美国STEM学习体会与思考

■江苏省南京市东山小学 赵 凯

美国近年来高度重视STEM 教育，提出知识经济时代下的教育目标之一是培养具有STEM 素养的人才，并称其为全球竞争力的关键。同时，美国在STEM 教育方面不断加大投入，鼓励学生主修科学、技术、工程和数学，培养其科技理工素养。美国的STEM 教学注重探究能力、基于真实问题情境解决能力的培养。

科技创新教育关乎一个国家科技创新与未来发展，美国在中小学积极开展STEM 学科教学，在大学积极开设STEM 的理工科专业，努力引导大学STEM 专业发展，就是为了确保未来国家的竞争力。除了STEM 学科教学外，STEM 教育模式强调基于真实问题情境的跨学科研究性学习，着眼未来，培养学生的创新实践能力、合作能力以及问题解决能力。

2016 年教育部颁布的《教育信息化“十三五”规划》中明确提出有条件的地区要积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习（STEAM 教育）、创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力，养成数字化学习习惯，促进学生的全面发展，发挥信息化面向未来培养高素质人才的支撑引领作用。

2018年12月，我有幸参加了南京市教育局组织的赴美骨干教师STEM 课程跟岗研习活动，赴美国得克萨斯州福遍郡学习。通过此次美国STEM课程跟岗学习活动，开阔了视野，提升了理念，收获颇丰。

一、美国的STEM学科教学注重探究

在美国，我们听了STEM 学科的课堂教学，包括科学、数学、计算机、化学等学科。通过观摩不难发现，美国教师在课堂上讲得相对少一些，强调探究，鼓励学生自主建构。比如在中学的数学课中，我们见到学生们利用图形计算器控制小车运动，验证数学函数。在小学数学课中，哪怕是教授除法计算，教师也会通过教学活动的设计让孩子们通过探究发现规律，而不是机械地传授和灌输。科学课教学中非常注重学生的动手实验，在我听过的科学课中，学生在课堂上都会亲自动手实验。教师们都会提前给学生准备好实验器材，孩子们以小组为单位进行实验，强调分工与合作。此外，小组也会借助数字化工具进行展示与汇报。

相比而言，我们国内的理、化、生、通用技术、科学等学科教学内容的深度往往高于美国。课堂教学中教师讲得多、灌输多，学生自主探究较少，每一节课的教学容量比较大。国内也存在一些学科教师懒于组织实验教学的现象，不愿意组织实验教学活动，导致学生探究能力、动手实验能力不足。

二、发挥图书馆在STEM教育中的作用

在到访的很多学校的图书馆里都能看到Makerspace（创客空间）的身影，其中会放置一些简单的设备、工具、材料以及一些STEM 方面的书籍。学生可以在这里学习、动手实践，教师也会对学生进行必要的指导和帮助。

在到访的一所学校的图书馆一角的Makerspace，我就见到了一个男生正在用3D 打印笔进行创作。和图书管理员交流后了解到，如果学生要到这里实践，除了需要提前向图书管理员预约外，还必须得到教师的同意。

图书馆里都配置了一定数量的电脑，这些电脑不仅可以查阅书籍、阅读电子书，学生们也可以学习编程。在到访的很多小学中，都可以见到学生们在图书馆里编程，使用诸如Scratch 或者Tynker、Code.Org 等编程平台玩编程。图书馆里还可以见到教师在指导学生做STEM 项目研究，有的孩子在操控机器人，有的在进行项目探究。在一所学校的图书馆里，我还见到了Zspace 供学生们进行科学探究。有的图书馆中还摆放了一些小型的动物标本，供学生参观。我深深滴感受到这些学校图书馆的科技氛围非常浓郁，图书馆的应用得到了拓展，并不仅仅局限于图书的借阅。

三、需要提升课程开发能力

作为一种教育模式，STEM 教育核心是基于真实问题情境的跨学科研究性学习，注重培养问题解决能力，提升科学、技术、工程以及数学的素养和能力。在国内的STEM 教育项目中，“桥”这个项目大家并不陌生。“桥”这个项目引进国内以来，经过本土化的改造，在国内中小学得到了广泛的实施。

《为未来供电—挑战设计风力发电机》载于《中国科技教育》杂志2012 年第2 期，是一篇国外的针对八年级的STEM 教学案例。该案例有效地将跨学科知识进行了融合，而且使用的材料和工具非常简单。制作转子的材料包括软木塞、硬纸板、纸、卡片等，还有小马达用作发电机。电风扇用于提供风力，进行发电测试，万用表用来表测量输出的电压。纵观整个案例，不难发现其实施成本并不高，却有效地进行了STEM教学。

在到访的学校中，我发现很多学校的硬件设施并不是很突出，但是学校教师能够合理地利用现有的资源进行课程的开发与实施。在国内，很多学校一实施STEM 教育马上就会想到机器人、各种高科技的硬件，这种只注重硬件不注重课程设计的状况也导致国内STEM 教育的实施成本要高于国外。同时由于课程设计能力低下，也必将导致国内一些学校所配置的STEM硬件资源得不到充分应用。

四、注重设计能力的培养

在技术教育中，或者在基于技术、工程的STEM项目教学中，美国的教师非常注重“设计”这一环节。在项目实施中，我们都能见到学生们正在进行设计或前期已经完成的设计方案，学生们使用稿纸进行手工绘图或者使用软件进行设计，小组的合作也是必不可少的。很多学校在STEM 教学中提倡TED 教学模式，就是将Technology（技术）、Engineering（工程）和Design（设计）进行有效融合。

在杜勒斯中学，我见到的“房间保暖系统”项目中，孩子们首先进行房屋结构的设计，选择保温材料，搭建并填充保温材料后利用传感器进行实验数据的采集分析。这个项目充分发挥了设计在STEM 教育中的作用，培养了孩子们的创造性和设计思维。

五、结合生活，培养问题解决能力

“把学习带到现实中，让孩子用自己的力量创造改变，可以直接提升他们的幸福感和竞争力。”这是“全球孩童创意行动”的发起人——Kiran Sethi 在TED 演讲时说的一句话，这个行动旨在引导中小学生主动寻找现实问题，并创造性地解决它，这种能力对于今天的孩子来说可谓至关重要，世界经济论坛今年发布的“2020 年人才市场最看重的10 项技能”就把“Complex Problem Solving（解决复杂问题）”放在了第一位。

学生是社会中的人，学生有一天终将会离开校园、步入社会，他们一定会面临各种各样的问题。所以现在的教育不能只是着眼于校园，不应该与社会、生活相割裂，不能只是着眼于当下而忽视了未来。

在美国学习期间，我们也能发现他们的STEM学科教学、STEM 项目学习的问题情境往往都基于真实生活。

我们还看到美国一所中学的孩子们正在进行一个关于建筑供水系统设计的项目，首先进行房屋结构及供水系统的设计，再搭建房屋结构，最后利用红、蓝两色的吸管分别进行冷热水管道的架设。美国的孩子们长期浸润在这样的课程学习中，这是学生问题解决能力得以提升的一个重要因素。

六、结语

STEM 教育的实施关系到未来学生的能力发展，关乎国家的未来。面对STEM 教育发展的浪潮和教育新理念，广大教育工作者必须认真面对、思考、实践。在STEM 课程资源开发建设、STEM 教育师资培养、STEM 课程实施模式乃至STEM 教育的相关政策等方面，教育主管部门也应该从顶层设计上加以考虑。只有教育主管部门与一线教师一起努力，上下携手，才能共同推动STEM 教育的有效实施。