趙亮

一、對STEM教育的深刻認識

STEM教育以真實問題解決為任務(wù)驅(qū)動，讓學(xué)生通過運用多學(xué)科知識和技能來解決實際問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的實踐、創(chuàng)新與探究能力。

1. STEM教育有利于完整知識體系的形成和綜合思維能力的培養(yǎng)

人類的智慧來源于知識觀的完整，它不是零敲碎打的，而是與整體特征密切相關(guān)的。現(xiàn)行的分科教學(xué)有利于系統(tǒng)知識的習(xí)得，但不利于完整知識體系的形成和綜合思維能力的培養(yǎng)。STEM教育中的跨學(xué)科學(xué)習(xí)倡導(dǎo)根據(jù)生活中的問題設(shè)置主題，不同學(xué)科圍繞同一個主題，構(gòu)建相互銜接貫通的課程體系。同時強調(diào)整合各學(xué)科知識解決實際問題，從而鍛煉學(xué)生的綜合思維能力。

2. STEM教育是促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的有效方式

深度學(xué)習(xí)既是決定人工智能興衰的關(guān)鍵所在，也是決定未來教育成敗的關(guān)鍵所在。人類要想從人工智能時代的職場中勝出，就必須從強調(diào)記憶和練習(xí)的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中脫離出來。因此，我們急需探尋一種新的教育模式促進學(xué)生進行深度學(xué)習(xí)。STEM教育強調(diào)還原知識的豐富情境，在面向?qū)嵺`的學(xué)習(xí)活動中，以技術(shù)為支持，以任務(wù)驅(qū)動的方式組織學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生用所學(xué)知識解決實際問題，并提供成果展示及表達的機會，最終進行多維評價，這正符合深度學(xué)習(xí)的要求。

3. STEM教育有利于培養(yǎng)有創(chuàng)意、有溫度的人

在人工智能時代，有創(chuàng)意、有溫度的事情和工作無法被智能機器人所替代。創(chuàng)意和溫度是人工智能教育無法實現(xiàn)的領(lǐng)域，然而STEM教育卻著重培養(yǎng)學(xué)生成為一個有創(chuàng)意、有溫度的人。由于STEM教育涉及多個學(xué)科、多個領(lǐng)域，學(xué)生可以將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多個學(xué)科進行交叉融合，經(jīng)由實踐解決現(xiàn)實問題、進行創(chuàng)新設(shè)計，不斷培養(yǎng)和提升創(chuàng)新素養(yǎng)。STEM教育強調(diào)在真實情景下，學(xué)生通過合作探究解決實際問題，在此過程中學(xué)生的交流能力、合作能力得到鍛煉，并逐步發(fā)展成一個善于與人交流、善于幫助他人的有溫度的人。

二、STEM課程的緣起

1. 引導(dǎo)STEM試點校開展探究式項目的思考

在指導(dǎo)學(xué)校STEM研究過程中，我們首先引導(dǎo)學(xué)校開展基于學(xué)科特色的項目式學(xué)習(xí)研究。比如某試點學(xué)校組織數(shù)學(xué)、生物和物理學(xué)科積極開展了形式多樣的探究式項目學(xué)習(xí)，如表1所示：

【案例】水的秘密——壓強與浮力探究項目

初二物理課上，任課教師講授壓強與浮力知識點時改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，將該課改編成“水的秘密——壓強與浮力探究”項目。在該項目中，任課教師融合了學(xué)科內(nèi)部多種知識的講授與應(yīng)用，如物質(zhì)結(jié)構(gòu)、壓強、勢能等知識。

在項目實施過程中學(xué)生需要通過帕斯卡裂桶實驗理解水的壓強與深度的關(guān)系，然而現(xiàn)實環(huán)境無法滿足該實驗的實施，學(xué)生在探究活動中通過利用礦泉水瓶、橡皮膜、橡膠管制作了新的實驗裝置并順利完成了實驗。

2. 科創(chuàng)項目的啟發(fā)

引導(dǎo)學(xué)校結(jié)合自身發(fā)展特點把科技創(chuàng)新作為重點打造的文化特色之一，積極開展各種科創(chuàng)類主題項目，比如圖書分揀機器人項目、水火箭制作與發(fā)射項目和無人車探險項目等。

【案例】圖書分揀機器人項目

項目起因：初二年級學(xué)生在書吧借閱圖書時發(fā)現(xiàn)老師要經(jīng)常分揀、整理圖書，由此提出：“是否可以發(fā)明一個分揀圖書的機器人來減輕老師的工作負荷？”

