上海市中小學(xué)STEM教育調(diào)研報告

◎ 管文川 蔡 潔

STEM教育以項目式學(xué)習(xí)的方式融合各領(lǐng)域內(nèi)容，解決真實環(huán)境下的實際問題，通過針對學(xué)生而設(shè)計的活動來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新品質(zhì)。在注重學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的大環(huán)境下，許多國家都加強了STEM教育的開發(fā)和落實，上海也在這一浪潮中積極嘗試，社會、學(xué)校、教師都投入了大量成本和精力。STEM教育在上海的實際開展情況如何？它的進一步推廣還需要有哪些具體措施加以保障？在開展了為期3個月的上海市中小學(xué)STEM教育調(diào)研后，本報告對相關(guān)問題給出了基于實證的回答，不僅對目前上海市中小學(xué)實施STEM教育的情況形成概覽，而且初步總結(jié)出目前存在的主要問題及可進一步推廣的經(jīng)驗。

一、調(diào)研概況

（一）調(diào)研目的與方法

本次調(diào)研的主要目的是了解目前上海市中小學(xué)STEM教育的實際開展情況，從中汲取經(jīng)驗，完善、健全跨學(xué)科課程建設(shè)，并提供跨學(xué)科課程設(shè)置的建議和意見。主要的調(diào)研方法有資料查閱、與校領(lǐng)導(dǎo)及教師座談、課堂觀課、學(xué)生問卷調(diào)查、教師問卷調(diào)查等。研究組通過積極籌備，組建了一支由教研室、大學(xué)、出版社相關(guān)人員及指導(dǎo)專家組成的調(diào)研團隊，明確了調(diào)研的相關(guān)任務(wù)及要求；分別編制了針對學(xué)生和教師的網(wǎng)上調(diào)研問卷以及針對課堂教學(xué)的評課記錄單等。正式調(diào)研自2017年3月下旬開始，至2017年6月中旬結(jié)束。在調(diào)研前兩周，由所調(diào)研學(xué)校填寫自評報告；調(diào)研當天，由調(diào)研團隊聽課或聽取課程介紹，并圍繞學(xué)?？鐚W(xué)科課程建設(shè)及課堂教學(xué)與校方交流討論；同日，學(xué)校完成學(xué)生、教師的網(wǎng)上調(diào)研問卷填寫。

（二）調(diào)研對象的基本信息

本次調(diào)研共涉及上海的9個區(qū)：黃浦、普陀、閔行、徐匯、楊浦、靜安、浦東、長寧、虹口。共計調(diào)研26所學(xué)校，其中小學(xué)9所，初中8所，高中7所，完全中學(xué)2所。所調(diào)研學(xué)校中，民辦學(xué)校占15.4%，公辦學(xué)校占84.6%。共計回收學(xué)生問卷1241份，教師問卷66份。

二、調(diào)研初步結(jié)論

（一）學(xué)校支持情況

關(guān)于STEM教育的教學(xué)場所，在所調(diào)研的26所學(xué)校中，有46.15%設(shè)有STEM教育專用教室，46.15%利用創(chuàng)新實驗室，46.15%和26.92%利用現(xiàn)有的科學(xué)（自然）實驗室或勞技教室開展教學(xué)。

有76.92%的學(xué)校的STEM教育教師全部為本校教師，7.69%的學(xué)校的STEM教育教師來自第三方機構(gòu)，兩種情況兼有的學(xué)校占15.38%。

（二）課程設(shè)置情況

在所調(diào)研的26所學(xué)校中，有57.69%的學(xué)校將STEM教育課程歸為拓展型課程，有26.92%的學(xué)校將STEM教育課程歸為研究型課程。

課時安排方面，小學(xué)、初中、高中差異不大，多為每周2課時連上。大多數(shù)學(xué)校選擇利用每周2課時的拓展課；也有學(xué)校采用“1+1”模式，即利用每周1節(jié)拓展課加1節(jié)自然（或科學(xué)、勞技）課，整合為2課時，以滿足課時需要。學(xué)期總課時數(shù)，小學(xué)、初中為24—27課時，高中平均為18課時。

開課年級方面，在小學(xué)主要集中在二、三年級，初中主要集中在初中預(yù)備班、初一年級；高中主要集中在高一年級。

（三）教師基本情況

受訪教師中，教齡低于5年者占25.76%；教齡為5—10年者占21.21%；教齡為11—15年者占22.73%；教齡為16年及16年以上者占30.3%。受訪教師中，22.73%具有博士或碩士學(xué)歷，75.76%具有大學(xué)本科學(xué)歷。

