教育观点 | 张建芳：区域推进中小学STEM教育的策略与方法

时光如水

作者：嘉兴教育学院义务教育处处长张建芳

近年来，STEM教育在世界范围内流行，我国STEM教育也正在蓬勃发展，并在教育政策、教育实践和教育理论研究方面取得一些进展。

但是，因教育观念、师资队伍、教育设备和评价体系等滞后，STEM教育在我国中小学落地的难度依然很大，迫切需要政府层面的区域推进。



区域推进成为STEM教育的现实选择

如何推进我国基础教育段的STEM教育？

这不仅是一种学术性问题，而是一种工作机制与策略选择的问题。

我国从国家层面来看，地方上的区域推进策略成为一种相对现实的选择。

我以为，区域推进STEM教育，需要教育行政部门及其相关业务研究部门的深度介入，可以用项目的形式，通过课题研究与项目研究，不断强化管理与指导，比如开展多层次、多形式的区域师资培训和教研活动等。

只有政府层面的区域推进，才能确保STEM教育在我国中小学的常态化、校本化实施。

区域推进STEM教育的策略

可以以教育改革项目的形式，构建区域推进STEM教育的工作机制与推进策略。具体如下：

1、由教育行政及相关业务部门构建合理机制，推荐STEM教育的管理与指导工作。

2、推荐和选拔STEM教育试点学校，建立STEM教育区域改革项目和筹建试点学校研究联盟。

3、引导区域内STEM试点学校建立校本化实践的管理与保障机制，确保STEM教育在试点学校深入推进。

4、整合资源，联合区域范围内相关企业、财政局、科委与科协、环境部门等，共同培训STEM教育的师资，联合开发STEM教育的课程资源。

如何落实区域推进的策略

区域推进中小学STEM教育，学校层面所面临的一个突出问题，便是课程实施路径和课时安排等操作层面的问题。

那么，我们可以先厘清STEM教育在学校层面的实施路径，依照课程整合思路，落实区域推进策略。

1、用课程整合思路进行有序的设计和开发

STEM教育要求，各学科领域的教学紧密相连，要以整合的教学方式帮助学生掌握知识和培养技能，引导学生灵活解决真实世界的问题。

如何运用课程整合思路有序开发和设计STEM课程呢？

首先，STEM教育是分学科的教育，这是实施STEM教育的基础。

比如为开展一个以能量守恒、绿色工程等为主题的STEM教育，可以让各个学科一起来学习（集合）、研究这个主题，实现STEM教育的分学科教学模式，但各个学科不交叉。

需要强调的是，还有一个非常重要的视角，认为从学前到中小学12年级基础教育，STEM都可以被当作一种教学法，强调知识在社会生活或其他学科的实际应用，要求突破学科界限，融入一门或几门其他不同学科的知识、技能和思维方式。

其次，STEM教育是多学科整合的教育，这既是美国开展STEM教育的强项，也是我国重视和强调STEM教育的原因。

多学科整合，要求我们必须更加关注STEM教育整合的意义和价值。

STEM教育在众多孤立的学科中搭建起一座新的桥梁，为学生提供了整体认识世界的机会。

通过整合四个领域内的学科知识和技能的教与学，消除传统教学中各学科知识割裂、学生综合解决实际问题的障碍，这是一种跨学科的学习方法，也是STEM教育的精髓。

再次，STEM教育还是在内涵和外延上不断延伸和扩展的整合教育。

近年来，STEM教育不断扩张，与教育信息、通信技术（ICT）结合，成为STEM+x，这里的“x”代表了计算机科学、计算思维、调查研究、创造与革新、全球沟通、协助及其他不断涌现的21世纪所需的知识与技能。

“x”的引入为STEM教育的实施提供了多种可能。

总之，STEM教育作为后设课程，要求我们必须在正确理解STEM教育内涵的基础上，用“课程整合”的思路进行有序的开发和设计，能全面发展21世纪人才所需的4C核心能力：创造创新能力、批判性思维与解决问题能力、沟通交流能力、合作协作能力。

