初中學校開展STEM教育的組織與實施初探

湛麗芬

一、問題的提出

2017年6月，中國教科院召開全國第一屆STEM教育發(fā)展大會，發(fā)布了《中國STEM教育白皮書》，提出了《STEM教育2029行動計劃》，旨在以服務國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)路為宗旨，整合社會資源，建立由政府部門科研機構(gòu)、高新企業(yè)、社區(qū)和學校相融合的中國STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，打造一批理念先進、特色鮮明、質(zhì)量先的STEM教育示范基地，培養(yǎng)一批國家發(fā)展急需的創(chuàng)新人才。STEM教育現(xiàn)已經(jīng)納入到國家課程中，逐漸在初中學校推廣和實施。如何落實這些課程，怎么把這些課程的理念變成學校真正的課程實踐，成為我們目前面臨的重要挑戰(zhàn)。

二、概念的界定

STEM教育是 Science（科學）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）和 Mathematics（數(shù)學）四門學科英文首字母的縮寫。其中，科學是可檢驗的解釋客觀事物的形式和組織;技術(shù)是在科學的基礎(chǔ)上具體解決設(shè)計問題的詳細規(guī)則;工程是科學和數(shù)學的某種應用。STEM教育主要培養(yǎng)學生四方面的素養(yǎng)：一是科學素養(yǎng)，即認識、理解自然界客觀事物的能力;二是技術(shù)素養(yǎng)，也就是基于科學素養(yǎng)解決設(shè)計問題的能力;三是工程素養(yǎng)，即對技術(shù)的具體實踐能力;四是數(shù)學素養(yǎng)，也就是學生發(fā)現(xiàn)、表達、解釋和解決數(shù)學問題的能力。

三、開展STEM教育的組織與實施路徑

1.師資的培養(yǎng)

STEM教師能力是一種特殊能力。STEM教除了具備教師資格、擁有教師的基本能力以外，還需要滿足STEM教育的跨學科需要，以及在跨學科教學中對STEM教育理解和采用相應的教學方法的能力。

STEM教育是跨學科的教育，涉及不同學科，也涉及不同的教學實踐，要用到不同的教學方式、教學工具和教學輔助手段，需要教具備包括整合資源的能力在內(nèi)的多項能力。

STEM教師的能力要素包含五個維度，一是具有教學實踐和評價的能力，這是STEM教師最核心的能力。二是具有課程開發(fā)和整合的能力，STEM課程有別于其他課程，STEM是個主題式的課程，教師除了要具備扎實的學科知識外，還要整合各學科的教學資源。三是要具有協(xié)同性，知道如何解決問題和如何有效教學。

目前，由于STEM培訓機構(gòu)開發(fā)課程和培訓費用很高，除了有個別發(fā)達地方，比如杭州，聘請美國有經(jīng)驗的STEM教師來手把手地開展示范教學，成效比較顯著。其他大部分初中學校，主要采取教師自學與科組研學相結(jié)合的的模式。另外，學校定期進行一些較低級的專題培訓、教學案例分享等，師資培訓效果不明顯。

2.課程的設(shè)置

STEM教育實踐并不是簡單地將四門學科組合起來，而是要把學生學習到的知識與實踐相結(jié)合，轉(zhuǎn)變成一個探究客觀世界的過程。由此可見，STEM關(guān)注的重點是創(chuàng)設(shè)有效的跨學科 STEM課程。

STEM課程要求學生解決的是實際問題，而實際問題來自于生活，以問題為載體，運用科學的知識、技術(shù)的思維方法、數(shù)學的計算和邏輯思維能力，來解決系統(tǒng)化的復雜的工程問題。

目前，我校開展STEM教育有校本課程、社團活動等類型。根據(jù)我校實際情況，要想進行全方位的課程整合的確難度較大。因此，我們因地制宜，主要在七年級開展，具體操作如下：一、面向全體學生，由學生自主組合，自由選擇做什么和怎么做;二、少數(shù)既有興趣又有能力的學生，可自主選取教材的部分內(nèi)容進行較高層次的探究，并向全班匯報活動成果;三、根據(jù)多數(shù)學生的實際情況，選取教材的部分章節(jié)改編成集體活動，活動的共同點包括：探究任務和目標比較明確，情境創(chuàng)設(shè)有適度的障礙，背景資料、探究方法等比較容易獲得，可操作性較強的。

STEM課程資源整合的核心特征是趣味性、體驗性、協(xié)作性和設(shè)計性。

趣味性。首先，在內(nèi)容的選擇上要選取與學生的學習、生活息息相關(guān)的內(nèi)容，調(diào)動學生的學習積極性，激發(fā)他們的創(chuàng)新動力，加深對知識的理解和記憶，從而達到良好的學習效果;其次，在課程實施過程中，要突出學生的主體地位，創(chuàng)造機會讓學生主動參與，激發(fā)學生的學習動機。

體驗性。建構(gòu)主義認為“情境”是學習環(huán)境的要素之一。STEM課程常常是基于真實問題的項目探究性式學習，培養(yǎng)學生在問題情境中解決現(xiàn)實問題的能力。

協(xié)作性。STEM 課程是基于復雜情境中的有一定難度的問題，學生往往很難獨立完成，需要在教師的指導和同學的幫助下協(xié)同合作，在此過程中，達到培養(yǎng)學生與他人的溝通能力和合作能力。

設(shè)計性。在進行STEM項目學習的探究過程中，需要學生設(shè)計解決問題的不同方案，并從中選擇出最優(yōu)方案。美國學者莫里森認為，設(shè)計是認知建構(gòu)的過程，也是學習產(chǎn)生的條件。設(shè)計是 STEM教育取得成功的關(guān)鍵因素。能促進知識的融合和遷移。

3.課程的組織與實施

2016年發(fā)布的《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》提出了人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創(chuàng)新六大學生發(fā)展核心素養(yǎng)，在尋找培養(yǎng)學生面臨未來挑戰(zhàn)必備的核心素養(yǎng)路徑的同時，STEM教育出現(xiàn)在人們的視野中，它正是基于時代要求和人才需求發(fā)展而來的，是與培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)相對應的教育教學方式。STEM教育關(guān)注的是學生問題解決能力的培養(yǎng)。而問題解決包括問題生成、方案設(shè)計、方案實施與效果評估四個階段。在教育教學實踐中也注重凸顯出學生的主體性地位，強調(diào)學生的主動學習、知識的理解和運用，注重學生自我反思與總結(jié)等。STEM課程的組織與實施過程，主要包括以下四個環(huán)節(jié)：

（1）創(chuàng)設(shè)學習的情境

（2）選擇具有真實性、挑戰(zhàn)性的項目

（3）活動過程設(shè)計

（4）學習評估

四、結(jié)束語

在初中階段開展STEM教育，培養(yǎng)學生利用跨學科知識解決實際問題的關(guān)鍵能力，鍛煉學生的創(chuàng)新思維，這與當前我國新課改培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的理念是一致的。但具體實施需要有教育政策頂層設(shè)計保障，加大力度培訓專業(yè)化的STEM教育教師隊伍，增加資金、技術(shù)的扶持，整合社會資源，引入相關(guān)社會力量的幫助。