執(zhí)教STEM教育課程的教師，學(xué)科背景幾乎涵蓋所有基礎(chǔ)課程，其中以下學(xué)科的占比分別為：科學(xué)（31.82%）、信息科技（24.24%）、數(shù)學(xué)（18.18%）、生物（12.12%）、化學(xué)（12.12%）、物理（10.61%）。

（四）學(xué)生認可情況

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生認可STEM教育課程，對該課程比較感興趣，尤其看重STEM教育課程能夠提供動手操作和實踐的機會（具體見圖1）。

圖1 學(xué)生認可STEM情況

對于STEM教育可能給未來發(fā)展帶來的幫助，學(xué)生做出的選擇排名前五位的依次是：提高動手能力（86.38%）、提高與同伴合作能力（77.68%）、知道研究流程（72.52%）、提高表達能力（67.61%）、提高處理錯綜復(fù)雜的綜合問題的能力（66.08%）?？梢?，大部分學(xué)生對STEM教育的育人價值持肯定態(tài)度，尤其是在提高動手能力方面，絕大多數(shù)學(xué)生對此表示認同。

三、可取經(jīng)驗

（一）主題選擇注重與學(xué)校傳統(tǒng)特色相結(jié)合

被調(diào)研的大部分學(xué)校在上海課程改革過程中逐漸形成具有鮮明特色的校本課程群。在STEM教育中，這些學(xué)校并沒有舍棄之前的特色課程建設(shè)基礎(chǔ)，將STEM 教育與學(xué)校特色結(jié)合，尋找適合跨領(lǐng)域項目式學(xué)習(xí)的主題。

例如，華漕學(xué)校結(jié)合本?！邦^腦OM”科技特色和“墨流”藝術(shù)特色，形成“當頭腦OM遇上墨流之‘創(chuàng)想藝術(shù)燈’”課程，將工程、物理、勞技、美術(shù)等領(lǐng)域知識整合在一個項目中，用項目式學(xué)習(xí)的方式進行推進，從學(xué)習(xí)墨流技術(shù)、了解電子元器件、電路原理到實際應(yīng)用，最終制作出實物，將整個感應(yīng)墨流燈項目分解成一個個小任務(wù)，最終呈現(xiàn)一個結(jié)果式的作品。

例如，世博家園小學(xué)創(chuàng)設(shè)的“網(wǎng)球STEM課程”中，利用學(xué)校豐富的網(wǎng)球相關(guān)資源，開發(fā)出一系列融合工程、技術(shù)、體育的項目主題。

（二）實施過程注重工程實踐中的體驗

被調(diào)研的一部分學(xué)校在STEM教育中十分重視工程實踐。讓學(xué)生反復(fù)經(jīng)歷工程實踐過程的相關(guān)環(huán)節(jié)（如：提出問題和明確需要解決的難題；建立和使用模型；設(shè)計和實施調(diào)查研究；分析和解釋數(shù)據(jù)；利用數(shù)學(xué)和計算思維；建構(gòu)解釋和設(shè)計解決方案；基于證據(jù)的論證；獲取、評估和交流信息；改進與優(yōu)化等），不斷總結(jié)經(jīng)驗，提高工程實踐能力。

例如，上海交通大學(xué)附屬中學(xué)讓學(xué)生以項目過程記錄本的形式記錄下自己在項目實踐（實驗）每一節(jié)課中的觀察和思考，使學(xué)生養(yǎng)成記錄和表達的習(xí)慣，并以此作為相互交流的依據(jù)。記錄可以由個人撰寫，也可以由小組成員共同撰寫；除了手寫文字，還可以采用剪剪貼貼的方法畫上各種設(shè)計圖。其目的都是為了培養(yǎng)學(xué)生良好的工程思維與設(shè)計習(xí)慣——用簡潔的方式將科學(xué)問題及解決過程清晰地呈現(xiàn)出來。學(xué)生動手制作作品前，要求學(xué)生先后畫出草圖、設(shè)計圖、步驟圖，將學(xué)生的設(shè)計思想以畫圖的形式予以物化，這樣的做法值得推廣。

