上海市中小学STEM教育调研报告

◎ 管文川 蔡 洁

STEM教育以项目式学习的方式融合各领域内容，解决真实环境下的实际问题，通过针对学生而设计的活动来培养学生的创新品质。在注重学生核心素养培养的大环境下，许多国家都加强了STEM教育的开发和落实，上海也在这一浪潮中积极尝试，社会、学校、教师都投入了大量成本和精力。STEM教育在上海的实际开展情况如何？它的进一步推广还需要有哪些具体措施加以保障？在开展了为期3个月的上海市中小学STEM教育调研后，本报告对相关问题给出了基于实证的回答，不仅对目前上海市中小学实施STEM教育的情况形成概览，而且初步总结出目前存在的主要问题及可进一步推广的经验。

一、调研概况

（一）调研目的与方法

本次调研的主要目的是了解目前上海市中小学STEM教育的实际开展情况，从中汲取经验，完善、健全跨学科课程建设，并提供跨学科课程设置的建议和意见。主要的调研方法有资料查阅、与校领导及教师座谈、课堂观课、学生问卷调查、教师问卷调查等。研究组通过积极筹备，组建了一支由教研室、大学、出版社相关人员及指导专家组成的调研团队，明确了调研的相关任务及要求；分别编制了针对学生和教师的网上调研问卷以及针对课堂教学的评课记录单等。正式调研自2017年3月下旬开始，至2017年6月中旬结束。在调研前两周，由所调研学校填写自评报告；调研当天，由调研团队听课或听取课程介绍，并围绕学校跨学科课程建设及课堂教学与校方交流讨论；同日，学校完成学生、教师的网上调研问卷填写。

（二）调研对象的基本信息

本次调研共涉及上海的9个区：黄浦、普陀、闵行、徐汇、杨浦、静安、浦东、长宁、虹口。共计调研26所学校，其中小学9所，初中8所，高中7所，完全中学2所。所调研学校中，民办学校占15.4%，公办学校占84.6%。共计回收学生问卷1241份，教师问卷66份。

二、调研初步结论

（一）学校支持情况

关于STEM教育的教学场所，在所调研的26所学校中，有46.15%设有STEM教育专用教室，46.15%利用创新实验室，46.15%和26.92%利用现有的科学（自然）实验室或劳技教室开展教学。

有76.92%的学校的STEM教育教师全部为本校教师，7.69%的学校的STEM教育教师来自第三方机构，两种情况兼有的学校占15.38%。

（二）课程设置情况

在所调研的26所学校中，有57.69%的学校将STEM教育课程归为拓展型课程，有26.92%的学校将STEM教育课程归为研究型课程。

课时安排方面，小学、初中、高中差异不大，多为每周2课时连上。大多数学校选择利用每周2课时的拓展课；也有学校采用“1+1”模式，即利用每周1节拓展课加1节自然（或科学、劳技）课，整合为2课时，以满足课时需要。学期总课时数，小学、初中为24—27课时，高中平均为18课时。

开课年级方面，在小学主要集中在二、三年级，初中主要集中在初中预备班、初一年级；高中主要集中在高一年级。

（三）教师基本情况

受访教师中，教龄低于5年者占25.76%；教龄为5—10年者占21.21%；教龄为11—15年者占22.73%；教龄为16年及16年以上者占30.3%。受访教师中，22.73%具有博士或硕士学历，75.76%具有大学本科学历。

执教STEM教育课程的教师，学科背景几乎涵盖所有基础课程，其中以下学科的占比分别为：科学（31.82%）、信息科技（24.24%）、数学（18.18%）、生物（12.12%）、化学（12.12%）、物理（10.61%）。

（四）学生认可情况

调研发现，大部分学生认可STEM教育课程，对该课程比较感兴趣，尤其看重STEM教育课程能够提供动手操作和实践的机会（具体见图1）。

图1 学生认可STEM情况

对于STEM教育可能给未来发展带来的帮助，学生做出的选择排名前五位的依次是：提高动手能力（86.38%）、提高与同伴合作能力（77.68%）、知道研究流程（72.52%）、提高表达能力（67.61%）、提高处理错综复杂的综合问题的能力（66.08%）。可见，大部分学生对STEM教育的育人价值持肯定态度，尤其是在提高动手能力方面，绝大多数学生对此表示认同。

