基于“科技四小活动”的STEM教育校本实践探索

胡祖奎

摘 要：随着社会经济的快速发展，STEM教育在美国受到了高度重视，它的出现有利于实施国家的创新人才培养战略。但是，在实施STEM教育的过程中存在诸多现实问题。基于“四小活动”的校本化形式，能够让STEM教育落地生根，持续健康发展。

关键词：科技教育；STEM教育；四小活动；校本化

中图分类号：G633.98 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.144

2014年，随着创客运动的兴起，国内的STEM教育受到了极大的关注。尤其是2015-01-04，新年第一个工作日，国务院总理李克强视察“柴火创客空间”，成为全球第一个走进创客空间的国家总理，这充分体现了党和国家领导人对科技创新的高度重视。2015-09，教育部发布《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》，其中，明确提到要“探索STEM教育、创客教育等新教育模式”。在各种利好策略的支持下，中小学大量建设创客空间，并广泛引进开源机器人、3D打印、VR、Scratch等课程内容。2017年，在浙江高考方案中，技术课程成为仅次于物理、化学之后的第三选考科目，这使得技术学科的地位直线上升。这些都极大地推进了中小学STEM教育的发展。

1 荣耀却尴尬，STEM教育需要破茧化蝶

STEM教育在美国受到了高度重视。1986年，美国国家科学委员会（NSF）发表《本科的科学、数学和工程教育》报告，基于理工科人才的不足，建议国家应调动各类资源投入科学、数学和工程（SME）领域的教育，引导更多优秀学生进入SME领域，强调运用21世纪技能来教育美国人，并培养出世界一流的劳动力，以增强国家未来的创新能力和竞争力。2001年，STEM这一术语第一次被美国国家科学委员会教育和人力资源部门前主任朱迪斯·拉姆齐（Judith Ramaley）所使用和介绍，其用STEM来指代科学、技术、工程和数学课程，并把STEM教育定义为：教育探究及学习是被安排在情境之中的，学生们解决真实世界的问题并且可以为自己创造机会。它有别于传统的单学科、重书本知识的教育方式。STEM教育特别注重理论学习与现实世界的联系，特别注重学习的过程，而非体现在试卷上的知识结果（单一的分数）。《2015年地平线报告：K12版》提出，“STEM学习的崛起”将成为“未来一至两年技术驱动K12教育的重要趋势”，同时，教育会由学生作为教育的消费者向学生作为教育的创造者转变。在STEM教育的号召下，机器人、3D打印机进入了美国的学校，甚至奥巴马也身体力行，加入了全民学编程的队伍，写下了自己的第一条代码。

STEM教育有利于实施国家的创新人才培养战略。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》提出，要建立创新人才培养模式，以适应国家和社会发展的需要，遵循教育规律和人才成长规律，深化教育教学改革，创新教育教学方法，探索多种培养方式，形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面。在STEM教育中，多门学科的教学必须紧密相连，以整合的教学方式培养学生掌握知识和技能，并进行灵活的迁移应用，以解决真实世界的问题。STEM教育具有跨學科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性等特点。STEM理念的提出，类似于我国倡导的素质教育，其根本目的是培养学生的创新精神和实践动手能力，实现国家所需要的、全面发展的创新人才的成长。

STEM教育是一个全新的理念，它在全世界的风起云涌预示着其将会在创新人才培养方面造就无限的荣耀。

但是，在STEM教育发展的过程中，也存在诸多问题。基于多年高考应试的现实压力和对新兴的外来教育理念的好奇，目前，学校的STEM教育存在以下3个问题：①缺乏专业的理论指导。STEM教育没有明确的定位，无现成的教学标准和具体的教材内容，在实际应用的过程中没有准确定位和科学的评价标准等，缺乏系统和科学的理论论述。②缺乏有针对性的具体活动项目支撑。目前的STEM教育活动中，学生真正动手动脑的机会很少，商家定制的所谓“项目包”相对脱离学生心智水平和生活实际，学生的创新精神和动手能力难以在实际活动中得到真正的提升，STEM教育缺少有效的实践操作支撑。③STEM教育零敲碎打，无整体规划。由于STEM教育还是一个比较新的事物，对其研究的时间投入得相对比较少。虽然说是涉及科学、技术、工程、数学等领域，现实的内容也包括开源机器人、3D打印、可视编程等诸多内容，但期望的深度整合项目形式还不够，多个内容体现为简单的叠加。现实的STEM教育活动随机、零碎、无体系、不深入，难以对学生能力的提升产生持续性的作用。

STEM教育面临的众多问题无疑将其置于现实的尴尬境况。2017年的浙江高考对于技术学科的接纳，说明STEM教育等科技教育终会得到良好的发展，摆脱尴尬，破茧化蝶，走向荣耀和辉煌。