項目開展：了解到學(xué)生這一想法后，信息教師牽頭組織其他相關(guān)學(xué)科教師第一時間投入研究“圖書分揀機器人”項目。項目開展過程中由圖書管理教師講授圖書分類方法，物理教師講授傳感器、物鏡、電子光學(xué)等知識，信息教師講授編程知識，美術(shù)教師參與指導(dǎo)學(xué)生進行外觀設(shè)計，多學(xué)科共同參與的探究活動就此展開。

3. 思考與啟發(fā)

通過以上活動的開展，學(xué)生表現(xiàn)出對該種學(xué)習(xí)模式濃厚的學(xué)習(xí)興趣，教師也表達了嘗試這種新型教學(xué)方法的強烈意愿。所以我們的STEM教育就是要以真實問題的解決為任務(wù)驅(qū)動，讓學(xué)生通過運用多學(xué)科知識和技能來解決實際問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的實踐、創(chuàng)新與探究能力，這也正是STEM教育的本質(zhì)所在。

接下來我們引導(dǎo)學(xué)校開始思考，如何打造符合學(xué)校辦學(xué)特色、學(xué)生成長特點、真正落地生根的STEM課程。

三、STEM課程的開發(fā)與實施

1. STEM課程目標的確定

STEM本質(zhì)上是一種跨學(xué)科教育，是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)）學(xué)科教育的統(tǒng)稱，其初衷是為了更有針對性地培養(yǎng)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)領(lǐng)域的人才，始終以培養(yǎng)“學(xué)科素養(yǎng)”（單科或綜合）為目標。因此，STEM課程目標首先應(yīng)包含學(xué)科目標，例如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、信息技術(shù)等學(xué)科目標。

同時，STEM教育不是多種學(xué)科的單一組合，其強調(diào)學(xué)生綜合運用多學(xué)科知識解決實際問題，可見其重視學(xué)生綜合能力的發(fā)展。然而，21世紀更需要具有創(chuàng)新能力的人才，更需要具有核心素養(yǎng)的人才?！吨袊鴮W(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》提出的我國學(xué)生應(yīng)發(fā)展的六大核心素養(yǎng)——人文底蘊、學(xué)會學(xué)習(xí)、科學(xué)精神、責(zé)任擔當、健康生活、實踐創(chuàng)新，已成為教育改革的風(fēng)向標。STEM教育因其倡導(dǎo)學(xué)科整合對發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)具有舉足輕重的作用，甚至被稱為發(fā)展核心素養(yǎng)的“療效藥”。因此，STEM課程目標也應(yīng)包含核心素養(yǎng)目標，并主要體現(xiàn)《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》中所提出的問題解決、技術(shù)運用等18個基本要點。

綜上所述，STEM課程目標包含學(xué)科目標和核心素養(yǎng)目標兩部分。

2. STEM課程定位及課程體系的形成

在這一階段，各個學(xué)校要分析學(xué)生的特點，梳理來自學(xué)生的反饋，然后通過專業(yè)團隊的研討，最終確定STEM課程定位，形成STEM課程體系。

（1）基于學(xué)生立場

學(xué)生應(yīng)永遠站在學(xué)習(xí)的正中央，真正成為學(xué)習(xí)的主人，各學(xué)校專門組織學(xué)生以小組合作的方式，讓學(xué)生圍繞身邊的校園生活盡情描繪他們心目中STEM課程的樣子。結(jié)果顯示，科學(xué)學(xué)習(xí)的有效工具、智能生活的特色產(chǎn)品、師生關(guān)系的巧妙維護、環(huán)境保護的創(chuàng)意發(fā)明以及未來校園的現(xiàn)實模樣等等，都是學(xué)生的興趣所在，也是學(xué)生樂于探究的方向。

（2）專業(yè)團隊分析研討

山東省STEM協(xié)同中心組織省內(nèi)外STEM專家團隊，定期與學(xué)校的STEM教師進行線上線下的專題研討，制訂詳細的實施方案，為學(xué)生成長提供最有力的支持與幫助。

在研究與實踐中，某初中試點學(xué)校整體工作比較突出，基于學(xué)生的培養(yǎng)方向和成長需求，圍繞校園生活實際問題構(gòu)建了5個版塊、12個項目的STEM課程體系。

項目組根據(jù)每個項目中涉及的知識點難易程度以及學(xué)生的學(xué)情，將項目合理劃分到不同年級，如表2所示：

3. STEM項目實施階段

在我們指導(dǎo)學(xué)校開展STEM的研究過程中，我們通過前期的探索實施，初步總結(jié)出一套STEM項目實施的一般過程，該過程分為項目啟動階段、項目實施階段、總結(jié)分享階段和評價反饋階段。