三、可取经验

（一）主题选择注重与学校传统特色相结合

被调研的大部分学校在上海课程改革过程中逐渐形成具有鲜明特色的校本课程群。在STEM教育中，这些学校并没有舍弃之前的特色课程建设基础，将STEM 教育与学校特色结合，寻找适合跨领域项目式学习的主题。

例如，华漕学校结合本校“头脑OM”科技特色和“墨流”艺术特色，形成“当头脑OM遇上墨流之‘创想艺术灯’”课程，将工程、物理、劳技、美术等领域知识整合在一个项目中，用项目式学习的方式进行推进，从学习墨流技术、了解电子元器件、电路原理到实际应用，最终制作出实物，将整个感应墨流灯项目分解成一个个小任务，最终呈现一个结果式的作品。

例如，世博家园小学创设的“网球STEM课程”中，利用学校丰富的网球相关资源，开发出一系列融合工程、技术、体育的项目主题。

（二）实施过程注重工程实践中的体验

被调研的一部分学校在STEM教育中十分重视工程实践。让学生反复经历工程实践过程的相关环节（如：提出问题和明确需要解决的难题；建立和使用模型；设计和实施调查研究；分析和解释数据；利用数学和计算思维；建构解释和设计解决方案；基于证据的论证；获取、评估和交流信息；改进与优化等），不断总结经验，提高工程实践能力。

例如，上海交通大学附属中学让学生以项目过程记录本的形式记录下自己在项目实践（实验）每一节课中的观察和思考，使学生养成记录和表达的习惯，并以此作为相互交流的依据。记录可以由个人撰写，也可以由小组成员共同撰写；除了手写文字，还可以采用剪剪贴贴的方法画上各种设计图。其目的都是为了培养学生良好的工程思维与设计习惯——用简洁的方式将科学问题及解决过程清晰地呈现出来。学生动手制作作品前，要求学生先后画出草图、设计图、步骤图，将学生的设计思想以画图的形式予以物化，这样的做法值得推广。

例如，上海市实验学校初中部在“自制酸碱指示剂”项目实施中，当紫甘蓝液与不同酸碱溶液混合后呈现不同颜色的事实明确后，请学生在此基础上根据提供的已有溶液配制目标溶液。在学生解决这一问题过程中，有穷尽所有可能性一一试验的，也有根据目标溶液颜色偏向，选择碱性溶液进行配制的，方法不同体现了学生认知、能力和性格的差异。交流不同的解决方案，可以分享成功与失败，收获更多的经验。

例如，上海敬业初级中学在“桥梁设计与制作”项目的中期让学生进行桥梁测试并开展交流，通过小组相互评价，发现并指出其他小组在制作过程中存在的问题，寻找改进的方法，如此反复多次，当大家对制作的桥梁模型都比较满意以后，整个项目再进入下一环节。这样的做法虽然进度推进较缓慢，但切切实实关注了学生的思考过程和工程过程中极其重要的“改进与优化”环节，有效培养了学生的工程思维、质疑精神及评价的能力，同时有利于学生形成批判性思维。

四、思考与建议

（一）大力开发优质课程资源

在课程资源方面，使用由专业机构提供教材的学校占73.08%，由本校教研组（或项目组）设计课程内容的占65.38%，由执教教师独立设计的占46.15%。

虽然有大量的有实力的公司和教育者在做这方面的努力，但是目前仍旧有不少课程直接使用国外的资料，没有做任何改进，不符合本地学校情况，没有体现STEM教育真实问题解决的理念。有些教材在内容的科学性、逻辑性、年段适用性等方面存在一定的问题。还有课程结构过于固定模式化、课程内容过于形式化，刻意将毫无关联的知识内容拼装式组合进课程、配套的辅助工具缺乏系统的规划等。由此可见，为上海的中小学提供本土化的优质STEM教育课程资源是一项迫在眉睫的任务。

建议以学校作为课程资源开发的主体，选择适合学生学情、基于学生已有学科基础、具有科学性和可行性、对培养学生的能力有价值的项目，借鉴优秀课程的模式，编制有特色的STEM课程。