2、及时梳理和总结区域先行学校的整合经验

目前，STEM教育在全国各地还处于自发探索的兴起阶段，需要总结和梳理区域先行学校的STEM教育实践与探索经验。

概括起来，大体包含以下几条课程整合经验：

体现STEM思想的科学教育

STEM 项目学习的任务之一就是通过科学探究活动培养学生的科学精神，体会并掌握科学探究方法。

目前，STEM教育的理念可以从探究性问题的提出和探究问题的方法来体现。

探究性问题的提出方式有两种：

通过展示情境、激发思考进入主题，探究性问题由教师主动提出。通过让学生阅读资料、观察现象，自主发现并提出探究性问题。

而关于探究问题的方法，教师要引导学生按照科学实践方法，有步骤地进行探究，包括提出问题，确立项目；科学实践；收集分析数据；发现关系，形成结论和作品。

体现STEM思想的综合实践活动研究性学习

STEM教育和综合实践活动课程，都是以跨学科学习和项目（主题）式学习为基础，比如：

自然现象或问题的研究。如水资源研究、植被研究、能源研究、环境生命科学研究等。科学技术与社会的研究，个人、群体与制度的研究等。社会问题的研究。如社会或社区的历史变迁、社区文化传统、地区风土人情的考察与探讨等。社会实践的研究。如社会服务活动、社会现象的考察活动、社会公益活动等。

通过对这些主题内容的学习，学生能够发现问题、学习知识和提升能力。

体现STEM思想的综合实践活动中的“设计与制作”学习活动

许多学校开展尝试以“设计与制作”为主体的STEM教育，它强调以技术课程为基础，让学生面对真实任务与问题，经历设计与制作的过程，并整合科学、技术、工程、艺术和数学等不同领域。

3、通过课程结构体系的架构，校本化整合实施

以STEM教育作为学校课程、教学、文化等整体变革的载体和推动力，按照整合的思路从课程目标、课程纲要、课程项目、课程实施、课程评价和课程实施保障、课程制度等环节来建设。

对照相关学科的课标和课程表，我们提出了区域推进STEM教育的三条课程实施路径。

路径1：学科基础性课程（必修）

以数学、科学、技术（信息技术与劳动技术）、艺术等课程为载体，对照其课程标准中的相关要求，用STEM理念和教学思想，开展以项目形式组织的、基于问题的学习，促进学生STEM思维的发展。

路径2：拓展性校本课程（选修）

这一路径要求将现有的社团类、兴趣类为主的STEM教育，进行课程化改造与设计，开展数学类、科学类、技术类和工程类等STEM教育的拓展性校本课程。

每个年级开发与设计若干个项目，整合其他领域和专业知识加以实施。

路径3：综合实践活动课程（必修）

STEM课堂常是基于真实问题解决的探究性学习、基于项目设计的学习。

而综合实践活动是中小学培养学生综合素质的跨学科实践性必修课程，强调探究、服务、制作和体验等学习方式，两者理念契合。

作为为未来做准备的教育范式，STEM教育为综合实践活动课程提供了一种新视角。

STEM教育完全可以作为综合实践活动课程体系中的一个重要课程板块，来加以开发、设计、实施与管理，确保STEM教育进入中小学的课程表中必修。

其效果可体现校本化实施STEM教育，形成学校STEM教育课程体系和办学特色，而且确保每一个学生都有一定的时间必修STEM教育。

我们看看美国的工程类STEM项目《飞机场》的实施过程。
《飞机场》案例

该项目的目标设定，包含了四大领域的全部内容。

（1）科学课程目标

物理：探索飞机如何在空中飞行、安检仪器如何能“看到”行李？X射线是什么？

天气：了解天气条件的变化如何影响飞机飞行。

安全：发现飞机场及航班上安全的重要性。

（2）技术课程目标

互联网研究：查找关于飞机场和飞机的信息，了解飞机场相关设备（如安检仪、行李传送带等）的知识，探究飞机相关的构成部分（如驾驶舱、座椅、行李储存箱、饮料推车、安全带、行李以及其他道具）的知识。

