STEM教育的本土化理解与创意实施

【摘 要】STEM教育作为一种舶来品，在推进过程中教育工作者有必要对其进行本土化理解，如不要过于强调边界，不要一味强调科技，不要过于强调多学科，不要过多依赖机器人、3D打印等硬件。而其实施路径则包括在学科教学中基于问题设计跨学科的项目学习，对学校传统活动与节日进行深度设计，使用有效的STEM教学策略提升学生的STEM素养，运用STEM理念改变课堂教学的结构等。

【关键词】STEM教育;背景与意义;现状与问题;本土化理解与渗透

【中图分类号】G521【文献标志码】A【文章编号】1005-6009（2020）01-0007-04

【作者简介】万伟，江苏省教育科学研究院（南京，210013）基础教育研究所副所长，副研究员，课程与教学论专业博士。

一、STEM教育的背景与意义

当前，世界各国都掀起了一股教育改革的热潮，比如芬兰的实际场景主题教学，美国的STEM教育，还有其他国家的项目学习、主题教学、我国的综合实践活动课程等。虽然提法各不相同，侧重点也有所区别，但都是对当前社会发展和教育需求的一种回应。

当下，课程综合化、生活化，关注学生的创新、实践、合作等素养;对教育中原有知识体系、课程体系的质疑与变革等都是我们为适应社会发展变化而做出的教育探索。现在的分科教育系统是19世纪确立下来的，已经使用了近两百年。分科教育系统有其历史贡献，但我们更需要适合21世纪的教育体制。我们好像从来没去怀疑分科教育有什么问题，但回头想想，分科似乎并不是我们认识世界最自然的方式。

在我国的分科教育中，存在着将知识与知识割裂，将知识与生活割裂，将知识的传承与创新割裂，将人与人、部门与部门割裂的现象，大家关注的点越来越小，越来越局限，也因此学生学得越来越碎片化。STEM教育的核心意义在于打通、盘活和关联。它的核心要素一是聚焦真实的问题，二是形成有创意的物化形态作品，三是强调科學、技术、数学及工程等知识的融合及应用，强调学生学科思维和跨学科系统性思维的培养。这三个要素如果只有一是课题研究，一二都有是项目设计，一二三都有是STEM;如果一二三都有了，解决问题的过程中还涉及其他学科的知识，便称之为STEAM或STEM+，实际上，这就是综合实践活动课程。所以STEM不是一个全新的理念，它是与其他概念紧密相连的。

二、STEM教育的实施现状与问题分析

1.STEM教育实施现状。

目前，世界各国高度重视STEM教育，德国将STEM教育与终身教育结合起来，创造了一种可持续发展的STEM教育。英国独具特色的教育体系对STEM教育的发展起到了巨大的推动作用，同时实施了国家科学工程大赛、STEMNET等诸多扶持项目。美国更是把STEM教育上升到了国家教育战略的高度。

近年来，我国也高度重视STEM教育，中国教育科学研究院于2017年成立了STEM教育研究中心，并发布了《中国STEM教育白皮书》，各省市也纷纷致力于推进和研究STEM教育。为推进STEM教育在江苏的规范化实施，江苏省教育科学研究院和江苏省科学技术协会在全省设立了269所STEM项目学校，同时组织专业团队，研制了从幼儿园到高中一体化的《江苏省基础教育STEM课程指导纲要》，开发了从幼儿园到高中的系列STEM课程资源，举办了一系列教师培训活动，全面推进STEM教育。

2.存在的问题。

尽管如此，总体来说STEM教育还是推进艰难。教师反映的最大困难是“学校STEM课程师资不足”，其次是“学校的重视度不够”“资金、硬件及软件等配置缺乏”。大多数教师对STEM教育的理念还不是很理解，不知道怎么在学科教学（如语文）中渗透STEM教育。总的来说，幼儿园的STEM充满生活气息，小学初中高中竞赛气息特别浓，大多数学校把部分学生参加的科创比赛、科技小发明等同于STEM，普及的内容少，作为一种思维方式、解决问题的方式，在教育中的渗透还远远不够。

此外，STEM课程是强调探究、设计和创造的实践性课程，但是在课程实施的过程中往往呈现出来的是实践有余，探究和设计不足，很多课程实施者不关注课程活动本身的顶层设计，不关注学生设计思维的培养，只关注动手操作的过程和最终产品的呈现，做法急功近利，与课程目标相背离。

