錢(qián)利群

STEM代表科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics），STEM教育就是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的教育。

STEM教育作為美國(guó)政府提升國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑，同樣受到了中國(guó)教育界的矚目，近年來(lái)在引入STEM教育理念的同時(shí)，也進(jìn)行了部分STEM課程的推廣，如小學(xué)階段的船模探索、鳥(niǎo)籠制作等活動(dòng)。中國(guó)福利會(huì)少年宮在青少年創(chuàng)造發(fā)明暨青少年工程創(chuàng)新活動(dòng)中嘗試融入STEM教育，在經(jīng)過(guò)一年多的深入實(shí)踐與思考后，總結(jié)了四點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

經(jīng)驗(yàn)一：營(yíng)造良好的環(huán)境是青少年創(chuàng)新發(fā)明活動(dòng)融入STEM教育的基礎(chǔ)

目前中國(guó)青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)比較注重最后的成果，以此出發(fā)，絕大部分創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的環(huán)境布置更像一個(gè)小型車間。從STEM視角來(lái)看，如此單一的環(huán)境難以滿足青少年在基于項(xiàng)目的跨學(xué)科學(xué)習(xí)中的需求。

實(shí)踐證明，符合STEM教育理念的青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)場(chǎng)所應(yīng)該是一個(gè)能夠放松探討的空間，是一個(gè)印證團(tuán)隊(duì)設(shè)想的實(shí)驗(yàn)室，是一個(gè)小小設(shè)計(jì)師的樂(lè)園。其中至少需要有三大空間：討論區(qū)、加工區(qū)、測(cè)試區(qū)。討論區(qū)是一個(gè)進(jìn)行討論、交流學(xué)習(xí)的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)要有網(wǎng)絡(luò)查詢、信息公示欄等功能，學(xué)生可以根據(jù)各自項(xiàng)目需求進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，或者將自己研究的項(xiàng)目公示出來(lái)供大家探討，更可以此來(lái)組建自己的研究團(tuán)隊(duì)；加工區(qū)配備一些常用工具，如臺(tái)鉆、小型綜合機(jī)床等。另外3D打印機(jī)、各式傳感器套件、物聯(lián)網(wǎng)套件也應(yīng)當(dāng)成為標(biāo)準(zhǔn)配備，獨(dú)特的零件能夠立即建模并3D打印，一個(gè)電機(jī)的觸發(fā)控制可以是光控傳感器、氣體傳感器、聲音傳感器，各個(gè)設(shè)備之間能夠通過(guò)藍(lán)牙或者WiFi即時(shí)通信，這些都能夠給予青少年創(chuàng)造發(fā)明更廣闊的空間；測(cè)試區(qū)是配備標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量?jī)x器、設(shè)備的空間，學(xué)生們的作品在這里經(jīng)過(guò)科學(xué)的試驗(yàn)、測(cè)量，給進(jìn)一步修改提供數(shù)據(jù)。在這樣的環(huán)境配置下，能夠給一個(gè)基于項(xiàng)目研究的團(tuán)隊(duì)提供自主學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、制作、試驗(yàn)、交流、改進(jìn)、運(yùn)行的條件。

經(jīng)驗(yàn)二：優(yōu)良的師資是STEM教育在青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)中實(shí)施的有力保障

目前，國(guó)內(nèi)輔導(dǎo)青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的師資有以下幾種來(lái)源，校內(nèi)一般由科學(xué)、物理、勞技老師兼任，校外一般是有物理、工程、計(jì)算機(jī)等專業(yè)背景的專職老師，還有一些高校工程專業(yè)的教授作為特聘輔導(dǎo)教師，這些來(lái)源的指導(dǎo)教師都具有同一特點(diǎn)：專業(yè)背景單一，要適應(yīng)STEM教育的跨學(xué)科教育方式都面臨著巨大挑戰(zhàn)。

將STEM教育融入創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)后，基于項(xiàng)目的跨學(xué)科學(xué)習(xí)形式成為常態(tài)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)如下場(chǎng)景，在學(xué)生團(tuán)隊(duì)A研究“定時(shí)錄音牙刷”時(shí)，有學(xué)生提出“什么是有效刷牙方法？”“錄音模塊如何進(jìn)行編程燒錄？”學(xué)生團(tuán)隊(duì)B研究“自發(fā)電GPS定位自行車”時(shí)，提出“GPS定位精度與模塊選擇的關(guān)系？”“自行車不同騎行速度與輪轂發(fā)電電流穩(wěn)定的關(guān)系？”學(xué)生團(tuán)隊(duì)C研究“上階梯星棘輪的研制與實(shí)驗(yàn)”時(shí)，3D建模軟件，星棘輪支撐角度調(diào)整與節(jié)省力的測(cè)量與計(jì)算等諸如此類問(wèn)題層出不窮。面對(duì)這種情況，一位教師能夠精通那么多專業(yè)是不現(xiàn)實(shí)的，學(xué)高為師將成為過(guò)去式，教師與學(xué)生的界限需要模糊，一位優(yōu)秀的STEM教師不僅能夠按項(xiàng)目指引學(xué)生團(tuán)隊(duì)，而且能夠與學(xué)生團(tuán)隊(duì)一起學(xué)習(xí)，成為團(tuán)隊(duì)一員，是否肯學(xué)、好學(xué)是評(píng)判STEM教師的重要標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)驗(yàn)三：著眼于實(shí)際問(wèn)題的STEM教育給予青少年參與創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)更強(qiáng)大的動(dòng)力

