鐘浩鵬

STEM教育已被證實能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新探究能力，值得我國小學科學教育學習借鑒。本文梳理了STEM教育的簡要發(fā)展歷程，分析當前我國小學教育存在的問題，并結合《義務教育科學課程標準》和核心素養(yǎng)理念，為小學科學教學提供一些建議。

科技飛速發(fā)展的21世紀要求學生必須具備創(chuàng)新能力，創(chuàng)新能力的形成離不開科學、技術、工程和數(shù)學的基礎，這就要求基礎教育對學生應強化“STEM素養(yǎng)”培養(yǎng)。為提高勞動者的創(chuàng)新能力、保持國家的綜合競爭力，我國在千禧年后開始研究學習國外STEM教學理念，嘗試將其根植于教育一線，培養(yǎng)國家所需的新型人才。

一、STEM教育

STEM?是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）四門學科的簡稱，強調四門學科核心內容的有機整合。近年來，為了進一步發(fā)揮技術增強型學習的創(chuàng)新力培養(yǎng)優(yōu)勢，打破學科壁壘，使得強化藝術統(tǒng)整的STEAM教育應運而生。

20世紀80年代，美國政府為繼續(xù)保持國家經(jīng)濟的全球領導地位，對科技人才培養(yǎng)模式進行了深刻反思。美國國家科學委員會在20世紀90年代首次將“科學、數(shù)學、工程和技術”作為教育綱領性建議向美國當局提出，這被認為是STEM教育理念的雛形。在之后的幾十年里，美國政府陸續(xù)發(fā)布了《美國競爭力計劃》《美國競爭力與創(chuàng)新力》等文件，提出提升美國全球競爭力的關鍵是培養(yǎng)具有STEM素養(yǎng)的人才。此后，美國不斷加大對“STEM教育”的資金投入，完善“STEM教育”硬件和軟件配套設施。2016年9月，美國教育部發(fā)布《STEM2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》，報告中分析了未來教育發(fā)展的趨勢，指出了STEM教育今后可能存在的問題。

英國的基礎教育歷來重視科學素養(yǎng)培養(yǎng)，該國在1988年的《教育改革法》中正式將科學列為核心課程。2002年，英國發(fā)布了《為了成功的SET》，重點關注大學科學與工程技術教育對人才的培養(yǎng)，2004年發(fā)布了《科學教育投資計劃》，進一步加大政府對STEM教育的注資比例，其中重點關注提高科學教師及講師的質量和STEM課程的研發(fā)。2014年，英國皇家學會指出，在未來的20年內，培養(yǎng)學生的STEM素養(yǎng)和職業(yè)意識將成為提升國民科學素養(yǎng)的關鍵。

亞洲的新加坡和日本因受到地緣因素的限制，兩國的發(fā)展更多地依賴于科技的進步和勞動力創(chuàng)新能力的提升。以日本為例，二戰(zhàn)后日本政府主導了兩次教育改革，旨在強化“理工科教育”和“信息化教育”，先后頒布了《理科教育振興法》《關于今后學校教育綜合擴充、整頓的基本對策》等政府文件以推進教育改進。日本在中小學階段增加STEM學科課時，并進行STEM教師專業(yè)培訓，鼓勵推進科學教育項目，設立STEM精英教育專項基金，培養(yǎng)具有STEM天賦的學生。

回顧美國、英國和日本的STEM教育發(fā)展歷史，就是一部培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的教育史，雖然其地緣、經(jīng)歷、政治等大相徑庭，但是人才培養(yǎng)理念卻大致相同——通過STEM教育培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，從而提升國家綜合競爭力。

我國的STEM教育起步較晚，在知網(wǎng)中以“STEM教育”和“中小學”為關鍵字進行搜索，得到的文獻量經(jīng)分析繪圖如圖1所示。

從文獻量分析，我國當前對“STEM教育”的研究處于初步探究階段，熱度近年來略有衰減，說明從頂層設計到一線研究均對“STEM教育”的重視度略有不足。

同樣對上述文獻進行主題交叉矩陣分析，得到的數(shù)據(jù)分析如圖2所示。

從圖2中可以分析獲知，在“STEM教育”研究中，大部分還是集中在“中小學”“小學科學”等方面，高中乃至大學研究內容較少，說明在基層教育研究者眼中，“小學科學教育”更適用“STEM教育”。

