周迎春

【摘 要】本文闡述了STEM教育的基本理論，提出了從社會(huì)、學(xué)校、家庭三個(gè)維度創(chuàng)設(shè)體驗(yàn)空間，基于自身教育實(shí)踐，從開(kāi)設(shè)創(chuàng)新課程、構(gòu)建“工作坊”教學(xué)模式、形成評(píng)價(jià)新機(jī)制、提供傳統(tǒng)的和開(kāi)源軟硬件制作工具、吸納專(zhuān)業(yè)及背景廣闊的跨界導(dǎo)師、構(gòu)建線上線下互聯(lián)互通的融合空間這六個(gè)方面進(jìn)行STEM教育的實(shí)施研究，以點(diǎn)燃學(xué)生創(chuàng)新造物的熱情，增強(qiáng)國(guó)家創(chuàng)新實(shí)力，解答“錢(qián)學(xué)森之問(wèn)”。

【關(guān)鍵詞】STEM教育；Scratch編程；3D建模打??；創(chuàng)客教育

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.67 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2017）04-0035-04

著名的物理學(xué)家錢(qián)學(xué)森曾提出這樣一個(gè)問(wèn)題：“為什么我們的學(xué)?？偸桥囵B(yǎng)不出杰出的人才？”這一世紀(jì)之問(wèn)引發(fā)了教育界的深入思考。毫無(wú)疑問(wèn)，我們的學(xué)校能夠培養(yǎng)出來(lái)“人才”，只是錢(qián)老所說(shuō)的“杰出人才”更強(qiáng)調(diào)的是具有創(chuàng)新能力的人才。特別是在世界多極化、經(jīng)濟(jì)全球化背景下，科技創(chuàng)新成為驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力，科技人才是國(guó)家科技實(shí)力、創(chuàng)新實(shí)力和國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)，因此，培養(yǎng)科技人才、提升創(chuàng)新能力成為各國(guó)教育的重要內(nèi)容。而我國(guó)在應(yīng)試教育背景下，長(zhǎng)期以來(lái)存在著重腦力輕手工、重理科輕工程的現(xiàn)象，相當(dāng)多的學(xué)生眼高手低、高分低能。遠(yuǎn)在大西洋彼岸的創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)似乎可以為我們提供新思路：美國(guó)有“惠普車(chē)庫(kù)”“迪斯尼車(chē)庫(kù)”“亨利·福特車(chē)庫(kù)”“蘋(píng)果電腦車(chē)庫(kù)”“A Spec車(chē)庫(kù)”等這些為全球提供創(chuàng)新科技的“車(chē)庫(kù)”，于是便有了“車(chē)庫(kù)文化”一說(shuō)。這種車(chē)庫(kù)文化體現(xiàn)了美國(guó)國(guó)民的“尚技重工”，推進(jìn)了人類(lèi)科技的進(jìn)步，也潛移默化地影響著他們的下一代，這種“車(chē)庫(kù)文化”就是創(chuàng)客教育，它提倡自己動(dòng)手DIY、鼓勵(lì)創(chuàng)新開(kāi)拓的思想。同時(shí)，STEM教育被視為培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力的有效方式，受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。STEM 即科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門(mén)學(xué)科的簡(jiǎn)稱，于20世紀(jì)80年代末由美國(guó)科學(xué)基金會(huì)聯(lián)合科學(xué)家、技術(shù)家、工程師和數(shù)學(xué)家共同提出。STEM教育致力于培養(yǎng)和提高學(xué)生跨學(xué)科解決問(wèn)題的能力，強(qiáng)調(diào)工程技術(shù)與科學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科的融合。雖然，創(chuàng)客教育與STEM教育的關(guān)系在學(xué)術(shù)界仍然存在爭(zhēng)議，但是在實(shí)踐中將學(xué)校內(nèi)的創(chuàng)客教育視為STEM教育，是一種平衡實(shí)踐和理性的辦法。美國(guó)的STEM教育實(shí)踐證明，STEM教育可以提升國(guó)民素質(zhì)，促進(jìn)就業(yè)與收入分配的均衡化，增強(qiáng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力，驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新。

