将STEM教育渗入社团活动

张宏平 赵连儒

〔摘    要〕  教学策略总是聚焦于如何提高学生的应试成绩，并不利于学生的发展，会造成学生创新能力培养不足。本文所要探讨的是，通过与课本联系相对紧密而又面向全体学生的STEM教育，提升他们的科学素养，并通过社团活动等形式开发系列教材，开展基于社团活动的长期、系列的STEM教育，提升学生的创新能力。

〔关键词〕  STEM教育；社团活动；课程

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  11-0061-03

当今世界竞争日趋激烈，各国综合国力的竞争越来越多地表现为科学技术的竞争。科学技术的竞争关键在于人才的竞争，而人才靠教育培养，今天的教育就是明天的科技、明天的经济。世界各国综合国力的竞争归根结底是教育的竞争，是人才的竞争，谁赢得了人才，谁就赢得了综合国力，谁赢得了人才培养的方式，谁就赢得了人才。各国竞相出台政策，提高人才的培养质量。STEM教育因倡导让学生通过跨学科手段，在解决实际问题的过程中培养自己的创新能力而受到各国青睐，欧美等发达国家也都从国家战略层面对STEM教育进行了顶层设计。我国的STEM教育起步较晚，理论研究多而实践研究少，缺乏系统性的课程开发设计。本文就如何选拔具有科学研究天赋的学生，聚焦最前沿科学技术和国家急需的高层次人才，基于社团活动设计开发系列化、系统化的STEM教材，开展常态化STEM教学，培养学生创新能力，提升学生科学素养，为国家高科技领域储备优质生源加以阐述。

一、开展普惠的STEM教育

（一）定位基于社团活动的STEM教育

我国的义务教育是不分等级的普惠教育，义务教育阶段不允许有快慢班存在。中小学普遍把平均分与及格率作为教师最重要的考核项目之一，教师教学符合20与80法则，即教师把80%的精力用在了只占学生总数20%的学困生身上，这不利于那极少数有科学研究天赋、将来最有可能推动人类社会技术进步的精英学生的发展。教师工作中心后移，对精英阶层的学生无法进行有效的思维启发引导，致使我国中小学生创新能力的培养严重不足。

STEM教育引导学生用跨学科知识，在解决生活中实际问题的过程中学习、应用知识，让学生在“做中学”“学中做”“学中悟”，培养学生解决实际问题的能力与创新能力，提升学生的核心素养，这能有效弥补我国中小学教学中学生创新能力培养不足的问题。但我国的STEM教育内容不连贯，缺少可连续开展的系列化的教学内容。开展面向全体学生的普惠的、与日常教学联系较为紧密的STEM教育，选拔出有科学研究天赋的学生，聚焦最前沿科学技术和国家急需的高层次人才，有针对性地开发系列化的STEM教育课程，充分利用社团活动，开展系列化、常态化的STEM教育，既能保证我国的学校在分科教学模式下，让普通学生获得扎实的专业基础知识，又能强化对精英学生知识的认知过程、认知的方法的培养，弥补我国STEM教育内容不系统、不连贯，学生创新能力不足的问题。

（二）挖掘STEM教育素材

基于STEM教育的核心内涵，挖掘STEM教育素材。STEM教育以“科技或工程问题为核心，根据解决问题的需要，让学生通过活动，组织所需要的科学、技术、工程与数学的知识，形成连贯、有组织的课程结构”。“技术的核心是发明”，“工程的核心是设计”。技术与工程实践活动的最终结果是物化产品，能使学生体验到成功的快乐。

可以从科学教材知识点出发挖掘STEM教育素材。系统梳理科学教材中的知识点，教师精选那些既有动手操作，又融合多学科、多模块的知识，创设用课本知识融合技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）等知识解决的、带有一定挑战性的实际问题作为STEM教育的素材，尝试以解决实际问题为驱动，让学生在用多学科知识解决实际问题的过程中，特别是通过动手操作形成物化成果的过程中，或探究学习知识，或验证知识，在做中学，学中做，提升能力。

还可以从人们生活中的需要出发，以挖掘那些需要用学生学习到的多学科知识可以解决的实际问题为驱动，整合多学科知识作为STEM教育素材。让学生通过动手实践，在用多学科知识解决实际问题的过程中，学习知识，进一步理解知识的原理与应用。还可以直接借鉴或改造他人的STEM教育素材为我所用。

（三）面向全体学生开展STEM教育

我们不能用STEM课取代某门常规课程。应充分利用选修课、学校的校本课程，面向全体学生开展与课本中的科学知识联系相对紧密的STEM教育，在学生普遍动手参与STEM教育的过程中，发现那些对STEM教育感兴趣、有科学研究天赋、有志于科学研究、愿意参加系列化STEM教育的学生，为基于社团活动而进行的系统化的STEM教育准备人才。

