浅谈STEM理念对科技馆的科学教育带来的影响

关键词：STEM;科学教育;科学探究课程

中图分类号：G322.2;G633.98     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）06-0183-03

Keywords：STEM;science education;scientific inquiry course

1  STEM教育及其特点

1.1  STEM教育的概念

STEM教育是于2103年由美国提出并实施的新一代科学教育标准，从字面上分解，它是指科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics），在韦钰院士译著的《以大概念理念进行科学教育》中对STEM四个方面进行了详细的定义解读：

（1）科学：经实证检验的有关自然界的概念，它们在产生这些概念的时间长河和过程中不断积累而成;

（2）技术：为服务于人类自身的需要和向往，由人类产生的系统、过程和人工制品;

（3）工程：为解决人类面对的问题，由科学知识支撑、具有设计目标的、系统的和可重复的过程;

（4）数学：对模型和定量关系的研究，用数字的形式和形状作为符号表达数和空间，并通过逻辑推理来证实。

从中可以看出一些关键词，STEM教育是使学生钻研与生活相关的现实任务，取得具体的学习成果，把教育与未来工作中碰到的问题直接挂钩。如果把这项任务比作一项工程，那么这个工程就是应用数学、科学和技术领域的概念来系统地解决现实中复杂的问题。

1.2  STEM教育的特点

STEM教育不是凭空出现的，而是已经经历百年的发展。现代STEM教育的源头被认为是克伯屈的项目方法，其雏形的历史被追朔到20世纪初的农业手工培训和瑞典式的手工艺教育培训等，不论源于何种教育的雏形，可以看到今天的STEM教育已经融合了探究、项目式学习以及手工艺实践模式的特征，这些特征归纳起来可以从以下四方面进行表述：

（1）STEM教育强调用工程项目的方式解决现实中的问题。包括现实生活中的真实任务和学生通过设计要求掌握的与任务相关的知识两个方面，在教师设定任务目标时，学习的边界或限定的条件都是基于实用性，强调解决实际问题的社会价值性与可操作性，弥补了探究式实用性不足的缺点，同时也为解决大学生与社会脱节的问题找到了一个方向。

（2）STEM教育是跨学科的融合。在探究式教学中，有时为了更有利于探究变量的控制或者实现探究问题的易实现性，往往会减少或不考虑跨学科性的问题，一些“STEM课程”易于望文生义，把各个学科内容罗列在一节探究课中就当做跨学科。实际上，STEM教育跨学科的融合不仅仅指跨学科内容的罗列，更重要的是跨学科概念的运用与理解。在STEM教育中提出的跨学科概念有利于阐明各学科核心概念的现象或问题，有助于把各学科之间逻辑地联系到一起。同时核心科学概念的提出打通了跨学科融合的壁垒，而且基于跨学科通用的核心科学概念把各学科分支上的研究又汇总在了一条科学的主干道上。

（3）STEM教育强化了实践的流程化和迭代性。在科学探究学习过程中，我们知道探究模式，在传统的科学教育中会严格按此模式用于探究教学。虽然在STEM教育中依然有一定的模式：提出问题、设计方案、执行方案、测试结果、改进方法、重新制定方案、交流讨论，但是工程设计模式的線性关系和迭代性在很大程度上依赖于学生在解决问题的过程中学习并吸收新的知识，并运用迭代模式改进或优化所做的方案，不像在科学探究往往只是限定现学知识和已经观察到的现象进行判断和理解。

（4）STEM教育本质是基于实践的探究。科学的本质是探究，从美国《新一代科学教育标准》提出的三个维度（科学与工程实践、跨学科概念和学科核心概念）的框架来看，不论是强调工程实践性还是跨学科的概念都属于科学探究的范畴，而STEM教育正是基于科学与工程实践的跨学科探究式学习，所以探究就是STEM教育基本属性，但同时增加了一个实践的前提。