例如，上海市實驗學(xué)校初中部在“自制酸堿指示劑”項目實施中，當紫甘藍液與不同酸堿溶液混合后呈現(xiàn)不同顏色的事實明確后，請學(xué)生在此基礎(chǔ)上根據(jù)提供的已有溶液配制目標溶液。在學(xué)生解決這一問題過程中，有窮盡所有可能性一一試驗的，也有根據(jù)目標溶液顏色偏向，選擇堿性溶液進行配制的，方法不同體現(xiàn)了學(xué)生認知、能力和性格的差異。交流不同的解決方案，可以分享成功與失敗，收獲更多的經(jīng)驗。

例如，上海敬業(yè)初級中學(xué)在“橋梁設(shè)計與制作”項目的中期讓學(xué)生進行橋梁測試并開展交流，通過小組相互評價，發(fā)現(xiàn)并指出其他小組在制作過程中存在的問題，尋找改進的方法，如此反復(fù)多次，當大家對制作的橋梁模型都比較滿意以后，整個項目再進入下一環(huán)節(jié)。這樣的做法雖然進度推進較緩慢，但切切實實關(guān)注了學(xué)生的思考過程和工程過程中極其重要的“改進與優(yōu)化”環(huán)節(jié)，有效培養(yǎng)了學(xué)生的工程思維、質(zhì)疑精神及評價的能力，同時有利于學(xué)生形成批判性思維。

四、思考與建議

（一）大力開發(fā)優(yōu)質(zhì)課程資源

在課程資源方面，使用由專業(yè)機構(gòu)提供教材的學(xué)校占73.08%，由本校教研組（或項目組）設(shè)計課程內(nèi)容的占65.38%，由執(zhí)教教師獨立設(shè)計的占46.15%。

雖然有大量的有實力的公司和教育者在做這方面的努力，但是目前仍舊有不少課程直接使用國外的資料，沒有做任何改進，不符合本地學(xué)校情況，沒有體現(xiàn)STEM教育真實問題解決的理念。有些教材在內(nèi)容的科學(xué)性、邏輯性、年段適用性等方面存在一定的問題。還有課程結(jié)構(gòu)過于固定模式化、課程內(nèi)容過于形式化，刻意將毫無關(guān)聯(lián)的知識內(nèi)容拼裝式組合進課程、配套的輔助工具缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃等。由此可見，為上海的中小學(xué)提供本土化的優(yōu)質(zhì)STEM教育課程資源是一項迫在眉睫的任務(wù)。

建議以學(xué)校作為課程資源開發(fā)的主體，選擇適合學(xué)生學(xué)情、基于學(xué)生已有學(xué)科基礎(chǔ)、具有科學(xué)性和可行性、對培養(yǎng)學(xué)生的能力有價值的項目，借鑒優(yōu)秀課程的模式，編制有特色的STEM課程。

（二）切實轉(zhuǎn)變課堂教學(xué)方式

當被問到“你希望STEM教育課程的老師在指導(dǎo)方面有哪些改進”，學(xué)生的選擇見圖2。學(xué)生的選擇從另一個方面說明教師本身可能存在一些問題，例如教學(xué)方法不夠合理等。

圖2 學(xué)生的選擇

從本次調(diào)研的觀摩課來看，超過一半的課堂被教師牢牢把控，學(xué)生的自主性嚴重不足。教師嚴格控制著課堂教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，從問題的提出到任務(wù)分工，從學(xué)生實驗到交流展示，完全按照教師的意圖和節(jié)奏步步推進。不少學(xué)生不知道活動的目的和意圖，不清楚個別活動與項目整體之間的關(guān)系，只是被動地被教師牽著鼻子走。這樣的課堂并不能有效發(fā)揮學(xué)生的主動性和培養(yǎng)學(xué)生的求知欲，是與STEM教育通過項目式學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的初衷背道而馳的。

建議STEM教育的課堂教學(xué)要適當放慢節(jié)奏，給予學(xué)生多次嘗試（包括試錯）的機會，讓學(xué)生通過體驗認識工程過程。教師應(yīng)當只是起到適時點撥的引導(dǎo)作用，鼓勵學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。在課堂中，可以充分利用學(xué)生之間的交流與討論，讓同伴互助合作學(xué)習(xí)發(fā)揮最大的效用。