出版：制作登机牌、标识、护照、身份证、行李标签、机场工作人员的姓名牌等。

（3）工程方面目标

绘画：包括计划并画出教室中飞机场的布局，包括进站口、安检区、行李领取处。计划并画出驾驶舱、空乘人员服务区、座椅区。

创设空间：利用教室里的家具或其他手中的材料对飞机场和飞机进行布局。

设计方面包括利用不同的人造材料制作驾驶舱控制板、进站检票的电脑、安检通道、飞机票、登机牌、护照等。

合作与解决问题：讨论飞机场、飞机以及乘客的角色及相应的角色要求。为什么安全事宜如此重要？

（4）数学方面。

数量：点数所需工作人员的数量、旅客数、行李的件数。制作坐位号牌，按顺序叫号练习登机。

排序：确定飞机旅行的过程，从买机票到抵达。

大小与测量：比较行李的大小（更大或更小）；小号、中号、大号、超大号；轻、重。

时间：决定航班的出发到达时间和持续时长。

加减法：计算旅客和行李的数量。

钱：确定航班、额外行李等的价格。

市场研究：用图表统计每周不同目的地旅客的数量，确定在班级飞机场最受欢迎的旅行目的地。

该项目的实施的五个阶段：

第一阶段：建立飞机场

包括用图表画出自己关于飞机场和飞机的经验；研究并设计教室飞机场；收集、利用盒子及其他材料创设一个安检区、进站检票区、行李提取区；给飞机场命名、设计飞机场标识。

第二阶段：制作驾驶舱、空乘服务区、座位区

包括创设飞机的制作驾驶舱、空乘服务区、座位区；用瓶盖、积木、磁铁、旧的电子元件等材料建造驾驶舱控制板；建立一个声讯系统以便飞行员能与控制塔和乘务组对话、乘务组能与乘客对话；创设航班乘务组工作区域以及售卖零食的系统。

第三阶段：分配角色

包括探究机场运行所需的工作人员类型；形成对工作的具体描述；尝试不同的角色；收集或制作更衣室、道具材料；确定工作人员和旅客的数量；签订协议；制作身份证、登机牌、机票、行李贴、招牌。

第四阶段：开放机场

包括投票确定5个最喜欢的目的地，确定每天的航班目的地以及出发到达时间；练习到达检票口、检查行李、安全检查、登机。练习登机、驾驶飞机、服务乘客；查看天气预报，确定是否开放机场航班服务。

第五阶段：改进机场

包括评估哪些工作要改进，哪些需求要调整；根据讨论和研究的想法，改善机场。

从以上案例的目标设定来看，它是围绕科学、技术、工程、数学来制定预设目标，整个项目的推进都旨在实现这些目标。

其次，从实施流程看，它关注四大领域的全面渗透发展，而并不重点关注STEM科学教育领域。

再次，它以工程设计项目或问题作为探究的起点，以建造飞机场这个项目任务为出发点，自然地卷入科学、技术和数学等相关学科知识，并用工程思维统领学生思维发展，引导学生利用互联网等去探索飞机场、飞机的结构组成、飞机场各种设备的工作原理、飞机安全运行的条件等（科学），在规划建造机场的过程中初步体验设计蓝图，并根据实践反馈进行完善（工程），制作各种登机牌、护照、机票等（技术），在飞机场的运行过程中探索机场工作人员的类型和数量安排（数学）。

在该项目实施过程中，工程教育成为联系各学科知识、建立整体认知的独特整合抓手，发挥了它在STEM整合教育中的整合作用。

总之，STEM教育是面向所有学生培养综合素质的载体，是一场有待于全社会共同参与的教育创新实践。

我们需要正确把握STEM教育内涵与实质，从区域层面加以系统思考并进行恰当的顶层设计，防止中小学在自发实践中的走样、变形，而以项目形式有效推进区域内STEM教育研究与实践的思考与做法，仍有待于我们进一步探索与推广。


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