創(chuàng)設(shè)STEM教育體驗(yàn)空間

目前，我國(guó)的STEM教育逐漸蓬勃發(fā)展起來(lái)，2016年3月發(fā)布的《中國(guó)創(chuàng)客教育藍(lán)皮書(shū)2015》，體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)STEM教育的重視。許多學(xué)校也相繼開(kāi)展了STEM教育實(shí)踐，并取得一定的成果，如清華大學(xué)i.Center眾創(chuàng)空間、英特爾—西南交通大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)客活動(dòng)中心、溫州中學(xué)DF創(chuàng)客空間和北京市豐臺(tái)區(qū)第八中學(xué)創(chuàng)客空間。但是前進(jìn)的道路不會(huì)是一帆風(fēng)順的，筆者在基層了解到的許多學(xué)校的STEM教育運(yùn)作模式是：當(dāng)上級(jí)發(fā)文有創(chuàng)新競(jìng)賽或者機(jī)器人賽事的時(shí)候，學(xué)校層面布置發(fā)動(dòng)，購(gòu)置賽事主辦方規(guī)定某贊助商所在公司生產(chǎn)的機(jī)器人，訓(xùn)練學(xué)生參賽拿獎(jiǎng)。很多學(xué)校的STEM教育的實(shí)施現(xiàn)狀從實(shí)施時(shí)間上看是從文件頒布開(kāi)始到拿獎(jiǎng)狀結(jié)束；從內(nèi)容上看創(chuàng)新大賽往往嫁接了許多教師的創(chuàng)意，機(jī)器人比賽運(yùn)用指定機(jī)型、指定軟件、指定方案進(jìn)行設(shè)計(jì)；從受眾上看，僅是一小部分學(xué)生參與。因此，在STEM教育的實(shí)踐過(guò)程中存在著內(nèi)容形式化、創(chuàng)意虛假化、目的功利化的不足。教育是慢的藝術(shù)，它需要有一個(gè)普及的、持續(xù)的推動(dòng)，因此STEM教育的實(shí)踐就必須建設(shè)體驗(yàn)空間，讓每一名學(xué)生都有機(jī)會(huì)、有時(shí)間、有空間感受STEM教育的魅力，點(diǎn)燃創(chuàng)造激情。

1. 從社會(huì)層面，培育有共同興趣愛(ài)好或利益的社會(huì)群體

如上海創(chuàng)客中心在內(nèi)的90家創(chuàng)業(yè)服務(wù)組織共同成立了上?！氨妱?chuàng)空間”聯(lián)盟，中國(guó)電子學(xué)會(huì)現(xiàn)代教育技術(shù)分會(huì)牽頭的全國(guó)中小學(xué)STEAM教育大會(huì)目前已召開(kāi)四屆；柴火創(chuàng)客空間得到全球最大的創(chuàng)客集會(huì)Maker Faire 官方授權(quán)，以主辦方的形式從2012 年起開(kāi)始每年舉辦深圳制匯節(jié)。社會(huì)作為一個(gè)大的環(huán)境，擁有豐富的資源和條件，社會(huì)群體的建立一方面可以吸引志同道合的學(xué)生聚集在一起激發(fā)熱情，彼此的想法碰撞出創(chuàng)造火花；另一方面有利于資源的整合和充分利用。利用學(xué)校以外的一些好的資源和服務(wù)，還會(huì)讓學(xué)校和學(xué)生暢通地享受高精尖技術(shù)帶來(lái)的視野和能力的躍升，以及以此為載體帶來(lái)的人際交流范圍的擴(kuò)大，為其以后健康走入社會(huì)和生活奠定基礎(chǔ)。

