□ 丁建勇

一、關于STEAM教育核心概念的界定

STEAM是科學 （Science）、 技術（Technology）、 工程（Engineering）、藝術 （Arts） 和數(shù)學 （Mathematics）五個學科的簡稱。其中，“S”是指科學的概念，是開展STEM課程的基礎，因為無論課程主題是什么，都要圍繞一個科學概念來展開；“T”所代表的技術是學生在課程中操作工具、運用材料等動手能力；“E”即工程，是進行問題分析、設計方案、建模、測試等解決問題的過程，這也通常是課程設計的主線；“A”即藝術，指廣泛的人文藝術科目，涵蓋社會研究、語言、形體、音樂、美學和表演等；“M”是數(shù)學和計算思維，是指學生和教師進行數(shù)據(jù)解讀與分析的能力。STEAM教育支持學生通過整合學科知識并運用這些知識認識世界、改造世界，達到培養(yǎng)自身解決問題的創(chuàng)新能力。它要求學習者帶著問題學習，是基于項目式、情景式、探索式的學習。它要求教育者擁有多學科、跨學科、綜合性、多面性的知識，以趣味性、游戲性的教學方式去設計和開發(fā)STEAM課程。

STEAM教育由美國政府主導的STEM教育計劃演變而來。STEM教育研究最早起源于美國科技促進協(xié)會在1985年發(fā)起的一項致力于改革美國科學、數(shù)學與科技教育的 “2061計劃”。STEM教育模式以項目為引領，強調(diào)在眾多孤立的學科中建立一個新的橋梁，為學生提供整體認識世界的機會，以消除傳統(tǒng)教學中各學科知識割裂、不利于學生綜合解決實際問題的障礙，是一種大綜合的科學教育理念。后因部分學者主張，STEM只是 “理工科”的學習，不應該只包含理工科知識，還需要有藝術、人文、社會、情感等學科的融入，所以應該加上一個“A”， 即藝術 （Arts）， 故而 STEM變成了STEAM。

國外STEAM教育主要集中在美國、英國等發(fā)達國家。如美國的“項目引路”（PLTW）機構在中學階段推出的STEAM課程的教學活動多為基于項目或問題的學習，讓學生在產(chǎn)品研究、設計、測試中得到綜合訓練。美國還建立了專門的STEAM中學，學生可以申請經(jīng)費、得到專家的指導，學校為表現(xiàn)好的學生設立大學先修課程，大幅提高了學生在這些領域的知識及科研水平。

STEAM教育中國特色體系已初現(xiàn)端倪。2016年，《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中指出，有條件的地區(qū)要積極探索信息技術在“眾創(chuàng)空間”、跨學科學習（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應用。2017年，教育部印發(fā)的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》明確將創(chuàng)意物化能力培養(yǎng)作為課程目標，引導中小學開展STEAM教育。2018年1月，在新頒布的普通高中課程標準中，很多學科也都明確滲透或倡導了STEAM教育思想。STEAM教育已成為我國進一步深化課程教學改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式和選拔模式、提升學生科學與創(chuàng)新素養(yǎng)的重要抓手。

二、中美合作STEAM課程項目教學實踐案例

2017—2018年，河北定州中學與美國加利福尼亞州奇諾谷學區(qū)開展項目合作，在河北省基礎教育領域率先嘗試了中美合作全英文STEAM課程項目，將學校課程體系與美國科學類、技術類、工程類、數(shù)學類、文學類、藝術類、外語類等課程對接和融合，圍繞學校特色綜合實踐類校本課程建設和特色拓展探究類校本課程建設展開研究與探索，并取得了一定實際效果，為推進STEAM課程本土化和特色化研究與實踐提供了可行性范例，具有重要的現(xiàn)實意義和實踐價值。

（一） 關于《制作凈水設備》的課程案例

1.課程目標

培養(yǎng)學生環(huán)保意識和創(chuàng)造理念，在世界范圍內(nèi)研究解決水污染問題的方法和策略，確保農(nóng)村水污染地區(qū)用水安全。制作一個多種類型的、易于使用的凈水設備，最終成品是學生做出的凈水系統(tǒng)，學生們以專題廣告形式和畫廊陳列模式來展示產(chǎn)品，進行模擬商業(yè)銷售。