（1）項目啟動階段

在項目啟動階段，項目指導(dǎo)教師要將學(xué)生劃分小組，設(shè)計項目方案，明確小組分工，制訂小組計劃。

（2）項目實施階段

STEM項目的實施以活動探究為主要推進形式，通過設(shè)計難度層層遞推的問題，讓學(xué)生逐步解決，最終完成作品成果。在實際開展項目時，該階段會根據(jù)項目的實際情況劃分為更加具體的小階段。

（3）總結(jié)分享階段

在STEM項目中，學(xué)生完成一系列活動后需分享自己在項目中的收獲與感悟，并展示學(xué)習(xí)成果，該成果可以是作品也可以是研究報告等。

（4）評價反饋階段

在STEM項目的實踐中，各項目試點校要通過學(xué)生的學(xué)習(xí)、教師的教學(xué)等多維視角反饋項目學(xué)習(xí)效果，通過過程性、表現(xiàn)性、開放性的評價體系，引領(lǐng)學(xué)生進行基于真實世界的深度學(xué)習(xí)。

4. STEM課程評價

基于跨學(xué)科教學(xué)的STEM課程，強調(diào)學(xué)生實現(xiàn)學(xué)科目標和核心素養(yǎng)目標，這與傳統(tǒng)教學(xué)只強調(diào)學(xué)科目標的完成大不相同，因此在進行課程評價時應(yīng)多方考慮，不僅要完善評價的內(nèi)容，更應(yīng)創(chuàng)新評價過程、評價工具和評價的主體。

為了有效評估STEM的學(xué)習(xí)，我們引導(dǎo)學(xué)校建立評價體系，通過多樣的評價方式判斷學(xué)生的知識和能力水平。評價體系包含多元的評價主體、多元的評價工具、多元的評價過程和多元的評價內(nèi)容，如圖2所示。

四、STEM課程實施案例

下面將通過“時間都去哪兒了”這一項目具體介紹STEM課程的具體實施情況。

1. 項目主題

時間管理器的設(shè)計制作。

2. 適用年級

7—8年級。

3. 項目背景

學(xué)生從小學(xué)升入初中后，隨著學(xué)科數(shù)量的增加和課程難度的提升，時間管理的能力愈發(fā)重要。根據(jù)我們?nèi)粘＝虒W(xué)的經(jīng)驗來看，學(xué)業(yè)成績往往與時間管理的能力息息相關(guān)。在對學(xué)生的問卷中學(xué)生也普遍反映出時間管理的諸多困難。

本項目通過研究時間管理的方法，制作一個多功能時間管理器，幫助學(xué)生做時間管理的規(guī)劃與實施。該項目融合了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、物理學(xué)科知識，是典型的STEM課程案例。

4. 課程目標

科學(xué)：了解單片機計時器的原理，了解人體紅外傳感器的原理。

信息技術(shù)：掌握圖形化編程語言，了解物聯(lián)網(wǎng)初步知識，了解大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景。

工程：掌握電路的連接方法。

數(shù)學(xué)：掌握變量在程序中的應(yīng)用。

5. 學(xué)科目標

藝術(shù)：會用3D設(shè)計軟件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計及冷暖顏色的使用。

物理：了解光的三原色。

6. 核心素養(yǎng)目標

人文情懷：通過對時間管理器功能的人性化設(shè)計，培養(yǎng)以人為本的意識。

審美情趣：通過對時間管理器的外觀設(shè)計，培養(yǎng)感知、評價美的意識和基本能力。

勇于探究：通過對時間管理器不同功能的探究，激發(fā)學(xué)生的想象力。

樂學(xué)善學(xué)：通過對時間規(guī)劃的學(xué)習(xí)，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

信息意識：通過對物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)，主動適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”等社會信息化發(fā)展趨勢。

自我管理：通過對時間管理的學(xué)習(xí)，學(xué)會合理分配和使用時間與精力的方法。

問題解決：根據(jù)學(xué)生完成作業(yè)時間使用的現(xiàn)狀，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題，并指導(dǎo)學(xué)生制訂合理的解決方案。