2. 從學(xué)校層面，建設(shè)STEM體驗(yàn)中心

最近江蘇、重慶、上海等地命名了一批STEM實(shí)驗(yàn)學(xué)校或者STEM實(shí)驗(yàn)工作室。學(xué)校是教書(shū)育人的主要陣地，因此非常有必要通過(guò)學(xué)校層面的引領(lǐng)來(lái)帶動(dòng)STEM教育或者說(shuō)創(chuàng)客教育的開(kāi)展。在各校建設(shè)STEM體驗(yàn)中心或者創(chuàng)客教室，對(duì)學(xué)生更開(kāi)放，可以讓每一名學(xué)生都能動(dòng)動(dòng)手、動(dòng)動(dòng)腦，切實(shí)感受到STEM教育的魅力。

3. 從家庭層面，建設(shè)角落文化

創(chuàng)作需要有一個(gè)DIY的三維物理空間。美國(guó)有車(chē)庫(kù)文化，但許多中國(guó)家庭目前的住房條件或許都不具備?；诒緡?guó)國(guó)情，每個(gè)中國(guó)家庭里可以建設(shè)“角落文化”，并配置DIY的相應(yīng)工具器材，以供孩子們?cè)诳臻e時(shí)間動(dòng)手?jǐn)[弄，在這小小的角落里說(shuō)不定就能萌生大大的創(chuàng)意。

只有建立良好的創(chuàng)客教育大環(huán)境才能讓創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)席卷全國(guó)。所以，要解決STEM課程的空間體驗(yàn)問(wèn)題，需要通過(guò)社會(huì)、學(xué)校、家庭的“三維驅(qū)動(dòng)”才能有效打通邊界，使得社會(huì)之間、學(xué)校之間、家長(zhǎng)之間的知識(shí)和智慧暢通流傳，以智慧生成智慧，最終服務(wù)于學(xué)生的健康成長(zhǎng)與發(fā)展。

STEM教育的實(shí)施策略

1. 開(kāi)設(shè)STEM創(chuàng)新課程

除了物理空間的創(chuàng)設(shè)之外，學(xué)校還應(yīng)該開(kāi)設(shè)符合校本、生本的STEM創(chuàng)新課程，以及持續(xù)推進(jìn)機(jī)制的建立。市場(chǎng)上一些公司推出的課程或許有些借鑒意義，但大都是美國(guó)的舶來(lái)品，在中國(guó)落地生根需要適應(yīng)、嫁接和改造的過(guò)程。筆者近幾年在實(shí)踐的基礎(chǔ)上先后編撰了《中小學(xué)生3D建模打印教程》和《面向STEM的Scratch創(chuàng)新課程》，并且在小學(xué)高年級(jí)全年級(jí)推進(jìn)，受到了家長(zhǎng)和同行的好評(píng)。具體策略是，在五年級(jí)開(kāi)設(shè)3D建模打印社團(tuán)，六年級(jí)成立STEM創(chuàng)新社團(tuán)，全年級(jí)開(kāi)設(shè)3D建模打印課程和Scratch創(chuàng)新課程，這樣五年級(jí)的社團(tuán)成員到了六年級(jí)成為了教師小助手，STEM創(chuàng)新社團(tuán)成員也成了Scratch創(chuàng)新課程實(shí)施中的好幫手。

