基礎(chǔ)教育階段STEM教育的性質(zhì)和路徑

摘? ?要 基礎(chǔ)教育階段STEM教育是培養(yǎng)面向21世紀(jì)人才戰(zhàn)略不可缺少的組成部分，是面向全體學(xué)生的基礎(chǔ)教育?；A(chǔ)教育階段STEM課程要基于國家課程標(biāo)準(zhǔn)，整體規(guī)劃STEM素養(yǎng)的發(fā)展目標(biāo)和學(xué)習(xí)進(jìn)階，在此基礎(chǔ)上從分科和整合兩個層面整體而有序地開展STEM教育。

關(guān)鍵詞 STEM教育? 基礎(chǔ)教育 跨學(xué)科? ?STEM課程

STEM教育是目前我國教育界的一個熱詞，這股熱度可以從幾方面感受到，一是近年來STEM教育研究論文的數(shù)量快速增長，二是全國成立了很多STEM教育研究機(jī)構(gòu)，三是一些中小學(xué)開發(fā)和實踐了很多STEM課程。然而有研究指出，由于對STEM教育理解的不同，STEM教育的實施內(nèi)容五花八門，不成系統(tǒng)[1]。如對美國案例的簡單復(fù)制，把一些簡單的科技活動直接改頭換面稱為STEM課程[2]。

對北京市200名中學(xué)教師所做的調(diào)查顯示：87%教師表示僅聽說過STEM教育，但對此沒有深入了解;一些教師認(rèn)為STEM教育就是跨學(xué)科教育，與學(xué)校的綜合實踐課程或科技興趣課程有關(guān)，而與各學(xué)科教師關(guān)系不大。正如有文獻(xiàn)指出，目前在一些學(xué)校所進(jìn)行的STEM教育探索具有邊緣性的特征[3-4]。這不由得讓我們思考，STEM教育在基礎(chǔ)教育中到底應(yīng)該具有什么性質(zhì)？應(yīng)該處于什么地位？

一、基礎(chǔ)教育階段STEM教育的性質(zhì)

1.STEM教育是培養(yǎng)21世紀(jì)人才的教育戰(zhàn)略

眾所周知，“STEM”一詞來自英文Science、Technology、Engineering和Mathematics四個英語單詞的首字母。STEM教育緣于美國，是美國政府推動的旨在提高國民科技素養(yǎng)、保持其科技領(lǐng)先優(yōu)勢、增加具有STEM勝任力的勞動力數(shù)量的教育戰(zhàn)略。

盡管美國政府文件中指出術(shù)語“STEM教育”是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的教育[5]，但人們對什么是STEM教育的理解有很大不同。有學(xué)者把STEM教育看作是一種跨學(xué)科教育方法，要通過工程設(shè)計方法，整合科學(xué)與數(shù)學(xué)知識以提升處理真實世界問題的技術(shù)和能力[6];有學(xué)者將STEM教育理念概括為以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過工程解讀科學(xué)和技術(shù)[7]。

跨學(xué)科的確是STEM教育的重要特征，但如果我們僅把基礎(chǔ)教育階段STEM教育視為一種整合的教育方法以彌補(bǔ)分科教育的缺陷則比較難以改變其“邊緣化”地位。筆者認(rèn)為，STEM教育是系統(tǒng)地培養(yǎng)人的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的教育，目的是幫助學(xué)生理解科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科的價值，掌握相關(guān)的學(xué)科知識與方法，培養(yǎng)在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行深入學(xué)習(xí)的興趣和動力，發(fā)展系統(tǒng)思維、批判思維和創(chuàng)新思維，塑造面向未來的問題解決能力、創(chuàng)新能力和合作能力。

基礎(chǔ)教育承擔(dān)著為學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定必要的知識基礎(chǔ)、能力基礎(chǔ)和素養(yǎng)基礎(chǔ)的責(zé)任，在基礎(chǔ)教育階段開展STEM教育具有以下作用：