技術(shù)運用：培養(yǎng)工程思維，能將創(chuàng)意和方案轉(zhuǎn)化為有形物品。

7. 課時安排

階段一：項目啟動

在該階段學(xué)生以小組為單位完成項目策劃書，即確定項目主題和項目目標，完成小組成員任務(wù)分配，制訂項目計劃并分析計劃的可行性。

階段二：功能設(shè)計

學(xué)生制作放學(xué)后的時間規(guī)劃表，并根據(jù)各自的時間規(guī)劃表在小組內(nèi)用頭腦風(fēng)暴的方法討論時間管理器的功能，并通過思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)。教師與學(xué)生共同分析所列功能的可行性與實際意義，確定實現(xiàn)時間管理器的三個功能：定時功能、自動提醒功能、不同提醒方式。

階段三：制作實現(xiàn)

在該階段學(xué)生以小組為單位，通過組裝器材、編寫程序、利用3D打印機分別實現(xiàn)定時功能、自動提醒功能、不同提醒方式。

階段四：總結(jié)分享

各小組制作完成時間管理器后，依次以小組為單位上臺展示講解各自的作品，并通過PPT的形式介紹在本次項目中自己的收獲和遇到的困難。

階段五：多元評價

在該階段學(xué)生通過完成《項目式學(xué)習(xí)小組合作能力自我評價表》《項目式學(xué)習(xí)小組合作能力他評表》《學(xué)生設(shè)計方案評價表》《學(xué)生參與項目情況評價表》《項目式學(xué)習(xí)中PPT展示評價表》和《作品展示評價表》等多種評價量表實現(xiàn)多種評價主體、評價過程和評價內(nèi)容的評價。

五、對STEM教育的思考

1. 跨學(xué)科是針對分科教學(xué)而言的，如何處理好分與跨的關(guān)系

各學(xué)科都有內(nèi)在邏輯的獨立性，跨學(xué)科學(xué)習(xí)需要堅實的學(xué)科基礎(chǔ)，沒有學(xué)科就沒有跨學(xué)科，兩者是相輔相成的，要處理好分科教學(xué)和跨學(xué)科學(xué)習(xí)的關(guān)系，從更廣闊的視野認識學(xué)習(xí)的本質(zhì)。

2. 學(xué)科融合方式選擇的重要依據(jù)是什么

哪幾門學(xué)科融合、怎么融合要根據(jù)所要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)而定，這樣可以有效避免STEM教育在實際教學(xué)中出現(xiàn)的學(xué)科之間盲目融合的弊端，為學(xué)生設(shè)計更有針對性的探究問題、學(xué)習(xí)內(nèi)容以及實踐活動，讓學(xué)生能夠真正掌握跨學(xué)科的思維和方法。

3. STEM教育應(yīng)該更注重終期產(chǎn)品的生成還是過程中學(xué)生的體驗

在項目開展中，雖然有時問題沒有得到完全解決，或者項目沒有得出最終的成果，但在參與、體驗中習(xí)得知識的方式對學(xué)生今后的長遠發(fā)展會產(chǎn)生深刻影響。

4. 開展STEM教育是否必須具備先進的教學(xué)設(shè)施和專業(yè)的STEM教師團隊

有人認為實施STEM教育的前提必須建有先進的教學(xué)設(shè)施，必須具有高精專的教師團隊，然而真正意義上的STEM教育強調(diào)利用學(xué)?，F(xiàn)有的教育條件、師資隊伍進行探索并逐漸完善。STEM教師團隊強調(diào)包含學(xué)校各學(xué)科教師，雖然有些教師目前還不具備專業(yè)STEM技能，但在陪伴、引領(lǐng)學(xué)生的過程中可以實現(xiàn)與學(xué)生的共同成長。

5. STEM只能演變?yōu)镾TEAM嗎

STEM教育是指科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）的有機結(jié)合。隨著時代發(fā)展STEM教育又強調(diào)藝術(shù)的深度融合，加入了藝術(shù)（Arts），演變?yōu)镾TEAM。然而無論STEM+任何元素均是源于教育的需要，源于學(xué)生的需求。因此，我們在指導(dǎo)學(xué)校進行STEM教育實踐時，鼓勵學(xué)校大膽探索，努力嘗試，逐漸形成STEM+教育體系。

我們將繼續(xù)引進國內(nèi)外STEM教育優(yōu)質(zhì)資源，借鑒有效的教育模式，針對不同學(xué)校實際，采取重構(gòu)、創(chuàng)新、優(yōu)化等措施，努力探索STEM教育的實施路徑，開拓一條STEM課程創(chuàng)新實踐之路，為學(xué)生應(yīng)對未來挑戰(zhàn)、實現(xiàn)終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（作者單位：山東省教育科學(xué)研究院）