設計思考項目時，他們必須保留一個日志，包括他們的反思和學習。學生必須要進行反思，學生必須要告訴我，在這個階段你學到了什么？如果你有時間，如果你要再重新來一次你會怎么做呢？這也是學習的一部分，它的結果就會帶來不同活動的可能性。

學生在進行設計思維項目的團隊合作時，應反思自己是否應用了一些基本的倫理原則:

尊重個人和他們做出獨立選擇的權利。

要有益處：要做好事，不要做壞事。

要公正：公平地對待他人，公平地分配利益/負擔。

關懷：運用同情心和解決方案，這將創(chuàng)造最大的好處。

設計思維培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力、批判性思維能力、解決問題能力和決策能力，培養(yǎng)學生識別和開發(fā)潛在新技術的能力。通過培養(yǎng)學生的溝通、合作和移情能力，幫助他們更好地一起工作，幫助他們擁有健康的生活。

性格框架

人格發(fā)展是指美德(品質)、價值觀(信仰和理想)的獲得和強化以及為全面發(fā)展的生活和繁榮的社會做出明智選擇的能力(Fadel et al.2015)。人格發(fā)展是學習如何恭敬地傾聽他人的立場，克服偏見，合理地就與他人情緒或觀點不同的問題表達意見。

對于學生性格的培養(yǎng)就是教會他們如何能夠尊重對方，去傾聽別人的想法，這也就是為什么我們要把學生放在小組里工作。有的學生非常出色，他們可以通過一個很棒的圖畫形式展示出自己內心隱藏的想法，我們要教會學生多跟別人溝通自己的想法，克服各種各樣的偏見。

在性格框架當中有六個關鍵的組成部分(Fadel, 2015)：

Six Essential Qualities identified in the Character Framework by the the Center of Curriculum Redesign? (Fadel, 2015)

正念:自我意識、觀察、反思、同理心、關懷、洞察力、社會意識等。

好奇心:開放的思想、探索、自我指導、動機、主動性、創(chuàng)新、好奇、欣賞等。

勇氣:勇敢、決心、自信、冒險、堅持、樂觀、靈感等。

韌性:毅力、勇氣、堅韌、足智多謀、自信、適應性、處理不確定性、靈活性等。

道德:正直、尊重、公平、包容、寬容、接受、真實、樂于助人、有公民意識等。

領導:職責、責任、組織等。

當然在每一個子項之下還有很多其它具體的概念和素質，比如第一項正念，我希望學生能夠有共情感，能夠學會反思；在好奇心里面學生要有探索的精神，要愿意主動去做一些事情；在勇氣這一欄里面學生要勇敢、有自信、能去做決定；在韌性這里，學生要有足夠的適應性和靈活性；在共情的階段，當我們要求學生去跟別人共情的時候，我們希望他們能夠站到對方角度，了解對方需要什么、了解對方的痛點是什么，也就是說學生需要去組織自己的想法。

人格發(fā)展

永遠沒有一個單一的解決方案，可能會有很多不同的、多重的解決方案，我們希望學生能夠保持誠實、尊重別人、公平公正、包容，包容那些有其他不同觀點的人，要互相幫助。

設計思維促成學生角色框架的建立，如圖所示：

DESIGN THINKING TO FOSTER CHARACTER DEVELOPMENT

設計思維培養(yǎng)了21世紀教育的四個關鍵維度(Koh et al, 2015) ：

社會文化維度，需要協(xié)作能力等技能;

認知維度，包括批判性和創(chuàng)造性思維、冒險和在結構不合理的情況下解決問題;

元認知維度，強調自我評估、反思和其他自我調節(jié)技能;

生產(chǎn)力維度，包括真實的任務和真實產(chǎn)品的開發(fā)。

STEM不僅僅是STEM

STEM不僅僅是STEM，它不僅僅是科學、技術、工程和數(shù)學本身，STEM是讓這個世界變得不同。

這是我們經(jīng)常跟學生去講的，你可能不會從事STEM相關的工作，但是你可能會去做一些決定，而這些決定里面就會涉及到STEM的部分。比如說我們要成為工業(yè)4.0里面的一個合格的公民，我們就要有這個STEM意識。喬布斯曾經(jīng)說過在蘋果的DNA里面技術本身是不夠的，技術必須跟人文科學，跟人類學結合起來，只有這樣才能夠使得我們心靈歌唱。

我們的教育部部長曾經(jīng)在新加坡發(fā)表過一篇著名的演講，在這個演講當中他提到：

“我們要培養(yǎng)年輕一代，讓他們勇于提問、勇于尋找答案，要學會如何去問問題，而不僅僅學會如何去回答問題。讓學生敢于創(chuàng)新，讓學生勇于解決新的問題，為未來創(chuàng)造新的機遇。同樣重要的是，我們希望幫助年輕人建立一套健全的價值觀，使得他們有堅強的意志和韌性，能夠處理生活當中不可避免的挫折，而不被過度的沮喪影響意志，所以，他們就會愿意努力工作來實現(xiàn)他們的夢想。”（Ng Chee Meng, Minister for Education , Singapore）

通過性格培養(yǎng)和授予學生自主的權力，我們可以扭轉學生在STEM領域的消極和不投入狀況。