2.科目設置及授課內(nèi)容

該項目總學時30小時，包括英語語言文學、化學、數(shù)學、3D虛擬設計、工程 （3D實體模型）等五個科目教學內(nèi)容。英語課：閱讀關于水污染的研究文章，討論當?shù)厮廴締栴}，并為凈水系統(tǒng)寫使用說明并作為銷售廣告。化學課：學習凈水系統(tǒng)的原理并對凈化前后的水進行檢測。數(shù)學課：計算凈化出的純水占凈化之前的百分比，并計算出需要凈化多少水以供家庭使用。工程課：在電腦上設計凈化系統(tǒng)，并使用工程設計制法來制作模型。

授課期間，學生以合作小組形式人人參與，運用英語進行閱讀、寫作和交流，并設計、制定問題解決方案，同時反復論證、修改?；顒咏Y束時，學生通過廣告設計、3D作品、實體模型等形式，展示設計思路和產(chǎn)品，并進行模擬商業(yè)銷售。

（二）關于《衛(wèi)星和軌道航天器》的課程案例

1.課程目標

發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，開發(fā)學生想象力和動手操作能力，增強社會實踐能力；陶冶學生的語言、文學、美術、健體等藝術修養(yǎng)，提升學生的跨文化語言交際能力；引領學生了解自身興趣愛好、性格特征，提高學生對未來進行職業(yè)規(guī)劃的能力。學生以繪畫藝術、電腦設計、實體模型來展示衛(wèi)星、機器人和宇宙飛船圖案，并通過實際操作演示宇宙飛船著陸。

2.科目設置及授課內(nèi)容

本項目總學時30小時，包括以下科目：《工程Engineering》：工程建造、評估和重新設計模擬發(fā)射衛(wèi)星；工程設計和建造減震系統(tǒng)以運輸宇宙飛船?！端囆g欣賞Art Appreciation》：行星藝術品，學習藝術元素——形狀、線、顏色、明暗度、紋理?！犊茖WScience》回顧和注釋與衛(wèi)星和航天器有關的文章?！稊?shù)學探究 Mathematical Inquiry》：制定一個幾何機器人，送入太空；制定和草擬衛(wèi)星設計?！洞髮W/職業(yè)規(guī)劃 College/Career Readiness》：使用計算機實驗室探究自己感興趣的領域和職業(yè)?！睹绹鴼v史American History》： 馬丁·路德·金及美國黑人運動史等。《體育運動Physical Education》：美式橄欖球、排球、籃球、跳繩等。

在完成項目的過程中，學生發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，設計外形美觀的衛(wèi)星和機器人模型。通過力學裝置，將物理力學、建筑學和藝術審美有機結合起來。項目任務不僅涉及了物理、工程等基礎知識，而且還從團隊協(xié)作、數(shù)學探究、職業(yè)規(guī)劃、藝術修養(yǎng)、人文歷史及強健體魄等綜合角度全方位讓學生體驗不同專業(yè)學科領域常識。

三、中美合作STEAM課程項目的運作流程、主要特征及其教學魅力

中美合作STEAM課程項目基于 “一個核心”（課程的核心或立足點基于要解決的問題或項目），圍繞 “兩個循環(huán)”開展 （教師的教學設計和學生的學習活動圍繞 “探究學習循環(huán)”和 “設計制作循環(huán)”），呈現(xiàn) “六個特征”（即課程具有 “跨學科學習、跨文化交流、工程設計主導、學生動手操作、團隊共同參與、成果多元開放”的主要特征），凸顯 “六個魅力”（即創(chuàng)新魅力、人文魅力、思維魅力、實踐魅力、合作魅力、個性魅力）。

（一）中美合作STEAM課程的目標、核心或立足點基于要解決的問題或項目

STEAM課程強調(diào)在看似雜亂無章的學習情境中發(fā)展學生的問題設計能力和問題解決能力。學生學習的過程就是解決實際問題和完成實際項目的過程，是對傳統(tǒng)的分學科教學中教師 “講授原理”“舉例說明”“鞏固訓練”等慣性教學方式和學習方式的一種顛覆和革命。因此，基于現(xiàn)實情境的真實問題或項目的解決構成了驅(qū)動學習的任務目標、核心因素和關鍵點位。