（二）切实转变课堂教学方式

当被问到“你希望STEM教育课程的老师在指导方面有哪些改进”，学生的选择见图2。学生的选择从另一个方面说明教师本身可能存在一些问题，例如教学方法不够合理等。

图2 学生的选择

从本次调研的观摩课来看，超过一半的课堂被教师牢牢把控，学生的自主性严重不足。教师严格控制着课堂教学的各个环节，从问题的提出到任务分工，从学生实验到交流展示，完全按照教师的意图和节奏步步推进。不少学生不知道活动的目的和意图，不清楚个别活动与项目整体之间的关系，只是被动地被教师牵着鼻子走。这样的课堂并不能有效发挥学生的主动性和培养学生的求知欲，是与STEM教育通过项目式学习培养学生创新能力的初衷背道而驰的。

建议STEM教育的课堂教学要适当放慢节奏，给予学生多次尝试（包括试错）的机会，让学生通过体验认识工程过程。教师应当只是起到适时点拨的引导作用，鼓励学生自己发现问题、解决问题。在课堂中，可以充分利用学生之间的交流与讨论，让同伴互助合作学习发挥最大的效用。

（三）加强教师培训交流研讨

在受访教师中，40.91%没有接受过有关STEM教育的培训，59.09%接受过相关培训。培训内容按照比例由多到少依次为：STEM教育理念（92.31%）、某项技术（如3D打印、工具的使用方法）（58.97%）、学科知识（43.59%）和教学方法（48.72%）。而在回答“希望加强哪些方面的培训”时，按教师选择人次由多到少的顺序依次为：项目设计（96.97%）、工程设计理论与实践（78.79%）、通用技术（74.24%）、科学知识（66.67%）、学业评价（62.12%）、信息技术（62.12%）、STEM教育理念（57.58%）和对外交流（1.52%）。这表明教师对项目设计、工程设计理论与实践、通用技术的学习需求最为迫切，这与目前培训机构所提供的培训内容存在错位。

虽然中国传统师范教育培养了大批学科（如数学、物理、化学）的教师，但是缺乏工程技术方面的师资培养，教师无法顺利实施工程领域的全部教学活动。其次，STEM教育本身跨学科的特点决定了它难以由单一学科背景的教师完成教学。部分学校面对师资困局选择以全部外包的方式来实施STEM教育课程，包括课程资料及课程耗材包的购买，甚至连授课教师都外包。如果校内教师全程不参与，其实对于学校的STEM教育落地并无太大帮助。

基于这些现状，首先建议对所有相关教师提供系统且专业的工程与技术普及化培训。其次，STEM教育不同的领域建议由不同学科的教师实施教学，这样可以避免教师专业基础的缺失，以医疗领域、环境领域、建筑领域为例，分别可以请生命科学教师、化学教师、物理教师来授课，但即便如此，在领域内相当大的知识覆盖依然超出学科教师的专业范围，所以需要在不同领域对教师进行有针对性的培训。第三，STEM教育的教学教法与基础课程是有一定的区别的，某种程度上说是更难的，也是教师特别不擅长的方面，比如相对开放的课堂、跟着学生的思路节奏演绎教学等，需要通过典型教学案例提供课堂教学教法方面的专业指导。此外，目前上海STEM教育缺乏教师之间相互交流、共享的平台与机制。因此，要加大市、区两级STEM教育教研活动的力度，让更多教师有机会了解其他学校的教学方式，分享、辐射优秀经验，加强交流与互动。

（四）完善学生过程性评价

好的评估系统是教学质量的保证，由于STEM教育并不是简单地将科学与工程组合起来，而是要把学生学习到的零碎的知识与机械过程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。所以对于这种项目式学习，用工程技术方法来做现实问题解决的STEM教育评估体系的开发是很有挑战性的。STEM教育评估体系还需要对教师的能力进行考核。目前的评价机制无论是学生的成果作品评价还是学生过程性评价，都还只是浅尝辄止的初探，对教师的评价也缺乏规范的体系。

建议建立学生过程性评价的顶层设计，在进行课程方案设计时采用评价在先的原则，优先构思如何在课堂教学中实施过程性评价；丰富学生过程性评价的方式，例如表现性评价、档案袋评价等；优化资源并对学生过程性评价进行全面取证；完善过程性评价评估标准，形成从学生到教师再到学校的可信的评估体系。