2. 采用“工作坊”教學(xué)模式

開(kāi)設(shè)創(chuàng)客空間，并設(shè)置有專(zhuān)門(mén)的創(chuàng)意課程，為學(xué)生們提供“讓想象落地”的平臺(tái)很重要。在實(shí)際教學(xué)中，探索適合這一嶄新課程的教學(xué)模式也需要一線教育者去實(shí)踐與思考。筆者在實(shí)際教學(xué)中采用“工作坊”的教學(xué)模式，取得了預(yù)期的成效。例如，筆者在2016蘇州市小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)觀摩活動(dòng)中的公開(kāi)課“沙灘椅塑料構(gòu)件制作”，從孩子們熟悉的“沙灘椅損壞后如何修復(fù)”這一問(wèn)題入手，讓學(xué)生體驗(yàn)運(yùn)用3D建模打印解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。教學(xué)過(guò)程中探索“工作坊”教學(xué)新模式，微課、學(xué)案、教材、小組協(xié)作結(jié)合運(yùn)用，各環(huán)節(jié)在教師的主導(dǎo)下有序展開(kāi)，整課以“課題競(jìng)標(biāo)”為主線，在PPT上實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)記錄，教學(xué)容量大，節(jié)奏快，適合高年級(jí)學(xué)生的年齡特點(diǎn)，取得了良好的教學(xué)效果?！肮ぷ鞣弧钡慕巧腥N，分別為“參與者”“專(zhuān)業(yè)者”“促成者”，這里教師需要培育好“專(zhuān)業(yè)者”，這是工作坊教學(xué)模式成功的關(guān)鍵所在。3D建模課程是在六年級(jí)全年級(jí)進(jìn)入課程的，之前的五年級(jí)開(kāi)設(shè)了3D建模打印社團(tuán)。這些“精英”到了六年級(jí)自然而然成為了“專(zhuān)業(yè)者”。在Scratch創(chuàng)新課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)校STEM創(chuàng)新社團(tuán)的成員們則也相應(yīng)地成為了“專(zhuān)業(yè)者”。工作坊的寬松環(huán)境有利于學(xué)生發(fā)散性思維的培養(yǎng)和學(xué)生間的協(xié)助活動(dòng)的開(kāi)展。

3. 探索教學(xué)評(píng)價(jià)新機(jī)制

筆者在實(shí)踐中還對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)及獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制進(jìn)行了一定的探索，取得了較好的成效。

首先是改變學(xué)生的評(píng)價(jià)模式，在應(yīng)試教育的浸潤(rùn)下，許多信息技術(shù)教師至今還用“考試”來(lái)決定學(xué)生的評(píng)價(jià)結(jié)果。這就造成學(xué)生一些平時(shí)學(xué)習(xí)的惰性，試圖與其他學(xué)科一樣，在最后的考試中僥幸過(guò)關(guān)。針對(duì)這一現(xiàn)象，筆者制定了平時(shí)成績(jī)占百分之九十，期末考核占百分之十的評(píng)價(jià)機(jī)制。每節(jié)課作品完成并通過(guò)作業(yè)提交系統(tǒng)上交的、項(xiàng)目推進(jìn)明顯、回答難度系數(shù)較高問(wèn)題等方面表現(xiàn)良好的即時(shí)加分。最后對(duì)總分進(jìn)行排序，決定學(xué)生最終成績(jī)的評(píng)定。

在同樣的評(píng)價(jià)策略下，筆者又發(fā)現(xiàn)班級(jí)和班級(jí)之間存在著不小的差異?；诖送瞥霭嗉?jí)作品完成排行榜，及時(shí)公布平行班各班的作品完成總數(shù)及完成率，喚醒班級(jí)的集體榮譽(yù)感。于是有的班級(jí)為了避免墊底，有的班級(jí)為了“一雪前恥”，有的班級(jí)則為了爭(zhēng)奪年級(jí)第一，紛紛找尋他們所謂的“潛力股”。這種你追我趕的氛圍的形成，顯然有利于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。當(dāng)然，設(shè)立一些激勵(lì)機(jī)制是必要的，比如，每班的前五名可以獲得老師的簽名贈(zèng)書(shū)，且可以進(jìn)入學(xué)校的STEM創(chuàng)新社團(tuán)等，這些激勵(lì)措施用來(lái)激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。

4. 提供傳統(tǒng)的和開(kāi)源軟硬件制作工具

在創(chuàng)客教室、STEM體驗(yàn)中心，配備讓學(xué)生能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意、摸到夢(mèng)想的3D打印機(jī)、Arduino等性價(jià)比高的硬件設(shè)備。Arduino是開(kāi)源硬件軟件，它基本透明掉了硬件電子部分，只剩下軟件部分，把電子部分組成“模塊”，這種簡(jiǎn)單易懂的軟件使得小學(xué)生也能輕松上手，理解使用。也正因如此，它的硬件價(jià)格低廉，軟件也無(wú)須購(gòu)買(mǎi)。國(guó)內(nèi)許多公司化運(yùn)作的機(jī)器人比賽，購(gòu)買(mǎi)一個(gè)器材動(dòng)輒幾千上萬(wàn)，筆者撰寫(xiě)的《面向STEM的Scratch課程》配套的可供全班學(xué)生使用的25套Arduino器材花銷(xiāo)總和不到2萬(wàn)，而且由于硬件的兼容性好，傳感器通用性強(qiáng)，在需要升級(jí)“版本”時(shí)還可有效利用原有器材。