（二）教學始終圍繞“探究學習循環(huán)”和“設計制作循環(huán)”進行

STEAM項目研究過程包括了“探究學習”和 “設計制作”兩個并行或串行展開基本循環(huán)。在STEAM課堂上，學生圍繞問題或項目，根據(jù)個人的興趣及學習中的困惑和疑問，開展 “探究學習”和 “設計制造”活動，主動搜集資料、分析數(shù)據(jù)，并設計、測試和改進問題的解決方案，同時不斷與合作伙伴交流、分享研究成果，進而提高學生對科學概念的理解，充分發(fā)展學生的實踐與創(chuàng)新能力。

（三）中美合作STEAM課程的主要特征及其教學魅力

與傳統(tǒng)分學科教學相比，中美合作STEAM課程具有鮮明的跨學科、跨文化、體驗性、情境性、協(xié)作性、設計性、藝術性、趣味性、實證性和技術增強性等特點，尤其凸顯了 “跨學科學習、跨文化交流、工程設計主導、學生動手操作、團隊共同參與、成果多元開放”等主要特征，并在 “創(chuàng)新性、人文性、實踐性、工程思維、合作學習、學生個性發(fā)展”等方面展現(xiàn)出獨特的教學魅力。

1.跨學科學習展現(xiàn)STEAM課程的創(chuàng)新魅力

STEAM課程的跨學科學習是一種現(xiàn)代教育哲學，具有方法論意義。它不是把科學、技術、工程、藝術和數(shù)學等知識進行簡單疊加，而是在解決實際問題中使各門學科有目的、有意識地有機融合。

首先，對中國教師來說，跨學科學習促使其跳出基于標準化考試的傳統(tǒng)教育思維定式，使其勇于以融合多種學科的視角積極探索，在教育理念、教學方式和教學內(nèi)容上不斷革故鼎新。其次，對中國學生來說，不僅在跨越學科界限、綜合運用多種學科知識設計解決方案的過程中，逐步形成跨學科的思維習慣和學習習慣，而且在對一個個模糊不確定的課題的一次次鍥而不舍的探究過程中，會進一步啟迪求異思維，發(fā)掘創(chuàng)造潛質(zhì)，生成創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。再次，對中國學校來說，課程項目本身最直接、最重要的價值就是引發(fā)對校本課程體系的改革創(chuàng)新。

2.跨文化交流彰顯STEAM課程的人文魅力

跨文化交流為學生搭建了平臺，提供了機會，增強了學生的人文情懷、藝術修養(yǎng)和語言修為。一是為幫助學生樹立人類命運共同體意識和多元文化意識，形成開放包容的態(tài)度創(chuàng)造了條件，為學生未來適應經(jīng)濟全球化和社會信息化奠定了基礎。二是通過美術、音樂、健體等藝術課程人文素養(yǎng)浸潤，培養(yǎng)學生高尚的審美情操和藝術鑒賞品位。三是地道的英語口語教學和英美文學增強了學生的語言、文學修養(yǎng)，提升學生的跨文化語言交際能力。四是職業(yè)規(guī)劃課程學習，引領學生了解自身興趣愛好、性格特征、擅長的學科，進一步提高對未來進行職業(yè)規(guī)劃的能力。

3.工程設計主導透視STEAM課程的思維魅力

工程始終是STEAM課程的主導或主線，能夠在有意義的情境中整合，強化科學、技術、藝術、數(shù)學等學科學習和應用。工程的關鍵是在工程設計和研究過程中要形成工程思維。工程思維是一種籌劃性、系統(tǒng)性的思維，是運用各種知識解決工程實踐問題的核心，關系到提出問題的時機、工作的排序與調(diào)整、形成有效的思維模式、如何判斷工作成果優(yōu)劣等程序和方法。通常包括以下步驟：一是確定需要解決的問題和需要達成的目標；二是研究和制定解決問題的方案；三是根據(jù)已有知識與目標制作模型；四是對模型進行評估，選擇最優(yōu)方案；五是如果沒有達到預期目標，則重新定義問題設計步驟。