2  STEM对科技馆的科学教育活动的影响

在科技馆传统展教活动中的专题讲解、科学秀和相互式探究活动中，挖掘展品的联系点就是找到其体现的某个科学知识或科学原理，如果一件综合的展品表现的原理比较复杂，或者是由几个原理或知识组成的，可能有些无从下手，这是因为讲解教育与科学探究活动擅长点的讲解与探究，以展品配套活动为点，可以抓住展品的特点加以实施，把各展区的展品串联为一个系列式的、跨学科的科学教育活动，但是需要注意，正是由于STEM的跨学科的特点，所以很容易把看似几个不相关的点连成线。。

2.1  STEM理念下展教活动的系统化与独立性的统一

在现有的展教活动中，每个展品的主题活动是相对独立的，课程间没有必然的联系。在STEM课程的设计中，大多数课程通过跨学科概念与学科核心概念构建成一个完整的课程系统。由于其跨学科的特点，势必需要串联起不同知识区域的展品，同时因为展厅教育活动对象具有易于流动性与临时性的特点，所以不一定能够有足够的耐心与时间完成一个系统课程的学习，这就需要我们把每个活动设计得具有相对独立性。单个课程是独立的，由多个单一课程又能组成一个完整的STEM系列课程。

以STEM理念主导课程设计势必大大增强课程的系统性，同时又强调每個子课程的独立性，这打破了原有展厅科学教育活动各自为战的局面，一些好像不相关的展品或活动会被串联起来，形成一个有机的系统课程。

2.2  通过STEM深化现有的科学探究课程

原有的科学教育活动是我们现有展教科学教育活动的基础，从探究课程到完全的STEM课程是一个逐步分阶的过程，完全符合STEM框架的新课程要求，不可能一蹴而就，如何处理新旧课程过渡的问题，不仅仅是研究的时间成本问题，同样还有展品改造成本等因素，所以我们可以在原有的课程基础上运用STEM关于“三个维度”对现在科学教育活动进行转化与改造，我们且称之为STEM深化的过程。

配套展品开展教育活动的课程很多，不是所有课程都适应STEM的深化，我们应该紧紧抓住STEM的特点、展品及活动来寻找可利用深化改造的课程。其主要基于三个层面的考虑：基于反应实际问题的展品及其相关活动、跨学科联系的宽度、近期没有展品有改造计划。

水厂和电网是许多科技馆常有的传统展项，与我们的生活息息相关，以《水的净化》课程案例为例，比如在广西科技馆的二期改造时保留了有关于水厂纯化水源的工序流程的一个展品。此课程结合科技馆的科学工作室中《水的净化》一课成为与展品配套呈现的经典科学教育活动课程。通过STEM框架深化课程的操作如表1所示，以此为例通过阐述如何通过STEM框架深化课程。此课程设计参考引用了《STEM教学设计》书中案例《水，到处都是水，可是没有一滴能喝》的一些思路与现在的一些展品内容相融合。由表1可以看出，通过STEM深化的课程中跨学科的方向是有效地联接各展品的结点，这一系列的活动设计有效地把科技馆的几个主题展区的相关内容联系在一起，通过一个STEM系列课程把单一知识点展品的配套科学探究活动拓展成为一个系统化的课程体系。

科学教育活动的STEM是针对展品配套的活动在一定时间内没有改变，所以采取的升级软件的办法。从科学探究活动到STEM的转化是一个漫长的过程，也不是所有活动都需要进深化，如何深化与如何选择都需要据根当下展品与展览教育活动的情况而定。

3  结  论

可以看到，在STEM教育全球流行的今天，科技馆作为科学技术教育前沿的科普阵地，应当及时响应科学教育的最新理念，科技馆引用STEM的进程势在必行。运用STEM理念对展览设计与教育进行有益的改造，将是科技馆未来一段时间内需要大胆尝试与认真探索的一项任务，希望STEM教育为我们打开的一扇窗口能成为科技馆转型升级的拐点。

参考文献：

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[5] [美]826 National.基于课程标准的STEM教学设计 [M].北京：中国青年出版社，2018.

作者简介：张祖兴（1981.04-），男，汉族，广西北海人，讲师，在职研究生，主要研究方向：青少年科技教育与产品研发。