STEM教育的内涵及特征

基于证据理论起源于医学，最初只是教授医学的一种方法，意指通过各种科学手段获得可见的实验数据和结果以指导医学行为的实施和相关政策的生成。进入本世纪后，基于证据理论迅速为人们尤其是政府组织所认可，并将之推广到众多领域，包括政治学、犯罪学、社会保障和教育等。

教育作为一种专业实践，应该基于证据或者至少从证据中获取信息，并将之应用在学生学习、教师教学以及教育政策制定等方面。基于证据的思想指导教育教学实践，并由此催生出新的学习文化——基于证据的学习。

(一)基于证据的学习内涵

基于证据的学习是为解决特定学习问题而运用一些证据验证假设、发现并得出解决问题方案的一种学习范式。该范式同时强调基于证据来呈现学习结果并由此证明学习活动及学习成效已经发生。学习过程中一切可以证明和反映学习活动得以发生的学习过程数据、事实性材料和学习者的外在表达都可以作为学习证据。学习证据的表现形式有很多，如作品实物、海报、书面报告、口头报告、表演、概念图或思维导图、项目设计、制作发明和研究报告、自我评价报告、他人评价报告等，还包括学习过程中采集到的数据以及在数字化学习系统中产生的各种交互数据和日志数据。

基于证据的学习包含两层涵义：一是指通过运用各种证据来反映学习过程并呈现学习结果，通过证据的呈现帮助教师判断学生是否真正发生了有效的学习，通过证据的运用帮助教师及时调整教学以提升学生的学习结果，通过动态、长期的过程性证据证明个体的能力和学习绩效的持续性变化过程，由此发现教育教学规律。

二是它强调学生在学习过程中运用一系列证据完成科学探究任务和解决实际问题。学生需要运用证据去支持每一个观点的提出，在探究的过程中理解每一个步骤背后支持的证据以及该证据背后的学科知识或科学原理；基于证据运用理性的思维去分析、判断、推理、假设和创新，获得情境性知识并提升问题解决能力，体验获得知识的真实过程。

(二)基于证据的学习特征

（1）注重培养学生的科学意识和科学素养

基于证据的学习强调让学生在学习过程中利用一系列证据进行科学探究和解决问题。每个问题的解决都要有相应的学科知识或科学原理支撑，在问题解决过程中学生需要在理解相关学科知识或科学原理的基础上找到一系列关键证据去解开一道道问题大门的锁，这需要学生像工程师或科学家一样的思考、探究、假设和验证。

解决问题的过程常常不是一蹴而就的，而是一个螺旋上升、不断循环迭代的过程。学生需要利用一系列证据探寻问题的解决思路，为提出的每一个观点都找到证据的支持，验证问题解决方案的可行性也需要找寻相关的证据。在基于证据解决问题的过程中，学生寻找证据、解决问题和验证结果，真实地体验工程师或科学家解决实际问题的过程。这不仅可以带给学生学习的乐趣和增加对科学的兴趣，而且可以培养他们乐于探究和勇于探索的科学意识。

此外，学生通过自己寻找、发现的一系列证据解决问题，而不是被动被灌输一堆枯燥的理论知识，能够让他们深入理解问题或任务中所包含的学科知识或科学原理，并且通过分析、综合、应用、判断、推理、假设和创新等活动，体验获得知识的真实过程。

基于证据的学习使得学生不再只是机械记忆、生搬硬套和模仿重复，而是积极探究、主动思考、认真严谨地对待每一个问题，这些经历带给他们的不仅是知识和行为的变化，更是科学意识的强化和科学素养的不断提升。通过一次次类似的活动，不仅可以让学生熟练掌握科学知识、科学技能和科学方法，而且有助于形成良好的科学素养，严谨、认真和创新的科学精神，进而为国家培养高素质创新型科技人才奠定基础。

（2）关注对学生能力层面的评价

传统的教育评估方式主要考察学生对学科知识点的掌握情况，以纸笔测评为主要形式，评估形式较为单一，只注重学生的学习结果，偏向对学生知识层面的评价，常常忽视对学生能力层面的关注。受到这种教育评估方式的影响，学生在课堂中只知道模仿教师操作，死记硬背与考试内容相关的学科知识点，缺少分析、推断、总结和反思等活动，因而导致学生缺少创新能力和实践精神，实际问题解决能力较差。

与传统的学习方式不同，基于证据的学习旨在借助一切技术手段采集学生学习全过程数据，基于各种各样的学习证据反映学生的学习过程和呈现学习结果，努力突破传统教学中仅对知识层面评价的局限性，通过证据科学客观地表征和评估学生内在思维和内隐能力的发展水平与变化趋势，例如创新思维能力、类比推理能力、协作问题解决能力和批判性思维能力等。

能力的发展常常是一种连续的、动态变化的过程，传统的测评方式难以实现对其实时监控和客观呈现，而基于证据的学习注重收集学生学习的过程性数据，通过连续实时地收集各种能够更加微观具体表征学生内隐行为和心理状态的学习证据，让师生能够更加全面深入地了解每一个学生个体的知识技能、情感态度、能力素养的当前水平和变化发展过程，总结学生能力发展变化的规律，为评价和甄别各种教育创新的有效性提供了新的视角。

（3）强调学习结果的可检验性 

基于证据的学习通过采集学生学习过程中生成的各种类型数据，将学生的思维过程和问题解决过程外显化，生成可观测的证据并动态地展示学生的学习过程和呈现学习结果。学习过程中学生的心理过程、情感态度价值观的发展、知识能力的迁移应用、反思能力和创新思维的发展等，以及用传统测评方式无法测量与评估且总处在一个持续动态变化过程中的复杂能力，需要关注学生的学习过程，发现、收集与评价相关的证据，将内隐的状态或能力通过可视化、可量化的证据表征，使得抽象、宏观的对核心素养的评估能够落实到具体、细微的教学实践层面。

基于证据的学习强调学习结果是有据可循、具有可检验性的，使得STEM教育教学的评价不再是教师主观的判断和模糊的界定，而是一种能够基于证据的精确客观的“量“上的描述和分析，促进教育教学评价走向精准化。

（4）符合大数据和人工智能时代的发展方向

随着移动互联网、大数据、人工智能等新技术的发展，借助各类移动终端、传感器等可以实时、持续地采集教师教学和学生学习全过程中各种类型的数据。例如，实时捕捉学生听课时的面部表情、眼部动作，以及学生答题时的一系列行为动作，包括查找资料、查看课件、探究的路径、答题时间等。在这些技术的支持下，可以采集更加微观、具体、连续和形式丰富的数据。

基于这些数据能够更为全面直观地反映学生的学习过程，不仅能帮助教师及时了解学生学习状态和准确定位问题，还可以帮助研究者深入挖掘教育教学规律。更为重要的是，可以更个性化地支持学生自主开展科学探究活动，为学生解决问题提供有效证据，帮助学生体验获取知识的过程，更好地理解和掌握学科知识或科学原理。

技术的飞速发展能够更好地服务于教育教学的开展，而基于证据的学习强调要采集教育教学全过程数据促进学生的科学探究和教师的课堂教学，关注学生面向未来的各项能力的发展。大数据和人工智能时代的到来为基于证据的学习的开展提供了良好的技术支持条件和实施环境，而基于证据的学习则顺应了智能时代发展的趋势且满足了教育创新的需要。