向世清，博士，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。长期从事激光物理与工程技术的前沿研发，是参与产业经济战略与决策咨询，基础教育改革咨询，科技创新中心发展战略设计等多领域战略专家，也是上海市最为活跃的科技创新教育专家之一。

第六步：提出方案与计划。设计与规划完成后，我们对于整体所要完成的任务已经明了，如何具体实现目标的指导思想、详细目标、先决条件、总体框架和基本路线也已经明确认识和建立起来了。此时，通过更为仔细和近乎规范的设计拟定，完成相应的方案和计划，就是第六步必须完成的工作。以下就给出具体的方案和计划拟定指南。

首先，我们需要按照图1的框架进一步将规划性内容整理成文稿，作为背景性的框架依托（这意味着，方案和计划是该规划进一步细化后的实施性方案和可行性执行计划）。

图1的框架俗称“5W2H”（很简单，是因为其中有5个以W开头的和2个以H开头的英文关键词或词组），这在国际上已成为通行的计划方法论。按照此方式，就能够基本完整地罗列表达出有关的要求内容，囊括第五步中所述“定义目标厘清前提……出错预案归纳成稿”这一过程中的几乎所有元素。这实际上是对要完成的事情本身，以及为了完成该事情所需的人、财、物的配置要求进行了有限条件下的更为完备和条理化的梳理。这样的梳理因“5W2H”形成了一个模板化套路，所以最终也就成为了一种方法论（学生按照此套路，一是可将规划和计划做得更完整，二是可学会一种今后可普遍套用的方法论）。当然，此处实际完成的结果绝不能仅仅停留在只大而化之地给出一些条条框框的套路性肤浅描述，而是必须针对本次要完成的工作真正深入考虑给出本次工作任务怎么具体完成的实际做法。

其次，我们需要按照图2和图3的内容，规范地设计并拟定出科学性的研究实施方案，尽量将第五步中给出的规划和计划实现具体化和可行化。

很明显，这里工作的着重点是设计出具体的研究过程方法和方案。首当其冲的是考虑整体将采用的研究方法。研究方法有很多种，大的分类主要包括调查法、观察法、比较法、实验法、分析法、思辨法、模拟法和文献研究法等，细致的分类则更多，至少有几十种，例如定量和定性测试法等。由于在STEM教育中非常强调整体过程中含有实验性，或真实环境下的实践性探究过程和学习研究经历（没有实践解决真实问题的过程，就不能称其为STEM），而且最好是整个方案和过程让实验性方法和过程占据较高比重，所以这里必须设计出带有实验性或实践性的内容。当然，在实验性方法中，往往同时含有了非常多的方法种类。

实验性或实践性研究基本可划分为两大类：科学研究类和工程研制类（如果社会科学研究要单列的话，则可以分为三大类，但这里粗略地将社会科学研究与自然科学研究放在一起叙述，都含在科学研究类之内）。说起实验，单从字面本身就已经知道其意思，即“实验就是要实际验证”。这里也可用“玩儿真的”形容，即按照真实的场景和情况模拟真实过程和现象的发生和演变。这里，可分为两大类别，即定量实验研究和定性实验研究。前者需要对参数进行合适的数据定量测试与分析，后者则需要对相关因素进行分析、比较、推理、判断和归因等。

在两大类中，科学研究类的是要通过实验模拟真实问题或现象所存在的类似情况、环境和条件，然后模拟形成问题与现象的发生和演变，看其演变中究竟会发生什么变化，以及会发生具体多大的变化。这就需要寻找出变化的原因和影响因素，通过展开现象观察研究和条件参数测试，观察并分析得出各因素间相互影响的因果关系和变化规律，最终求证与预期的因果关系或规律是否一致。工程研制类的则是要以建构实物类似的基本方式进行制作性设计研究实验和试验，对制作过程和“样机”结果进行条件和参数变化测试，看其是否达成了功能和性能两方面的要求，并最终确认设想的创建目标能否如期合理实现或者证实创新设想。无论如何，达成实验性的要求需要包含两种必有的过程，一是参数和数据的测试验证过程;二是现象和规律的分析验证过程。