2 四小活动，让STEM教育落地生根

虽然STEM教育理念好，但也必须要符合国情，选取恰当的形式和内容，结合学生的年龄特点和学科知识，因地制宜地开展活动，这样才能被大家理解和接受，从而落地生根，真真正正地培养出创新人才。基于此，我们不是像其他学校那样简单地全套引进商家的空间建设、器材采购和课程照搬，而是创新性地将STEM理念与学校四小科技实践活动相结合，实现STEM教育的校本化，进而取得良好的效果。

2.1 “科技四小活动”简介

“科技四小活动”，是一种以科学技术问题为先行，融理论研究、动手实验、创新制作、展示表达于一体的活动，包括科技小设想、科技小制作、科技小发明和科技小论文活动。“四小”活动本身展示了从问题提出并运用知识解决的完整过程，具体内容如下。

2.1.1 科技小设想

学生的科技小设想包括命题、展示、小设想的诱导等内容，而学校科技小设想活动的组织就是围绕这方面内容展开的，倡导学生大胆从已掌握知识的基础上提出解决问题的设想。比如，初一学生做数学作业“求正整数次方的个位数字”相关题目时，经过观察设想出2条规律，然后写出获得市级比赛奖励的小论文——《如何决定一个数的正整数次幂的末位数字》。

2.1.2 科技小制作

科技小制作是科技小设想的延续，在科技四小活动中起着承上启下的作用，占有重要位置。对于学生大脑中闪现出的创意火花，教师适时指导一些能力比较强的同学付诸实践，动手将自己的创意变成现实。在完成小制作的过程中，学生又会遇到一些新困难、新问题。学生通过个人或者小组协作，复习教材，查阅资料，甚至学习简单工具与技术，从而内化知识，提升能力，陶冶情趣，激发新的创意，如此循环往复。比如，学校后门是一个斜坡，有学生学习了角的测量之后就想到这个斜坡的角度是多大呢？于是，在教师的帮忙下设计、制作了坡度仪。在实际测量时发现，坡度仪也可以测量水平，而正在关注残疾人的同学则想到盲人怎么测水平呢？喜欢计算机的同学说，可以让它叫一下。于是，有了“语音式水平坡度仪”这一全国创新大赛铜奖作品。

2.1.3 科技小发明

简单地讲，科技小发明就是从观察周围世界开始，发现日常生活、学习、工作和劳动中用起来不称心、不顺手、不方便的器物，利用科学道理和方法去思考、设计，并加以改造，制造出一个全新的器物，也可以是完成小制作过程中的小变化、小改进。活动和活动成果突出新颖性、创造性、实用性和真实性。学生在做有关二氧化碳性质的实验时，觉得气体萃取不方便、实验分步不方便，于是，在教师的指导下研发了“打孔试管”这一专利产品，简化了实验步骤，增强了实验效果，个人也获得全国大奖。

2.1.4 科技小论文

科学小论文必须具备科学性、探索性和实用性，它可以是对自己小设想、小制作和小发明的文本阐述、系统整理，也可以是对其他生活问题或社会现象的关注与研究。撰写科学小论文是个复杂而又艰巨的过程。这一过程包括选题、开展研究和撰写论文等几个步骤。

显然，“科技四小活动”就是教师有意识地引导学生提出问题，然后按照“小设想、小制作、小发明、小论文”来解决问题。其中，小设想是创意，小制作、小发明是实践，小论文是理论提升，即先出创意，乃有实践。“四小活动”主要强调以下3点：①强调学生自主提出问题。这就要求学生密切关注实际学习、生活情况，关注学校、家庭、社会等现实，进行有意义的思考，积极发现各种内容，从而基于各种现实情况提出问题。②强调问题解决的多元化。想一想也可，做一做也可，写一写也可，不拘形式，即强调物化、非物化的多样化结果，看重过程中的探究、体验、协作、表达等。③“四小活动”会通过参观、考察、演讲、评比、展示、阅读、写作、制作等形式，大量使用纸工、泥工、木工、电工、机械、塑料、无线电、芯片、机器人等材料和设备，综合运用数学、物理、化学、地理、生物等多学科知识，围绕提出的特定问题寻找解决方案，实现跨学科的知识运用和基于问题（项目）的研究性学习。教育部中学校长培训中心主任陈玉琨教授在谈到“全国研究性学习的多样化模式”时，曾讲“研究性学习并不神秘，也不是现在才创造出来的新东西，重庆一中开展的科技小设想、科技小制作、科技小发明和科技小论文活动就是研究性学习”。他特别把“科技小设想、科技小制作、科技小发明和科技小论文”，简称为“科技四小活动”，并命名为“重庆第一中学模式”。

我校科技“四小活动”因地制宜、自成体系，有效地解决了STEM教育面临的诸多问题，且便于操作、利于推广，得到了全国众多学校的学习。因此，以STEM理念为指导，以“四小活动”为载体，能够实现STEM教育的校本化，真正让STEM教育在学校落地生根。