（三）加強教師培訓(xùn)交流研討

在受訪教師中，40.91%沒有接受過有關(guān)STEM教育的培訓(xùn)，59.09%接受過相關(guān)培訓(xùn)。培訓(xùn)內(nèi)容按照比例由多到少依次為：STEM教育理念（92.31%）、某項技術(shù)（如3D打印、工具的使用方法）（58.97%）、學(xué)科知識（43.59%）和教學(xué)方法（48.72%）。而在回答“希望加強哪些方面的培訓(xùn)”時，按教師選擇人次由多到少的順序依次為：項目設(shè)計（96.97%）、工程設(shè)計理論與實踐（78.79%）、通用技術(shù)（74.24%）、科學(xué)知識（66.67%）、學(xué)業(yè)評價（62.12%）、信息技術(shù)（62.12%）、STEM教育理念（57.58%）和對外交流（1.52%）。這表明教師對項目設(shè)計、工程設(shè)計理論與實踐、通用技術(shù)的學(xué)習(xí)需求最為迫切，這與目前培訓(xùn)機構(gòu)所提供的培訓(xùn)內(nèi)容存在錯位。

雖然中國傳統(tǒng)師范教育培養(yǎng)了大批學(xué)科（如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)）的教師，但是缺乏工程技術(shù)方面的師資培養(yǎng)，教師無法順利實施工程領(lǐng)域的全部教學(xué)活動。其次，STEM教育本身跨學(xué)科的特點決定了它難以由單一學(xué)科背景的教師完成教學(xué)。部分學(xué)校面對師資困局選擇以全部外包的方式來實施STEM教育課程，包括課程資料及課程耗材包的購買，甚至連授課教師都外包。如果校內(nèi)教師全程不參與，其實對于學(xué)校的STEM教育落地并無太大幫助。

基于這些現(xiàn)狀，首先建議對所有相關(guān)教師提供系統(tǒng)且專業(yè)的工程與技術(shù)普及化培訓(xùn)。其次，STEM教育不同的領(lǐng)域建議由不同學(xué)科的教師實施教學(xué)，這樣可以避免教師專業(yè)基礎(chǔ)的缺失，以醫(yī)療領(lǐng)域、環(huán)境領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域為例，分別可以請生命科學(xué)教師、化學(xué)教師、物理教師來授課，但即便如此，在領(lǐng)域內(nèi)相當大的知識覆蓋依然超出學(xué)科教師的專業(yè)范圍，所以需要在不同領(lǐng)域?qū)處熯M行有針對性的培訓(xùn)。第三，STEM教育的教學(xué)教法與基礎(chǔ)課程是有一定的區(qū)別的，某種程度上說是更難的，也是教師特別不擅長的方面，比如相對開放的課堂、跟著學(xué)生的思路節(jié)奏演繹教學(xué)等，需要通過典型教學(xué)案例提供課堂教學(xué)教法方面的專業(yè)指導(dǎo)。此外，目前上海STEM教育缺乏教師之間相互交流、共享的平臺與機制。因此，要加大市、區(qū)兩級STEM教育教研活動的力度，讓更多教師有機會了解其他學(xué)校的教學(xué)方式，分享、輻射優(yōu)秀經(jīng)驗，加強交流與互動。

（四）完善學(xué)生過程性評價

好的評估系統(tǒng)是教學(xué)質(zhì)量的保證，由于STEM教育并不是簡單地將科學(xué)與工程組合起來，而是要把學(xué)生學(xué)習(xí)到的零碎的知識與機械過程轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程。所以對于這種項目式學(xué)習(xí)，用工程技術(shù)方法來做現(xiàn)實問題解決的STEM教育評估體系的開發(fā)是很有挑戰(zhàn)性的。STEM教育評估體系還需要對教師的能力進行考核。目前的評價機制無論是學(xué)生的成果作品評價還是學(xué)生過程性評價，都還只是淺嘗輒止的初探，對教師的評價也缺乏規(guī)范的體系。

建議建立學(xué)生過程性評價的頂層設(shè)計，在進行課程方案設(shè)計時采用評價在先的原則，優(yōu)先構(gòu)思如何在課堂教學(xué)中實施過程性評價；豐富學(xué)生過程性評價的方式，例如表現(xiàn)性評價、檔案袋評價等；優(yōu)化資源并對學(xué)生過程性評價進行全面取證；完善過程性評價評估標準，形成從學(xué)生到教師再到學(xué)校的可信的評估體系。