3.原因分析。

第一，制度与组织机构没有改变。分科教育的制度和组织机构仍然是主流。教师的职前教育是分科的，职后工作也以分科为主。教师的专业背景、工作内容、职称评审、评价考核等都是分科的。STEM教育的实施要统整各学科、各部门的力量，没有校长的支持很难。

第二，教师的能力不足。STEM教育的核心是科技。在我国的中小学教育中，科学技术类课程虽占比不小，但我们不重视。小学的很多科学教师都是语文教师、道德与法治教师兼的，何谈专业性？初中、高中考什么就教什么，数理化生等学科的教学过度关注知识传授和刷题训练，学科的生活化、学科知识的实际应用都很难做到，何谈STEM教育？

在我国，STEM教育的师资很是稀缺，一般来说，集科学、技术、工程、数学等知识于一身的人，不太可能到小学或者中学去当一个教育工作者，且即使有这样的教师，各方面待遇也跟不上，很难鼓励教师在这方面有所创新。

第三，学校缺乏课程开发的经验。STEM教育的开展，离不开硬件设备的投入，但更重要的是课程建设。目前大部分学校没有完整的STEM课程体系及教材，很多学校即使有一套装备，但缺乏课程，教师还是不知道怎么上课。

三、STEM教育的本土化理解

基于以上问题，我们认为，对STEM教育要有自己的本土化理解，在这样的国情下，在这样的教育状况下，不能过于理想化。那么在现阶段，我们该怎样去理解和实施STEM教育呢？

1.不要过于强调边界。

STEM教育、创客教育、综合实践活动课程、主题课程、统整课程、项目学习等既有内在的关联，又有细微的区别，笔者建议不要过于强调边界。这些课程及教学方式都是强调联系的，都是面向完整的生活世界，解决实际问题的。实际上，以上的任何一项我们都做得不够好，而任何一项都是很有意义的，所以，我们应模糊邊界、降低门槛，从而减轻教师的畏惧感和压力。

2.不要一味强调科技。

虽然STEM教育的核心是科技，但不应一味强调科技。STEM教育在国外的产生背景和我国是有区别的。美国开展STEM教育，是因为美国的青少年学习科技的人少，而关注社会性活动的人多，美国是从整个国家发展的角度来考虑的。对于中国学生来说，在基础教育阶段他们学习的科学方面内容的比例是较大的，花的时间也是较多的，但学习方式不当。所以，STEM教育对中国来讲，学习方式的意义比内容的意义更大。我们在推进STEM教育的时候应更加注意其对学生学习方式转变的意义。

另外，过于强调科技可能会让其他学科的教师置身事外，这是我们不愿意看到的。在分科教学的大背景下，教师更多的还是立足于本学科，所以我们应该更多地鼓励教师以自己学科为基点，思考如何融合生活，解决问题，带领学生系统地认识和应用学科知识。

3.不要过于强调多学科。

人们在分析一个活动案例是不是STEM的时候，喜欢一一对应，有没有科学、技术、工程、数学，好像少了一个学科就不是STEM，笔者认为这样不妥。有的学校为了开展STEM教育，人为地将多个学科拼凑在一起，比如围绕主题“水”，语文教师、科学教师、数学教师都来讲，这样的拼凑还是“水果沙拉”，没有真正实现内在的、深度的跨学科教学。学科知识的整合应该基于真实的问题。

4.不要过多依赖机器人、3D打印等硬件设备。

很多学校一谈到STEM教育，就是机器人、3D打印，好像没有这些就不是STEM教育，有了这些就是STEM教育;还有的学校有畏难情绪，好像没有高精尖的设备就做不了STEM教育。其实机器人、3D打印只是在STEM教育中偶尔用到的硬件。相比较而言，STEM教育不需要多少高精尖的硬件设备，我们更缺乏的是软件，在STEM教育中更应侧重培养学生的软技能。

一是提出问题的技能。建议在STEM教室里专门建一面墙，大家头脑风暴，每个小组运用思维导图、便利贴等发现问题，提出问题。

二是充分讨论、争议和思考的技能。围绕问题分析、思考、碰撞的能力，也是学生所缺少的。

三是演讲和发布研究成果的技能。在STEM教育中，学生的作业分享很有仪式感，学生像科学家一样介绍自己的研究成果。在此过程中，学生的口头表达、逻辑思维等能力能得到提升。

