打造有生命力的STEM教育

黃海

【摘要】STEM教育是素質(zhì)教育的重要抓手，學(xué)校可以依托原有的科技教育基礎(chǔ)，以學(xué)科教學(xué)為主陣地開(kāi)展STEM教育，提升教學(xué)質(zhì)量。圍繞“學(xué)生歡迎，教師參與，提升質(zhì)量”的思路，在學(xué)科教學(xué)中開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)、課例研討等活動(dòng)，探索STEM學(xué)習(xí)與教學(xué)質(zhì)量相互促進(jìn)的策略，對(duì)如何促進(jìn)STEM教育可持續(xù)發(fā)展指出了方向。

【關(guān)鍵詞】STEM教育;學(xué)科教學(xué);有生命力

STEM教育是以科學(xué)為基礎(chǔ)，偏重于理工科領(lǐng)域。教師將學(xué)科核心理念與科學(xué)研究的內(nèi)容或工程相結(jié)合，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為學(xué)生的能力與素養(yǎng)。科學(xué)、工程是整合的核心，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是主要的教學(xué)方式，因而科技教育群眾基礎(chǔ)好、蓬勃發(fā)展的學(xué)校有“先發(fā)優(yōu)勢(shì)”。

一、開(kāi)展STEM教育的必要性

STEM教育是素質(zhì)教育的重要抓手，學(xué)校開(kāi)展STEM教育，一般基于幾個(gè)方面：一是為國(guó)家培養(yǎng)科技人才培養(yǎng)的需要;二是學(xué)校內(nèi)涵發(fā)展需要，特別是科技教育的龍頭學(xué)校，要繼續(xù)發(fā)揮引領(lǐng)作用;三是教師專業(yè)成長(zhǎng)需要，科技教師要利用自身優(yōu)勢(shì)，通過(guò)STEM教育活動(dòng)提升水平;四是區(qū)域特點(diǎn)需要，有些學(xué)校困生比例較大。如何激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)質(zhì)量提升，是值得研究的問(wèn)題。開(kāi)展STEM教育，在“做中學(xué)”中培養(yǎng)多元智力，提升教學(xué)質(zhì)量。

二、開(kāi)展STEM教育的疑惑

1.如何處理學(xué)科教學(xué)與STEM教育的關(guān)系

教學(xué)質(zhì)量是學(xué)校生命線。開(kāi)展STEM教育從時(shí)間分配、師資配備來(lái)說(shuō)，如何科學(xué)處理，讓STEM教育作為提高教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)素質(zhì)教育的重要抓手，是個(gè)值得考慮的問(wèn)題。處理不好的話，容易對(duì)教學(xué)質(zhì)量造成沖擊，那么學(xué)校、教師就不會(huì)大力推動(dòng)。

2.如何讓老師積極參與STEM教育

不少教師對(duì)STEM教育一知半解，以為就是課外活動(dòng)換個(gè)說(shuō)法、換種形式，或者與創(chuàng)客、綜合實(shí)踐、校本課程、科技創(chuàng)新等混淆。有的老師說(shuō)STEM教育的老師是“搶了創(chuàng)客老師的工作”。不少教師對(duì)STEM教育的思想、教學(xué)方式、學(xué)習(xí)方式了解不深，常常以物理、化學(xué)的科學(xué)探究的角度、以應(yīng)試教育的角度去看待STEM課堂，評(píng)課時(shí)也以科學(xué)探究的角度去進(jìn)行，嚴(yán)重挫傷了STEM教師的積極性。

三、開(kāi)展STEM教育的思路

1.堅(jiān)持在STEM教育中牢牢把握“立德樹人”的教育思想

STEM教育雖然發(fā)源于美國(guó)，但我們必須發(fā)展自己特色的STEM教育——把思想政治教育放在首位，牢牢把握為誰(shuí)培養(yǎng)人，怎樣培養(yǎng)人，培養(yǎng)什么人這個(gè)根本問(wèn)題。要特別注重將培育社會(huì)主義核心價(jià)值觀與弘揚(yáng)科學(xué)精神結(jié)合起來(lái)。作為STEM教師，不僅要有良好的跨學(xué)科素養(yǎng)， 更須具備堅(jiān)定的政治信仰和政治意識(shí)，只有這樣才能牢牢把握教育的正確方向。STEM教師首先做政治上的明白人，只有這樣才能將正確的價(jià)值理念和科學(xué)精神傳播給廣大青少年學(xué)生。要在開(kāi)展STEM活動(dòng)中，將思想政治教育融入于各類活動(dòng)之中，找準(zhǔn)切入點(diǎn)。比如，在組織學(xué)生參加相關(guān)STEM教育競(jìng)賽時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)青少年學(xué)生的思想教育引導(dǎo)，激發(fā)青少年學(xué)生探索科學(xué)的熱情和創(chuàng)新精神，讓孩子們?nèi)コ睦?，全身心投入到活?dòng)中去，為國(guó)家培養(yǎng)和發(fā)掘更多科技后備人才。

