立足本土的STEM教育发展经验

[摘 要]很多学校都引进和开设了STEM课程，但如何更好地理解STEM课程的内涵，使STEM课程在中国学校很好的落地，让课程发挥出最大的效益？北京市朝阳区实验小学开设了STEM课程，对STEM课程本土化的方式方法进行了探索，对课程实施中的问题进行了分析和反思。

[关键词]STEM；本土化；核心素养；创新

美国提出的21世纪核心素养中，把解决问题的能力和创新能力作为学习者的必备能力。而STEM教育以其创造性、新颖性、综合性、实践性的特点成为培养学生核心素养的重要途径。2016年9月，在“学在未来（北京）教育科技有限公司”朱博渊老师的推介下，在区教委领导的支持和帮助下，北京市朝阳区实验小学聘请了美国北伊利诺伊大学的教师珍妮·加林多（Janine Galindo）来校授课，中方教师在外教的辅导下进行教学或作为外教的助教参与授课。至今已有2年。

在与珍妮老师共同研讨、备课、上课的过程中，教师们逐渐领会了STEM课程的教学思想和教学观念，并逐步开始对STEM课程进行本土化的实施。

一、教育理念的本土化

STEM课程注重多学科融合，注重学生综合能力的培养。STEM教育提倡跨学科性，通过整合不同课程的教学方法，就日常生活中的真实问题设计和拟定具体并富有创意的解决方案，增强学生跨学科知识的综合应用能力。结合这种理念，学校在探索和实施美国STEM课程的同时，也在开发本校的STEM课程。如在“有趣的模型”课程中，王可老师开发了《设计小车车身》；在“美妙的八音盒”课程中，田泽老师开发了探究凸轮结构的《它是怎么动起来的》；在“疯狂的赛车”课程中，吴咸中老师开发了《齿轮传动》等。这些都是教师在STEM课程综合性理念的指导下设计和实施的活动，目的是使学生在活动与设计中培养创新能力、实践能力和综合运用知识解决问题的能力。

二、教学方式的本土化

STEM课程的内容主要分为两类。一是科学探究类，学生一般要经历观察、问题（即质疑）、假设、实验、结论的过程；二是工程类，学生要经历确定问题、头脑风暴和计划、建造、反复修改和分享的过程（见图1）。这两种类型的研究过程与科学探究，都与学校早先指导学生开展的科技创新项目的研究过程有异曲同工之处。STEM课程将学生的科技创新由课余时间转移到了课上，由家长或教师的个别辅导变成班级指导，由个别学生自己随意确定题目到班级学生共同研究一个项目，由学生自己寻找材料变成教师限定材料进行设计制作。于是，教师们将这种教学方式首先应用在科技课程中。

以工程类课程“炫酷的小马达”为例，任务是让学生设计并制造一辆带马达的小车。教师在课上出示生活中的一些物品，如玩具小车、电风扇等，指出它们之所以能够跑起来、转起来，是因为都使用了一个发动装置，那就是马达（发动机）。在引入课题后，师生共同探究马达的结构和工作原理，然后让学生以教师提供的材料设计图纸，利用工程思维建立模型、进行测试、发现问题，通过不断调试和修改，完成作品并展示交流（见图2）。

科学探究类课程以美国教师的“探究摆动的快慢与什么因素有关”为例，教师设计的教学过程如下：首先明确课程的类型是科学探究课，然后让学生观察什么是“摆”并认识周期。出示可能会影响摆动周期的三个问题（线绳长度、摆锤质量、下落高度），各组选一个问题进行研究（使每个问题都有小组在研究）；让学生写出自己的假设（教师会让学生按照“如果……那么……”这样的句式来写出假设）、实验步骤（教师会强调越详细越能够帮助学生完成实验）、变量、要控制的量；提示学生收集数据的时候可以使用表格，同时给大家提供一些表格样式，但是不作出限定。学生探究后得出并分享结论，在学生分享时，教师告诉学生一些可用于表达的句式。在第二次课上，教师出示生活中应用摆的例子，让学生继续实验并回答一些相关问题，然后与其他组分享研究成果，最后全班讨论哪个因素对摆动的影响最大。对此，有的组认为是摆线长度，还有的认为是摆锤质量或摆动幅度，教师最后会确认：对摆动快慢影响最大的因素是摆线长短。但是对于质量和起始高度是否与摆动速度有关，教师没有告诉学生答案，而是给学生提供了一个在线测试摆的程序，让学生回去后自己验证结论。

从以上STEM教学案例中，可分析教师的教学方式。包括：明确告诉学生这是科学探究课，要经历观察、问题、假设、实验、结论的探究过程，并指导学生按照这个过程进行探究；教师只告诉学生如何进行探究，但具体到每个实验如何操作，通过实验得出什么样的结论，由学生自己探究并找到答案。可见在STEM教学中，教师要教会学生的是一种方法，真正的探究过程要由学生自己完成。