四是转化技能。STEM中所有的知识都是通过工程来串联的，所谓工程，就是科学理论应用到具体工农业生产部门中的总称，它是沟通知识与现实生活的桥梁。怀特海在《教育的目的》一书中说：学生要学习有活力的知识。笔者认为，这些有活力的知识应该是能够生长的知识，能转化为生产力的知识。怎样把学科中学习到的知识灵活运用于真实的问题情境中，这是学生最核心的软技能。

如果某活动对培养学生的这些软技能有重要价值，笔者觉得这就是很好的STEM活动。

四、STEM理念如何渗透于日常教育活动中

1.在学科教学中进行跨学科的项目学习。

项目学习其实也是STEM教育的核心，笔者认为，学科教师运用项目学习的方式来开展教学活动是有价值的。比如学科教学中的概念性知识、策略性知识、教学中的实际问题，都很适合进行项目学习。笔者曾给某学校做过一次示范。苏教版《数学》六下中有一个内容是教学生辨识方位，结合很多学生没有办法把该知识应用到生活中去的问题，笔者设计了一个让学生绘制校园平面图的学习项目。在项目中，学生要将学到的概念性知识真正用起来，还要用到现代技术手段，体现创意，这就是一个有STEM意味的活动。再比如：在语文口语交际活动中有要求学生阅读《三国演义》的内容，针对学生阅读兴趣不足的现状，笔者建议教师设计项目活动“《三国演义》百家讲坛”，让学生用个性化的方式表达对《三国演义》的理解。学生有的做PPT，有的做微电影，有的表演小品，这些个性化表达的背后是学生对名著的深入阅读。这样的活动既立足学科，又超越学科，笔者觉得这很好地体现了STEM理念。

2.学校传统活动与节日的深度设计。

我们还可以利用STEM理念对学校传统的节日、常规活动、校本课程等进行设计。比如：有学校的活动主题是二十四节气，以前的活动就是围绕主题找一些资料，学生介绍介绍，最多设计一些体验活动。如果运用STEM理念来进行设计，就可以首先设计三个真实的驱动问题，什么是二十四节气？为什么会有二十四节气？二十四节气现在还有用吗？然后设计三个调查与研究活动：“二十四节气名字的由来活动”“二十四节气之农谚活动”“二十四节气之民俗活动”。第三个环节是创意与物化，也是三个活动：“二十四节气书签制作”“二十四节气美食制作”“创意设计二十四节气养生产品”。最后是展示与评价、拓展与运用。通过这样的改造，活动更有深度，学生动手的机会多了，多学科知识也能在活动中得以综合运用。

3.使用STEM教学策略提升学生STEM素养。

美国学者丹尼尔斯和海德等人针对美国科学和数学教师实施STEM课程教学提出了10条教学策略，分别是：（1）运用教具和动手学习。（2）合作学习。（3）讨论和探究。（4）提问和推测。（5）运用思维修正。（6）形成反馈和问题解决的纸质报告。（7）运用问题解决方式。（8）整合技术。（9）教师作为促进者。（10）在教学中运用评价。他们通过研究发现，在教学中理科教师灵活运用上述策略，不仅能提升教学效果，还能提升学生在STEM方面的学术成就，而这些策略我们也可以在平时的教学中灵活运用。

4.运用STEM理念改变课堂教学的结构。

传统的课堂教学主要采用凯洛夫五段教学法，即复习旧知、导入新课、传授新知、巩固练习、布置作业。在这个结构中，知识是主线。如果用STEM理念来设计教学的话，问题解决就是课堂教学的主线。首先课堂教学中学生面临的问题是什么;围绕问题解决，可以设计哪些探究、合作、实践的活动;在这些活动中学生可能要用到哪些学科内或学科外的知识？需要运用哪些认知策略和学习方法、研究方法;学生用什么方式来表达、呈现、展示问题探究的结果;根据学生的表达，师生怎样帮助他进一步优化调整，进而实现知识内化、素养提升。这样的教学肯定会呈现出与传统教学不一样的精彩。

通过以上四个途径，每一位教师都能在日常教学中渗透和体现STEM教育的理念。