2.加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提升理論水平

教育理論的指導(dǎo)非常重要，STEM教育發(fā)源自建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論。在實(shí)際運(yùn)用中，維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論、加德納的多元智力理論、萊夫的情境認(rèn)知與學(xué)習(xí)理論，對(duì)STEM課堂的教學(xué)組織能起到明確的指導(dǎo)作用。加深理論學(xué)習(xí)，可以提高教學(xué)設(shè)計(jì)水平，教師通過(guò)向?qū)W生提問(wèn)進(jìn)行引導(dǎo)，使學(xué)生積極思考，學(xué)生通過(guò)回答問(wèn)題使思考的深度逐漸增加，最終完成知識(shí)建構(gòu)，讓STEM教育達(dá)成度更高。如何通過(guò)STEM學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生教學(xué)質(zhì)量的提高，是STEM教育能否持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。教師可以通過(guò)研究STEM教育的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，找出優(yōu)化的方法，促進(jìn)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

加強(qiáng)學(xué)習(xí)，有利于STEM團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)確實(shí)施教學(xué)。例如，可以就STEM、創(chuàng)客、綜合實(shí)踐、校本課程、研究性學(xué)習(xí)的區(qū)別和聯(lián)系進(jìn)行研討，讓大家清晰什么才是STEM教育，避免偏離方向。STEM學(xué)習(xí)的效果很大程度取決于教師的知識(shí)儲(chǔ)備，要充分發(fā)揮每一位教師的作用，合作進(jìn)行教研備課、上課，提升團(tuán)隊(duì)教學(xué)水平。

3.堅(jiān)持在教學(xué)主陣地中開(kāi)展STEM教學(xué)

STEM教育要進(jìn)入課堂主陣地落地生根，讓師生廣泛參與才有生命力。學(xué)科教學(xué)通過(guò)研究科學(xué)現(xiàn)象、提出問(wèn)題和假設(shè)、尋找變量、控制變量、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后得出規(guī)律并驗(yàn)證，依照這樣的研究流程來(lái)整合其它學(xué)科。在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，要運(yùn)用工程思維，通過(guò)提出問(wèn)題、界定問(wèn)題、制定解決方案、落實(shí)方案、落實(shí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題、再次界定問(wèn)題、制定新的解決方案，直到問(wèn)題解決。在這個(gè)過(guò)程中，工程實(shí)現(xiàn)了對(duì)其它學(xué)科內(nèi)容的整合。力求讓STEM教育促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升，做到相互融合，相互促進(jìn)。

4.長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，打好基礎(chǔ)

為了扎實(shí)推進(jìn)STEM教育，要一步一個(gè)腳印，力求找準(zhǔn)STEM教育的路子。通過(guò)積極開(kāi)展實(shí)踐研究，加強(qiáng)反思，逐步摸索，積累資料，不必急于編寫教材。事實(shí)上，STEM教師的教學(xué)設(shè)計(jì)、教案、學(xué)案就是最好的教材。

5.重在思維過(guò)程、方法，不只是盯著“高大上”。

如果進(jìn)行STEM教育時(shí)，注意力在場(chǎng)室建設(shè)或者器材添置，只往高科技、新項(xiàng)目考慮，就偏離了STEM教育目的。研究目標(biāo)應(yīng)該集中在學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和思維方式，場(chǎng)室設(shè)置和器材按實(shí)際需要，圍繞項(xiàng)目的研究才設(shè)置，器材和場(chǎng)地不是STEM教育的決定因素。