2.2 “四小活动”的原则

STEM教育涉及的内容非常多，形式也相当丰富，要想真正落地生根、有效开展，必须遵循以下几个基本原则：①科学性原则。“四小活动”必须要符合科学原理，要指导学生学会运用科学方法，培养学生的科学态度和科学精神。②普遍性原则。学校开展“科技四小活动”的根本目的是培养广大学生的创造能力，要着眼大多数，让愿意参加的学生参与其中。对于参加活动的学生，教师应当一视同仁，给予必要的帮助、指导。③趣味性原则。“四小”的内容本身具有趣味性，要适合学生的年龄特征和知识水平，活动形式要多样化，切忌采取下命令、分任务的办法，让学生有负担。④多样性原则。在开展活动的过程中，必须做到活动内容和形式的多样性，层次的多样性，处理好普及与提高的关系，以满足不同学生的不同要求，实现“科技四小教育活动”的普遍性。⑤实践性和创造性原则。“科技四小活动”是一项实践性很强的活动，因此，要坚持以运用知识为主，引导学生发现问题，自己动手解决问题，最终掌握科学的解决问题的方法。⑥自主性原则。从科技教育的目的来看，“四小活动”主要是发掘学生的潜能，充分展现他们的个性，培养他们的创造精神和创造能力。所以，在“四小活动”中，学生是活动的主体，是活动的主人。

3 整合发展，保障STEM教育持续健康发展

随着发展的深入，STEM活动与STEM教育不再局限于部分学生和课外活动，它已经成为与每个教师、每个课堂、每个学生都息息相关的命题。STEM教育跨学科、重实践，对学校师资、设备、经费等的要求比较高，而现实中这些方面都存在问题。STEM教育活动的顺利开展与有效与否，必须得有策略。在“科技四小活动”模式的基础上，我们进一步探索中学STEM教育的整合研究策略，以保障STEM教育持续、健康发展。

3.1 师资整合

STEM教育涉及多个学科，太多领域的知识、技术，中学现成的STEM教师是没有的，大学也没有专门培养这方面的人才，STEM教师还得自己培养。

学校本着因地制宜、实事求是的原则，不等不靠，在领导的支持下，创新性地将学校信息技术、通用技术和其他科技等技术学科、图书、实验、电教等管理人员合并，成立技术组。在实际工作中，由统一的技术组统筹管理所有的信息技术教师、通用技术教师和科技輔导教师队伍以及相关技术管理工作的教师，并负责开展多个技术学科相关的课堂教学和各种STEM课外兴趣活动。多个专业的师资整合在一起优化组合，取长补短，互帮互助，很好地实现了STEM教育的校本研修与专业发展，最大可能地实现了STEM教育所需师资的成长。这是学校为了进一步发挥其在新课改中的示范、辐射作用，在全市中学中成立的第一个技术教研组。这既是贯彻新课程改革的新举措，也是学校在力图改变目前课程结构过于强调传统学科本位的又一次创新尝试。

3.2 部门整合

STEM教育活动会根据不同的内容用到不同的功能教室和不同的设施设备，为此，学校成立了现代教育技术中心这一专门的技术装备部门，统一“建、配、管、研、用”，统筹管理学校的实验室、图书室、电教室、计算机室、天文台、天象馆、模拟生态馆、地理园等功能教室和场地。这样，任何STEM教育活动需要使用什么场地和设备，需要什么技术人员辅助保障，中心都会统一安排技术组教师和各功能室技术管理人员组织开展活动，确保STEM教育活动有效开展。

3.3 内容整合

为了解决STEM教育没有现成教材和内容随机的问题，学校在“四小活动”的基础上，组织相关学科的多名科技辅导教师，基于各学科教材内容，以项目的形式精心选择了适合学生实情情况的一些实践案例，编写并出版了STEM教育校本教材《科技制作与创新》（重庆出版社 2011）。其主要包括剪纸、风筝、走马灯、水印、水火箭、电子拼图、电动机等小制作和小设想、小论文、小发明等专题内容。由于这些教学活动贴近学生，生动有趣，教学效果非常好，获得了家长的认可。

3.4 其他整合

为了进一步拓展和整合STEM教育资源，学校与重庆市自然博物馆和科技馆签约深度合作，两馆成为学校校外科技教育课程资源基地。学校还与重庆大学、第三军医大学、解放军通讯学院、重庆师范大学、长安汽车汽研院等单位的院士、专家、教授保持密切联系，不定期请他们来校作报告或与学生座谈。根据需要，学校还将学生送到相关科研院所参加科技培训。比如，学校的“雏鹰计划”科技创新人才培养项目就是在重庆大学相关的国家及教育部重点实验室的指导下进行的。

多种整合策略要求学校STEM教育要做到“六有”，即有师资、有教材、有教案、有场地、有成果、有评价。为了进一步总结和提升学校整合策略的有效性，以在更大范围内促进STEM教育的发展，学校还在2013年申报了重庆市科技攻关（科普类）计划项目“基于整合的中学技术类课程实践研究”（cstc2013gg-kpla0002），并顺利结题，得到了相关单位和个人的高度认可。整合策略真正保障了学校STEM教育的持续、健康发展。

〔编辑：白洁〕