當前高中學校的教學方式多以認知型思維為主。STEAM課程將工程思維引入課堂教學，是一種思維方式的變革。工程思維能夠使學生完整地經(jīng)歷提出問題、規(guī)劃方案、修訂方案、解決問題、形成成果、展示交流、評價改進的各個階段，使學生的知識與技能、實踐應用能力、遷移創(chuàng)新能力、跨領域合作溝通能力等不斷發(fā)展，對學生思維方法、心智模式、統(tǒng)籌能力的形成具有重要意義。

4.學生動手操作體現(xiàn)STEAM課程的實踐魅力

STEAM教室與傳統(tǒng)教室不同，是一個布置著木板、銼刀、畫筆、電線、電路板、芯片、3D打印機以及各種教育科技產(chǎn)品的工作坊或操作間。學生的認知與學習，是通過動手操作活動這一中介體完成的。在做中學，在學中做。用互聯(lián)網(wǎng)查詢資料、構想可行性方案、動手制作產(chǎn)品等一系列實踐活動，由此激發(fā)學生無窮的創(chuàng)造潛能，這就是STEAM教育的實踐魅力。

5.團隊共同參與凸顯STEAM課程的合作魅力

STEAM課程凸顯了教學過程中溝通、互動、交往和合作的本質(zhì)。傳統(tǒng)教學中的學習方式為“孤獨學”或“單一學”，而STEAM 為 “對學”或 “群學”。傳統(tǒng)教學中的信息傳遞方式為“一對多”，而STEAM課程中實現(xiàn)了多元化，既有 “一對多”，也有“多對一”，更有 “一對一”和 “多對多”。

一是在達成團隊目標的過程中，通過個體發(fā)言、同位商討、小組討論、同學辯論、教師點評等多維互動方式展示不同的觀點和經(jīng)驗，實現(xiàn)課上互學、課下互助、師生互動、生生合作的多邊活動形態(tài)，有利于項目順利開展。二是通過合作學習、質(zhì)疑爭辯，增強學生學習動機，為學生提供更多參與課堂的機會，融洽同學之間的合作關系，進而提高課堂教學活力。三是在反思、改進的過程中，提高學生接受反饋、與同伴對話、反思改進的能力，主動糾正錯誤，享受學習愉悅，感受成長幸福，有助于學生創(chuàng)造生命力的生成、持續(xù)和延展。

6.成果多元開放釋放STEAM課程中學生的個性魅力

成果的多元開放是STEAM教育的真正魅力所在。在進行工程設計時，學生們或分析歸納，或聯(lián)想想象，或發(fā)散收斂，或探索批評，常會提出一些出乎教師意料的充滿奇思妙想和個性思維的設計思路，在思維靈活性、聯(lián)想和創(chuàng)新能力等方面表現(xiàn)出風格迥異的個性特點和魅力。

當然，學生的探究結果有可能與教師預期結論并不相同，也可能是失敗的，但STEAM課程允許挫折、彎路和失敗。事實上，創(chuàng)新就是一個試錯的過程，基于失敗作品的重新研制也是正常且必要的，對失敗的反思、重新設計與制作的過程，就是一個再認識、再思考和再創(chuàng)造的過程。尊重差異，允許失敗，發(fā)掘?qū)W生的聰明才智和創(chuàng)新潛質(zhì)，綻放學生個性發(fā)展的魅力之花！

四、結語

新時代，新思維，新課程。在當前推進中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)落地、加強創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的大背景下，學校課程建設要主動作為，把培育學生積極的人生態(tài)度、價值取向、創(chuàng)新意識和關鍵能力有機整合為課程目標，積極借鑒國外STEAM教育優(yōu)質(zhì)資源，加強STEAM教育的本土化、特色化探索，讓科學與創(chuàng)新深入每一個孩子的心田，進一步培養(yǎng)學生的家國情懷、國際視野和人類命運共同體意識，努力寫好高中新課程改革的奮進之筆！