四、具體做法

1.加強(qiáng)學(xué)習(xí)，樹立跨學(xué)科思維

教師要打破學(xué)科界限，在教學(xué)實(shí)踐中運(yùn)用STEM教育理念的同時(shí)，積極開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)、撰寫論文。例如，在八年級(jí)和九年級(jí)物理課中可以進(jìn)行以下的教學(xué)設(shè)計(jì)：“基于STEM學(xué)習(xí)的機(jī)械能的轉(zhuǎn)化”“基于STEM學(xué)習(xí)的凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)”“基于STEM學(xué)習(xí)的物體沉浮研究”“基于STEM學(xué)習(xí)的測(cè)量小燈泡的功率”“基于STEM學(xué)習(xí)的電阻的測(cè)量”、七年級(jí)語(yǔ)文課的“基于STEM學(xué)習(xí)的河中石獸”、九年級(jí)化學(xué)課 “凈水器的設(shè)計(jì)制作”和“飲用水的測(cè)量”、科技活動(dòng)的“基于STEM學(xué)習(xí)的航空模型活動(dòng)”等。還要積極以課題形式、依托工作室開(kāi)展STEM活動(dòng)的研究，提升理論水平。

2.充分挖掘?qū)W科的STEM素材開(kāi)展教學(xué)

教師可以挖掘各學(xué)科中的STEM學(xué)習(xí)素材，在學(xué)科課堂教學(xué)中展開(kāi)。例如，初二物理“機(jī)械能的轉(zhuǎn)化”教學(xué)中，老師提出制造過(guò)山車的任務(wù)，讓學(xué)生以小組合作的方式，通過(guò)設(shè)計(jì)方案，修改方案，制作原型、調(diào)試，每個(gè)小組完成自己的過(guò)山車，并展示分享。初三物理“測(cè)量小燈泡的功率”先讓學(xué)生測(cè)量小燈泡的電功率，然后提出問(wèn)題：作為節(jié)能環(huán)保，為什么國(guó)家提倡用LED燈具取代白熾燈？請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)制造一盞LED燈具，并測(cè)量功率進(jìn)行對(duì)比。要求運(yùn)用學(xué)過(guò)的串聯(lián)、并聯(lián)的電流電壓規(guī)律，科學(xué)設(shè)計(jì)電路。綜合考慮分配進(jìn)行試驗(yàn)和制作的LED的數(shù)量，能成功完成制作而且損耗最少LED的小組優(yōu)勝。學(xué)生在小組長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，分工合作，先查找不同顏色的超高亮LED工作電壓，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的電路，讓其在正常的電壓范圍工作，有的小組是串聯(lián)滑動(dòng)變阻器、電燈泡、增減電池個(gè)數(shù)，不同的小組采取了各自的方法，對(duì)比白熾燈的功率，得出更節(jié)能更環(huán)保的結(jié)論。

九年級(jí)化學(xué)課可以結(jié)合“凈水器的設(shè)計(jì)制作”和“飲用水的測(cè)量”展開(kāi)，教師先描述從《魯濱遜漂流記》里魯濱遜在渺無(wú)人煙的荒島上，自制的過(guò)濾柱過(guò)濾泥沙水，然后把已經(jīng)過(guò)濾的水煮沸后飲用引入課題，以此為切入點(diǎn)，分析自來(lái)水廠凈水流程圖，了解吸附、沉淀、過(guò)濾等凈化水的方法。小組成員通過(guò)頭腦風(fēng)暴，設(shè)計(jì)制作過(guò)濾器、初步測(cè)試、重新設(shè)計(jì)、測(cè)試、制作，然后對(duì)健康飲用水的簡(jiǎn)易檢測(cè)，分別進(jìn)行食醋溶液、鹽水、蘇打水和蒸餾水的pH值檢測(cè)以及導(dǎo)電性檢測(cè)。在電解水的實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用了物理剛學(xué)的電學(xué)知識(shí)，學(xué)生通過(guò)連接并聯(lián)電路，比較兩個(gè)支路的電流大小、觀察電解進(jìn)度、分析數(shù)據(jù)，畫出數(shù)學(xué)圖像，得出結(jié)論。綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)知識(shí)解決真實(shí)問(wèn)題。

思品課可以“強(qiáng)國(guó)夢(mèng)”為課題，開(kāi)展德育教育。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，開(kāi)展無(wú)線電測(cè)向、航空模型等活動(dòng)，激發(fā)愛(ài)國(guó)主義熱情，讓廣大學(xué)生了解我國(guó)的科技成就，增加民族自豪感。