5. 吸納專(zhuān)業(yè)及背景廣闊的跨界導(dǎo)師

對(duì)于處在發(fā)展中的學(xué)生來(lái)說(shuō)，擁有專(zhuān)業(yè)知識(shí)的教師的引領(lǐng)和指導(dǎo)是非常關(guān)鍵的。雖然中國(guó)目前還沒(méi)有出現(xiàn)類(lèi)似創(chuàng)客之父一樣有影響力等級(jí)的人物，但是在學(xué)校層面已經(jīng)有景山學(xué)校的吳俊杰、溫州中學(xué)的謝作如老師等引領(lǐng)；所有這些都為我國(guó)跨學(xué)科整合性人才的培養(yǎng)創(chuàng)造了有利條件。

6. 構(gòu)建線下線上互聯(lián)互通的融合空間

為了更好地實(shí)施教學(xué)，需要打破傳統(tǒng)課程的時(shí)空限制。在課程的教學(xué)過(guò)程中，在學(xué)生機(jī)端建立“教學(xué)微視頻”文件夾，學(xué)生除了在工作坊中探討，尋求專(zhuān)業(yè)者的指導(dǎo)外 ，還可以從校本課程、教學(xué)微視頻等多渠道及時(shí)獲得跨越障礙的有效信息。有的學(xué)生遠(yuǎn)程跟淘寶的傳感器賣(mài)家通過(guò)旺旺進(jìn)行溝通，了解傳感器的性能、安裝及相關(guān)重要參數(shù)等。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上的一些“專(zhuān)業(yè)者”也參與其間，交流將不再局限在課堂，也不再受到時(shí)間和空間的限制。

結(jié) 語(yǔ)

學(xué)校創(chuàng)客教育、STEM教育的課程開(kāi)發(fā)者謝作如老師指出，中小學(xué)建設(shè)創(chuàng)客空間必要的條件有：足夠大的場(chǎng)所、足夠全的工具，以及足夠長(zhǎng)的開(kāi)放時(shí)間。這三個(gè)足夠解決物理三維空間和實(shí)施的時(shí)間四個(gè)維度的要素。實(shí)際上，就如本文所述，要有效地持續(xù)推進(jìn)，還需要一線教師開(kāi)發(fā)的適合校情生情的實(shí)驗(yàn)課程，探索適應(yīng)教育新模態(tài)的教學(xué)模式及教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制，給各實(shí)驗(yàn)學(xué)校培訓(xùn)和配備STEM教育或者創(chuàng)客教育師資等。

1993年錢(qián)學(xué)森在寫(xiě)給錢(qián)學(xué)敏的信中這樣描述未來(lái)的教育：“我在想，中國(guó)21世紀(jì)的教育是要培養(yǎng)18歲的大成智慧學(xué)碩士?！?010年我國(guó)在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中提出了戰(zhàn)略目標(biāo)，即到2020年進(jìn)入人力資源強(qiáng)國(guó)行列，我們也欣喜地看到“北京創(chuàng)客空間”“上海新車(chē)間”“深圳制匯節(jié)”都有的“大成碩士”的隱約身影。因此，我們有理由相信隨著創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)的深入發(fā)展，相信會(huì)有更多的教育工作者對(duì)STEM教育進(jìn)行實(shí)踐和研究，逐步形成突破時(shí)空界限、多場(chǎng)景無(wú)縫銜接與融合的全時(shí)空化學(xué)習(xí)情境，點(diǎn)燃學(xué)生的創(chuàng)新造物的火花，提升STEM素養(yǎng)，也最終將會(huì)找到錢(qián)老世紀(jì)之問(wèn)的解決之道。

（作者單位：江蘇蘇州市吳江區(qū)鱸鄉(xiāng)實(shí)驗(yàn)小學(xué)）