二、开发基于社团活动的STEM教育课程

（一）从教材中收集素材

从教材中收集那些教材中已经涉及但又未系统阐述的知识作为STEM教育素材，开发基于社团活动的STEM教育课程深入研究。例如，《电》是教科版小学科学四年级的内容，教材中对电学知识设计的学习内容是：先用干电池、导线组成电路点亮小灯泡，再把多个小灯泡与干电池分别以串联、并联的方式连接，点亮小灯泡，然后强调安全用电知识。但教材中安排的实验太少，实验相互独立，对许多知识点——如不能用潮湿的手触碰带电设备，下雨天不能在孤零零的树下避雨，采取直接告诉学生的方式展示。实验中，电池的串联与并联的连接方式、数量不同，以及小灯泡连接的数量与方式不同，灯泡的亮度就不同。实验中出现了这些现象，教材卻没有分析这些变化的原因，也没有让学生探究这些实验现象背后的原因，使学生在做完这些实验后，产生了一系列的疑惑。因此，教师可在学生完成用干电池点亮小灯泡的实验后，以探究为什么此时小灯泡发光而导线却不发热作为STEM教育的驱动性问题，以电流的热效应为突破口，进行系列化研究。让学生先猜测原因，再让学生通过实验明白，电流流过常温下的任何物体都会产生热。电流流过小灯泡与铜丝导线时，铜丝产生的热量极少，小灯泡的灯丝产生的热量多，所以小灯泡的灯丝才被电流产生的热量烧得发光。让学生通过观察在电路中接入同样长短粗细的铜丝、铁丝、钨丝后，小灯泡的亮度不同，明白不同物体的导电能力不一样。从而使他们懂得：不能把电池的正负极用导线直接连接，否则会烧坏导线，损坏电池，以及电池、小灯泡数量不同、连接方式不同，小灯泡的亮度就不同；不能用照明电路做实验，不能用潮湿的手触碰带电设备，下雨天不能在孤零零的树下避雨，不能接触高压带电设备等，都是因为电流的热效应。通过这一系列的探究实践活动，学生能轻松理解那些原本不解的知识。

（二）立足国家战略需求

要对接国家的“中学生英才计划”“强基计划”“基础学科拔尖学生培养计划”，聚焦国家急需的高层次人才，开发对应方向系列化的STEM专用课程，对经过普惠的大众的STEM教育筛选出来的，具有STEM研究天赋、创新天赋、科学研究天赋，对STEM教育感兴趣的学生，进行系列化的STEM教育。例如，从简单的模块化编程开始，再到代码编程、C语言等，将学科系列化的知识和人们的实际需求相结合，与学生的兴趣相结合，通过一系列的实践活动，进一步提升学生的学习兴趣，培养学生的创新能力，为将来国家选拔拔尖人才做好准备。

（三）立足当地特色产业

应基于社团活动的STEM教育课程的开发研究，强调将地方特色产业要素融入开发过程中，通过开展熟悉环境中的熟悉活动，使学生更加容易理解知识本身。这更容易激发他们的学习兴趣，理解科学技术对社会生活的贡献，近距离理解科学技术的实用性。例如，结合家乡的戈壁农业，就可深入实地探究农业的无土栽培，将有机蔬菜的种植条件、种植密度、水肥用量的计算等知识相互融合，开发成为STEM教育课程。

三、开展系列化长期性的STEM教育

（一）常态化开展活动

应基于面向全体学生开展的普惠的STEM教育，精选出对STEM教育感兴趣、有科学研究天赋、有志于科学研究、愿意参加系列化STEM教育的学生，结合学生自己的学习兴趣，组建不同研究方向的STEM社团活动小组。例如，对人工智能感兴趣的机器人社团，对计算机编程感兴趣的编程社团，对物理知识感兴趣的物理社团等，立足校本实际，充分利用学校的社团活动时间，常态化开展专项研究领域的STEM教育课程学习。还可充分利用校本课程、劳技课、课外兴趣活动，或利用周末科技兴趣活动小组、寒暑假科技夏令营和冬令营、科技活动周以及科技竞赛活动的赛前专项培训等，推动专项研究领域的STEM教育常态化开展。

（二）系列化开展活动

基于社团活动面向有天赋的精英学生开展的STEM教育，不同于面向全体学生开展的与科学课本联系较为紧密的STEM教育，后者是由一个个独立的案例组成的，案例之间联系较为松散，具有长期的、系列化的特点。而面向有天赋的精英学生开展的STEM教育，其课程内容是基于某个研究领域和方向整体设计布局的，课程中的案例相互紧密联系，是基于某个领域、某个研究方向的系统化、连续化的课程内容，是贯穿一个学期或多个学期甚至整个STEM学习过程的系列化的课程，有不同的系列，供学生自主选择。

（三）分学段实施

STEM教育的课程既要整体设计布局，形成完整的知识体系，又要根据学生的年龄特征及其认知规律、知识结构体系，有计划地分学段实施，开展系列活动。各学段内容应相互衔接，不可跨越学段、跨越原本连续的学习内容，进行跨越式学习。

（四）活动形式多样化

活动以校内的活动为主，让学生通过动手操作探究学习，在“做中学”“学中做”。同时，还要利用好校外资源，通过走访高科技企业、科技馆、校外参观、校外科技主题实践活动等，丰富活动形式，激发学生的学习兴趣。

总之，在我国义务教育不分层的现实情况下，应基于社團活动开展系列化的STEM教育，通过系列化的操作实践，提高学生的创新能力，提升其科学素养。

【本文系甘肃省“十四五”规划2021年度一般课题“基于校本资源的小学STEM教育实践与探究”的系列研究成果，课题立项号：GS〔2021〕GHB0783】

参考文献

[1]吕延会.STEM教育的核心精神[J].当代教育科学，2017（5）.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2017