國內對“STEM教育”的理論研究主要集中在對國外政策、報告、實施案例的介紹分析層面，雖有一些通過借鑒國外STEM教育實踐的案例實施，但作為舶來品，“STEM教育”表現(xiàn)出了與小學科學教育融合不密切、案例效果不明顯等狀況。因此，“STEM教育”融入小學科學課程仍有待進一步研究與分析。

在STEM教育的實踐應用推廣方面，走在最前沿的是長三角地區(qū)和珠三角地區(qū)。受國外先進STEM教育理念的影響，該區(qū)域內的部分教育機構首先嘗試STEM項目課程教學，之后由政府牽頭進行STEM教育的教師培訓和學校管理培訓，部分中小學也進行STEM教育試點。2015年，江蘇省在26所學校中開展STEM教育試點項目，并進行為期兩年的效果分析。在初步取得成效后，江蘇省于2017年遴選出200多所STEM教育項目試點學校，再給予這些學校自由度進行STEM課程教育摸索。

此外，從2016年開始，由教育部和教育科學研究院主辦，北京師范大學、清華大學、成都科技大學等高校分別承辦了STEM國際教育大會。在第四屆STEM國際教育大會中，中國科學院科學傳播局副局長王秀全明確提出，STEM教育是培養(yǎng)青少年創(chuàng)新精神和實踐能力的重要途徑。2016年，我國在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中強調了STEM教育的重要性，2017年教育部正式把STEM教育寫入《義務教育小學科學課程標準》，標志著STEM教育進入我國國家課程計劃。2020年，中國教育科學研究院啟動了“中國STEM教育2029創(chuàng)新行動計劃”，著眼于STEM教育未來發(fā)展和研究。

二、小學科學教學出現(xiàn)的問題

科學技術的進步離不開“科學、技術、工程、數(shù)學”的整合，STEM教育恰好將四者有機融合，力圖實現(xiàn)“1+1+1+1>4”的效果，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。在小學科學課堂中，只有重視STEM教育的落地，才能構建推動社會發(fā)展的科技人才培養(yǎng)模式。

早期科學教育對于學生科學思維及科學素質的形成具有十分重要的影響，因此應重視小學科學課程，并采用正確的方法進行教學。目前我國小學科學教育在十余載的教育改革中穩(wěn)中求進，但同時也暴露出不少問題。

（一）教育觀念相對落后

當前，部分小學對科學課程的教育觀念相對落后，表現(xiàn)在三方面：一是不重視，表現(xiàn)為課時量相對不足，“重語數(shù)英、輕音體美科”的現(xiàn)象仍存在;二是經(jīng)費投入不夠，在小學科學課程教學中，學生和教師的實驗設備需要經(jīng)費的投入;三是專任科學教師缺乏，學校只招收少量專任科學教師，部分班級的科學課程由其他學科教師兼任，導致存在著科學知識不正確、教育方式不正確的問題。

（二）教學方式相對單一

當前，在小學科學課堂上采用的主要教學方式為“講授法”與“實驗法”相結合。從形式上看，教學方式已有擴充——加入了教師演示實驗、學生實驗和團隊協(xié)作等方式，但從內涵上看，小學科學課堂中的實驗探索性較低，開放性較差，因此在課堂中學生即便在做實驗，仍會覺得無聊乏味。好奇心強、喜歡探索、喜歡動手是小學生的天性，教學方法的單一可能導致學生對科學課的興趣降低。

（三）教育基礎設施相對薄弱

學校公用經(jīng)費對科學課程的投入較少，科學基礎設施薄弱，表現(xiàn)在缺乏專業(yè)實驗室、實驗器材和實驗保障設備;部分小學未設立科學實驗室，或者生物實驗室與化學實驗室混用，實驗科學性得不到保證;部分小學科學實驗器材準備不足，學生實驗參與度較低;部分小學科學實驗保障設備缺失，學生實驗過程安全得不到保障。

裴新寧教授說，當前我國科學教育范式重“知識”輕“實驗”，這就導致雖然中國學生能夠很好地掌握內容和過程知識，但會“輸”于能力建構。嚴文蕃教授在分析了PISA（上海）成績之后指出：我國學生在閱讀、數(shù)學和科學方面的基礎知識比較扎實，但主動求知欲不高，缺乏學習興趣，無法有效地提升個人創(chuàng)造力。