七年級(jí)語(yǔ)文課“河中石獸”可以通過(guò)用沙子模擬河流和河床，學(xué)生先進(jìn)行小組討論，分析石頭的運(yùn)動(dòng)方向，制訂不同的打撈方案完成打撈任務(wù)。

在學(xué)科課后作業(yè)和測(cè)驗(yàn)考試中可以布置STEM作業(yè)。嘗試在學(xué)期考試中，加入“STEM特色”試題，以學(xué)生身邊的例子，要求運(yùn)用跨學(xué)科思維解決問(wèn)題。例如，有些學(xué)校的沙池，經(jīng)常有很多貓的腳印，要求同學(xué)們通過(guò)腳印，制訂不同的方案，估算出貓的重量。又例如，樓梯經(jīng)常出現(xiàn)老師、同學(xué)滑倒，可以請(qǐng)同學(xué)們分析原因，制訂解決的方案。這些題目是發(fā)生在同學(xué)們?nèi)粘Ｖ械恼鎸?shí)問(wèn)題，又要運(yùn)用物理的壓強(qiáng)、摩擦力、重心，運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算，可以使用各種測(cè)量工具，提高了對(duì)學(xué)科知識(shí)的整合能力。

3.開(kāi)展STEM課例研討

開(kāi)展課例研討可以對(duì)STEM課堂的真實(shí)情境的教學(xué)問(wèn)題深入分析 ，找出解決辦法。提高教研水平，促進(jìn)教師專業(yè)成長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)自身教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行反思，是提高STEM教師專業(yè)水平的有效途徑。通過(guò)認(rèn)真寫教學(xué)反思，把課堂問(wèn)題記錄下來(lái)，然后在STEM教研活動(dòng)中提出來(lái)研討，可以互相促進(jìn)。對(duì)于每一節(jié)課，都要認(rèn)真進(jìn)行反思，虛心聽(tīng)取意見(jiàn)和建議，反復(fù)修改教學(xué)設(shè)計(jì)，積累教學(xué)案例。

例如，有一次我校邀請(qǐng)教育集團(tuán)的化學(xué)老師來(lái)我校聽(tīng)課，內(nèi)容是九年級(jí)化學(xué)課“凈水器的設(shè)計(jì)制作”和“飲用水的測(cè)量”，課后提出了幾點(diǎn)意見(jiàn)和建議：（1）兩節(jié)課學(xué)生用在頭腦風(fēng)暴，設(shè)計(jì)方面時(shí)間不夠;（2）凈水器做第二次時(shí)，準(zhǔn)備水槽和噴壺沖洗。測(cè)pH需要洗玻璃棒再測(cè)第二種;（3）凈水器評(píng)價(jià)粗略來(lái)講秒表可以評(píng)價(jià)速率，效果可以在講臺(tái)展示肉眼可區(qū)分不同程度渾濁的泥水作對(duì)比。對(duì)集團(tuán)教師提出的意見(jiàn)，我們STEM項(xiàng)目組非常重視，對(duì)照STEM課程的每一項(xiàng)進(jìn)行分析、修改方案。然后在貴州面向畢節(jié)第五教育集團(tuán)師生，在茶園中學(xué)上了一節(jié)示范課，效果比上次有了很大的提高。

4.以科技競(jìng)賽為契機(jī)，促進(jìn)STEM教育

競(jìng)賽活動(dòng)是激發(fā)學(xué)校開(kāi)展STEM教育和學(xué)生參加STEM活動(dòng)的動(dòng)力。國(guó)際上發(fā)展科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)教育和創(chuàng)造性教育很受重視。廣泛開(kāi)展科技競(jìng)賽活動(dòng)，可以使學(xué)校更加重視STEM教育，也可以使學(xué)生在選定的STEM活動(dòng)項(xiàng)目上或在完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能較深入地鉆研有關(guān)知識(shí)。STEM競(jìng)賽活動(dòng)非常豐富，例如，荔灣區(qū)的“廣雅杯” STEM綠色科技創(chuàng)意比賽等，要求學(xué)生綜合應(yīng)用物理、化學(xué)、生物知識(shí)中顯露自己的才能。在競(jìng)賽活動(dòng)的激發(fā)下，學(xué)校的STEM教育工作便可蓬勃發(fā)展，這對(duì)培養(yǎng)我國(guó)新世紀(jì)科技后備人才具有深遠(yuǎn)的意義。