在观摩学习了美国教师的STEM教学后，中方教师也自主设计并实施了主题为“茶”的探究过程：教师先揭示课题，介绍本次课题是科学实验——茶的研究；接着，教师介绍科学实验中的“变量”，并以不同口味的口香糖味道消失时间长短的研究为例，说明何为自变量和因变量——自变量是对不同口味口香糖的选择，因变量是口香糖味道消失的时间；接下来介绍有关茶的知识，包括喝茶的益處等，并演示一段某茶叶商店卖茶的情景；随后，出示几种类型的茶，如黑茶、绿茶和红茶，以及上课要用到的实验材料，即大烧杯、温度计、秒表、电子称、滴管、护目镜、不同温度的冷水、热水等。每组学生选出自己小组要研究的问题，对研究问题进行假设，按照“如果……那么……”的句式书写，并记录研究步骤、变量、控制的量。然后教师提问学生如何记录数据，给学生列举一些记录数据的方法，包括以表格形式记录数据的例子，同时学生也可以用其他方式记录。教师提示学生安全问题，比如小心热水等。实验之后，学生要将自己的研究以图表的形式绘制出来，写出结论；然后，学生汇报自己的发现，并说一说从当天的实验中学到了什么。在课上，学生研究了茶量、水量、温度、茶的种类以及泡茶时间等不同因素对品茶效果的影响，取得了丰富的研究结果。

三、教学内容的本土化

在实施STEM课程时，教师对美方的课程内容根据学情进行了调整，使其更适合本土学生。比如“制作纸板假手”一课，美国教师在引入新课后，直接让学生对照参考书中的制作步骤制作一支假手；中方教师发现，这一内容可与中方教材中“人体运动”一课结合研究骨骼、关节、肌肉的关系，因此修改了原设计，请学生先设计一支生理手，再创造一支机械手。又如“深海生物”一课，外教在讲授了大海中不同水深的生物后，让学生用纸黏土设计一种深海中新的生物；中方教师发现学生对深海环境的理解有困难，于是改变了原设计，先让学生研究不同环境中的生物与其环境相适应的特点，再让学生创造深海生物，收到了更好的效果。

四、材料与实施对象的本土化

在教学中，教师将国外所使用的材料替换成了在国内更易获得的材料，并对材料的使用进行了更严格的约束，以减少浪费。如用留声机黑胶唱片做弹力小车的轮子，这种唱片在美国很常见且便宜，但在中国情况恰恰相反，于是就将其替换成用废弃光盘做材料。此外，教师发现有些材料直接替换成其他材料时效果更好，也做出了调整。

美国的STEM课堂上一般只有十几个学生，但我国班级中人数较多，因此更多地采取了3人一组合作完成项目的方式。此外，还可以筛选一部分对科学和工程技术感兴趣并有一定操作水平的学生，采取同质分组，实施分班教学。

五、对STEM课程实施的反思

一是要使目标更匹配。STEM课程是综合型课程，因此目标也是综合性的，具体到课程，需要依据我国学生的培养目标进行设计。比如“长颈鹿数学”一课，由于中国学生的数学水平普遍较高，六年级的绝大多数学生已经能够很好地掌握比例运算，那么这一课就不必再把比例运算作为目标，而是在明确了课程的教学目标后，与我国的课程标准进行对应和匹配。

二是需进一步关注每个学生的实际获得。由于班级人数较多，势必会影响每位学生在课程中的实际获得，因此还要继续提升STEM课程的实效性，关注到每个学生。

三是要加强设施设备建设。在课程实施中常常需要学生使用能够连网搜索资料的电脑，但在STEM教室里，还达不到每人一台电脑的水平，甚至达不到每个小组一台电脑并能上网的程度。因此需要加强设施设备建设。

四是要开发符合本国国情的案例。目前的STEM课程案例，多直接来自或参考美国课程，更符合美国国情。比如“计算教室能装多少大米”。在美国的学校，真的会有这样一间教室用于在地震时储存大米。但我国的学生就会觉得很奇怪，因为我国通常没有这种情况。包括STEM课程的产生，也是美国发现自己的国家在工程领域的人才越来越少了，需要采取措施改变这种情况，解決国家真实存在的问题。所以，在开发案例时，学校要结合国情、校情、学情，以及社会的热点、难点问题开发案例，让真实问题进入STEM课程。当然，这也对师资提出了挑战。

总之，任何好的课程和方案，都要适合本国本土的条件和学生特点，才能达到良好的效果。所以，STEM教育要在立足本士的基础上对先进理念与方法进行吸纳和借鉴。

（责任编辑 郭向和）