在現(xiàn)有的創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)中，普遍現(xiàn)象是學(xué)生注重知識(shí)技能的積累，在提出創(chuàng)新發(fā)明創(chuàng)意時(shí)也往往停留在書(shū)面階段，只將創(chuàng)意寫(xiě)出來(lái)、畫(huà)出來(lái)，或者只是制作了演示模型。這些問(wèn)題引入STEM教育后，都是完全能夠克服的。

STEM教育理念中科技理工的核心素養(yǎng)為“解決問(wèn)題、邏輯思考、批判性思考和創(chuàng)造力”，這也是青少年跟上時(shí)代發(fā)展腳步的核心競(jìng)爭(zhēng)力。真正能夠走向運(yùn)用階段的發(fā)明，將極大地激勵(lì)孩子投入項(xiàng)目研究的熱情，成為他們參與活動(dòng)的強(qiáng)大動(dòng)力。如“定時(shí)錄音牙刷”項(xiàng)目中，孩子們觀察發(fā)現(xiàn)中學(xué)生們的牙齒普遍不白，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樽孕](méi)有養(yǎng)成良好刷牙習(xí)慣造成的，繼而開(kāi)始了項(xiàng)目研究。他們不知道有效刷牙方法，就去請(qǐng)教牙科醫(yī)生，不會(huì)燒錄錄音模塊就現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，動(dòng)手能力不夠就一次次地嘗試，在活動(dòng)課程中時(shí)間不夠就利用大量課余時(shí)間……孩子們從不知正確的刷牙方法到成為牙科小專家，從錄制幾個(gè)簡(jiǎn)單測(cè)試音到制成3分鐘的刷牙操，從粗糙的簡(jiǎn)單組合模型到精細(xì)加工的牙刷杯組，在這樣解決一個(gè)個(gè)來(lái)源于實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中進(jìn)行著跨學(xué)科的學(xué)習(xí)，提升工程技術(shù)的基本素養(yǎng)的目標(biāo)便水到渠成。

經(jīng)驗(yàn)四：團(tuán)隊(duì)合作研究是基于STEM教育的創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)的重要育人手段

因此目前的青少年發(fā)明創(chuàng)造項(xiàng)目一般都是由1至3名學(xué)生組成，這讓指導(dǎo)教師進(jìn)行活動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有特別關(guān)注團(tuán)隊(duì)合作研究的內(nèi)容。

引入STEM教育后，團(tuán)隊(duì)合作研究成為了硬性要求，每個(gè)項(xiàng)目必須要有3名以上學(xué)生參與，任何一名學(xué)生都可以利用自己的創(chuàng)新發(fā)明創(chuàng)意在公示欄中招募合作對(duì)象，團(tuán)隊(duì)組建后，制訂研究計(jì)劃時(shí)必須進(jìn)行任務(wù)分工，分清每個(gè)成員的任務(wù)，共同來(lái)推進(jìn)項(xiàng)目?？此坪?jiǎn)單的合作人數(shù)改變，培育效果十分明顯，學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作的真實(shí)環(huán)境中學(xué)會(huì)與人相處，學(xué)會(huì)與人溝通，學(xué)會(huì)互相配合，明確自己在團(tuán)隊(duì)中的分工定位，能夠在整個(gè)團(tuán)隊(duì)中尋找機(jī)會(huì)表現(xiàn)自己，這將有效地提升青少年將來(lái)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

綜上所述，一個(gè)典型融入STEM教育的青少年創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)就是在一個(gè)表面上看來(lái)雜亂無(wú)章實(shí)際分工合作有條不紊的學(xué)習(xí)情境中，輔導(dǎo)者通過(guò)項(xiàng)目引領(lǐng)的方式，吸引學(xué)生團(tuán)隊(duì)聚焦在解決實(shí)際問(wèn)題的項(xiàng)目里，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的實(shí)際解決，按項(xiàng)目需求學(xué)習(xí)各科知識(shí)，整體提升學(xué)生的工程技術(shù)素養(yǎng)。