5.向前沿科技領(lǐng)域邁進(jìn)

為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，STEM教師要保持嗅覺(jué)敏銳，從培養(yǎng)人才，提升實(shí)踐創(chuàng)新能力出發(fā)，及時(shí)轉(zhuǎn)型，開(kāi)設(shè)了多項(xiàng)前沿科技領(lǐng)域的新項(xiàng)目。例如，人工智能、3D打印、北斗導(dǎo)航、航空航天模型、航海模型、車輛模型、無(wú)人機(jī)、穿越機(jī)，等等，學(xué)生通過(guò)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，掌握科技發(fā)展的新動(dòng)向。

6.以科技社團(tuán)為載體，拓展STEM教育開(kāi)展STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)，可以依托學(xué)?，F(xiàn)有各種科技社團(tuán)進(jìn)行。例如，機(jī)器人、3D打印、無(wú)線電測(cè)向、航空模型等。

7.外出交流學(xué)習(xí)，開(kāi)闊思路和擴(kuò)大視野

通過(guò)參加各種STEM教育培訓(xùn)，解釋疑惑，開(kāi)拓思路。要注重學(xué)校之間交流，互相聽(tīng)課，相互促進(jìn)，相互提高。結(jié)合教育幫扶，可以在受援地開(kāi)展各種STEM交流展示，推廣跨學(xué)科的教學(xué)。2019年10月底，我校STEM項(xiàng)目組到貴州畢節(jié)進(jìn)行教育幫扶，開(kāi)設(shè)公開(kāi)課、開(kāi)展無(wú)線電測(cè)向活動(dòng)、3D打印、機(jī)器人活動(dòng)，把跨學(xué)科的理念帶到了金沙縣，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了“做中學(xué)”的教育理念。

8.建設(shè)適合STEM學(xué)習(xí)的教室

把原有的科技活動(dòng)室改造成STEM教室，供STEM教師進(jìn)行教研和學(xué)生的STEM課程使用。由于學(xué)習(xí)方式有別于傳統(tǒng)教學(xué)，可以考慮以小組形式設(shè)置，教壇可設(shè)置為多功能使用的展示臺(tái)。小組的圓桌旁邊可以配有實(shí)驗(yàn)小桌，供小組探究和制作原型、調(diào)試使用。

9.配合項(xiàng)目的開(kāi)設(shè)添置器材

學(xué)?？梢愿鶕?jù)不同的STEM活動(dòng)載體，以實(shí)際需要為原則購(gòu)置器材。例如，為了在航?；顒?dòng)中開(kāi)展STEM教育，我校購(gòu)買了FPV穿越機(jī)和部分固定翼航模，學(xué)生先學(xué)習(xí)飛行的原理，然后經(jīng)過(guò)小組討論，寫出設(shè)計(jì)方案，制作自己的原型機(jī)，并進(jìn)行分享。然后進(jìn)行試飛測(cè)試，根據(jù)試飛情況，修改方案和飛機(jī)結(jié)構(gòu)，完善制作，最終完成自己的飛機(jī)設(shè)計(jì)制作。根據(jù)學(xué)習(xí)模擬飛行的需要，購(gòu)置了模擬飛行用的5臺(tái)計(jì)算機(jī)和飛行軟件，讓學(xué)生先在電腦上進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后再實(shí)操，減少飛機(jī)的碰壞，提高了教學(xué)效果。

五、結(jié)語(yǔ)

學(xué)?？梢栽谠星嗌倌昕萍冀逃A(chǔ)上，深入學(xué)習(xí)STEM教育理論，聚焦探索具有本校特色的STEM教育的特色路子，把STEM教育引進(jìn)教學(xué)主陣地，在“學(xué)生歡迎，教師參與，促進(jìn)質(zhì)量”的思路下動(dòng)腦子，扎實(shí)穩(wěn)步推進(jìn)STEM教育。通過(guò)調(diào)動(dòng)教師積極性，發(fā)掘?qū)W科教材的科學(xué)素材，在不同課堂教學(xué)中廣泛開(kāi)展STEM學(xué)習(xí)，并在測(cè)驗(yàn)考試等評(píng)價(jià)中運(yùn)用STEM理念，讓跨學(xué)科學(xué)習(xí)深入師生，扎根校園。教師通過(guò)課例研討，開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)、撰寫論文、課題研究，進(jìn)一步提升STEM教師教學(xué)水平。

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