三、STEM教育對科學教學的啟示

《義務教育小學科學課程標準》指出，科學課程旨在培養(yǎng)學生的科學核心素養(yǎng)，提升學生的創(chuàng)新能力。國內外多年研究均證實，STEM教育能有效地培養(yǎng)學生的探究能力、批判性思維、創(chuàng)新能力等科學素養(yǎng)。因此，在小學科學教學中學習STEM教育理念，可以有效地改善當前小學科學教學存在的弊端，進一步強化科學課程的育人效果。

（一）重視動態(tài)問題的創(chuàng)設和解決

STEM教育強調了教學過程中真實的問題情境的重要性，學生應將知識在真實情境中運用，并在此問題情境下分析解決問題。教學過程中教師要突出學生的課堂主體性，讓他們在真實的問題情境中提升科學素養(yǎng)。例如在探究橋的制作活動中，通過讓學生動手操作，將潤揚長江大橋（斜拉橋）簡化，并制作出模型，再進行工程評價。學生在這個過程中，通過創(chuàng)設一個制作斜拉橋的動態(tài)問題情境，自己設計并制作大橋，不限定最終的大橋樣態(tài)，充分發(fā)揮自己的想象力和設計能力。

（二）提升科學教學的藝術性

21世紀伊始美國教育部門的一份研究報告指出，傳統(tǒng)STEM教育對部分學生的興趣激發(fā)效果較差，導致這部分學生主動探索創(chuàng)新的可能性降低。而從心理學角度出發(fā)，藝術設計能有效激發(fā)學生探索的興趣，因此在小學科學課堂中可以依托特定的藝術設計活動，激發(fā)學生學習主動性，實現(xiàn)探究的欲望。例如在《做一艘小船》課中，部分學生熱衷船體的設計，部分學生喜歡船體結構的組裝，也有部分學生對船體的美術涂裝感興趣。因此，可以讓這些學生分工合作，在一個小組中各司其職，充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢特長。在這個過程中，教師充分尊重學生的獨特性，增強了課堂的藝術感。

（三）增強科學教學的協(xié)作性

STEM教育具有協(xié)作性，所以科學教學力求每個學生都能參與，同學、教師之間進行合作性交流，完成知識的群體性建構。在完成任務的過程中，學生需要與同學、教師甚至專家進行交流和討論。例如在教科版小學科學四年級“面包發(fā)霉了”這個課題的研究過程中，需要學生互相幫助，對于每種會影響霉菌生長的條件提出自己的看法和觀念，互相啟發(fā)。這個過程可以增加學生的團隊協(xié)作能力，鞏固知識，發(fā)展能力。

（四）提高科學教學的實踐性

STEM教育強調學生多種感官的協(xié)作參與。教師在小學科學課堂中要提供給學生動手操作、實驗的機會，讓學生在實驗的觀察、動手、分析、分享等環(huán)節(jié)中，強化自己的科學素養(yǎng)。因此在小學科學課堂中，探究性實驗和學生分組實驗會起到關鍵的作用。例如，在研究擺的活動中，教師可以引導學生分析為什么周期變長了，從而分析得到在實驗室中確實存在空氣阻力、在實驗器材鏈接處存在摩擦力等原因，培養(yǎng)學生實驗觀察、分析數(shù)據(jù)和交流溝通等能力。

（五）加強科學教學的包容性

STEM教育具有開放性和包容性。因此，教師在小學科學課堂中應鼓勵學生進行新方法新路徑的探索嘗試，包容學生的失敗和錯誤，使學生敢于嘗試，能在失敗后積極反思，在成功后積累經(jīng)驗。教師在課堂中要給予學生充足的自由條件大膽發(fā)揮想象力，培養(yǎng)其“科學家思維”。

《義務教育小學科學課程標準》建議教師在科學課堂中開展STEM教育，在小學課堂中開展STEM教育踐行了學科交叉融合理念，體現(xiàn)了科學核心素養(yǎng)的育人價值。建立小學“科學融合STEM課程”模式是未來小學培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必然趨勢，也是科學教師未來學習研究的關鍵方向。