再次，我们需要明确考虑给出实验性或实践性研究中所用到的材料和具体方法。一方面，撇去其他不讲，用什么样的材料进行实验，这是根本。一般而言，所用的材料一定是能够模拟完成研究中的演变所需的合适材料，通常要对其种类、尺寸、数量、特性和特征作适度考虑。通常，所模拟对象的原本环境下的原始材料是最为合适的。最好是直接使用原本吻合的材料;如果采用替代材料，则一定要弄清楚其替代合适程度。当然，中小学生很多时候是在模拟探究的概念下进行实验，所以也要讲究“因地制宜、低廉简便”的材料选取原则，不要一味地追求专业性和规范性。另一方面，采用什么样的研究方法，包括什么样的方法论、做哪些适度的测试、做什么范围的测试、什么样的测试方式、什么样的因素或参数测试方法、什么样的测试过程、什么样的实验逻辑、什么样的数据记录与分析方法等，以及使用什么样的工具、仪器、设备，都必须具有适合性和准确性的考虑、选择和拟定，然后在这些前提下，尽量满足环境的真实性，靠近或者尽量还原研究对象可能经历的环境与变化。

在这里，特别强调最重要的三件事。一是再次强调选定具体的研究方法的重要性。实验性的方法也仍然有非常多的方式，怎样做最合适，特别是定量测量究竟采用什么测量和什么样的测量都十分关键。二是强调必须准确地确定变量或相关因素的取舍。变量通常分为自变量和因变量，前者是引起变化的，后者是根据前者的变化而变化的。往往找出了自变量与因变量之间的规律，研究就可以达成一定的结果。在影响因素和变量比较单一的情况下，研究往往很简单和容易。如果存在多种因素或者参量，那就必须进行巧妙的设计，使得既突出主要的因素或者参量影响，又不至于使得测量复杂到不可行。而且，多变量情况下如何找出各变量独立的影响，也非常关键（专业化研究中基本采用正交变量法）。三是强调实验中的数据策略与方法。数据测试采取多大范围、多大间隔、多高频次、重复数量、做多长时间、持续多长的周期等，以及数据结果如何处理、如何显示乃至可视化等，简单地取数据平均还是采用多种复杂的图表分析乃至大数据分析等，都需要事先考虑好（当然后期数据处理时也可不断改善方法，如果发现数据不好，还可以回头修正测试数据的方式并增加测量等。所强调的三个方面，在科学研究方法论领域都有专业的教材和资料可供查询、学习和使用，这里不一一多论）。

反复强调，这一步更应由学生自己完成。教师或者导师的责任就是在学生初稿形成后与学生进行面对面的讨论，帮助学生确定并形成完整的和當下最优的书面成稿（仍然强调，当下最优不等于在后续的实施过程中就必须不打折扣地严格执行。如果实际确实需要有所调整，那就实事求是，尊重实际。当然，调整时需要慎重，学生届时应该与导师商量）。

最终，完成的方案和计划是一个可行的、有效的、适度的、资源集约的好设计结果就够了。回过头来，也要明确注意，STEM教育的研究方案与科研方案还不是完全一样的。要强调其还是一种囿于教学范畴的教学性研究方案。作为带有某些教学知识目标倾向性的教学方案设计，应该引导研究目标的设计可基本将目标知识包括在背景知识范畴之内，即研究主题中一定会用到目标知识作为所涉及知识的一部分（这样反过来也就实现了目标知识点与其他知识点的交叉，甚至多学科融合、跨学科融合，学生在此过程中也能实际感受到该知识点是怎样在被应用着的。因此这样的教授知识点的方式就可以极大地改观现有知识教学的深度和效率）。