（1）培養(yǎng)高階思維

通過STEM課程，學(xué)生要學(xué)習(xí)科學(xué)探究和工程設(shè)計的方法，在這個過程中學(xué)習(xí)基于證據(jù)的推理、批判性思考以及考慮各種條件的系統(tǒng)設(shè)計，能夠提高學(xué)生面對復(fù)雜問題的分析與解決能力。這些能力是學(xué)生未來不論從事任何職業(yè)都需要的。

（2）增強(qiáng)社會責(zé)任感

通過STEM課程，學(xué)生會了解真實社會中的健康、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等方面的問題，他們會認(rèn)識到科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)和工程對這些問題解決的貢獻(xiàn)，他們有責(zé)任運用自己的所學(xué)去解決更多的問題，從而增強(qiáng)社會責(zé)任感。

（3）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

STEM課程會為學(xué)生提供更多動手實踐的機(jī)會，有利于改變目前缺乏動手實踐、死記硬背和“刷題”應(yīng)試的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，能夠讓學(xué)生在真實的問題解決中深入理解重要的概念和原理，認(rèn)識到學(xué)習(xí)這些知識的意義與價值，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，奠定扎實的知識基礎(chǔ)、能力基礎(chǔ)和素養(yǎng)基礎(chǔ)。

（4）增進(jìn)對社會職業(yè)的了解

很多高中生對社會上的真實職業(yè)和專業(yè)缺乏了解，導(dǎo)致高考時不知道自己要選擇什么專業(yè)。基礎(chǔ)教育階段的STEM教育給學(xué)生提供了了解不同行業(yè)的機(jī)會，增進(jìn)了學(xué)生對社會職業(yè)的了解。

（5）發(fā)展團(tuán)隊合作與交流表達(dá)能力

STEM課程中很多的項目需要學(xué)生小組共同完成，這會讓他們學(xué)會如何分工與協(xié)作。STEM課程還會為學(xué)生提供展示其成果的機(jī)會，提高學(xué)生的表達(dá)與交流能力。

2.基礎(chǔ)教育階段STEM教育面向全體學(xué)生

目前在我國一些中學(xué)開展的STEM課程多以校本選修、課外科技興趣課程或作為綜合實踐活動課程的一部分來開展。由于課時、師資和硬件條件限制，這些STEM課程不是所有學(xué)生都能參與的。例如，北京某中學(xué)開展的一門具有STEM教育性質(zhì)的選修課程，一學(xué)期只能收20名學(xué)生參加學(xué)習(xí)，其他學(xué)生即使想報名也因名額限制無法參加。還有學(xué)校把STEM教育與科技特長和科技比賽相關(guān)聯(lián)，成為科技特長生的專屬課程[8]。

作為培養(yǎng)21世紀(jì)人才的STEM教育，其在基礎(chǔ)教育階段的實施要堅持基礎(chǔ)性和面向所有學(xué)生的原則?；A(chǔ)教育階段的STEM教育的目的不是要培養(yǎng)未來的科技精英，而是培養(yǎng)面向未來的具有決策力和適應(yīng)力的未來社會的建設(shè)者，所以基礎(chǔ)教育階段的STEM教育是面向全體學(xué)生的基礎(chǔ)教育。

二、基礎(chǔ)教育階段STEM教育的實施路徑

1.分科課程中融入STEM教育

要落實面向全體學(xué)生的STEM教育，需要在國家課程層面制定相應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)以及進(jìn)行整體的課程規(guī)劃。那么，STEM是作為一門新的國家課程還是在現(xiàn)有的分科國家課程中融入STEM教育？筆者傾向于后者。

首先，用數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)和工程于一體的綜合化課程來完全取代分科的數(shù)學(xué)和科學(xué)教學(xué)尚不現(xiàn)實，因為這樣高度集成的課程對教師的要求極高，現(xiàn)有教師多難以勝任這樣的教學(xué)。如果不考慮目前教師學(xué)科知識的現(xiàn)狀而全面實施跨學(xué)科教學(xué)的話，反而不利于STEM教育。

第二，不同學(xué)科有不同的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)、學(xué)科實踐和學(xué)科思維，分科與整合相結(jié)合的課程體系既能避免學(xué)生學(xué)到的是零散的知識碎片，也有利于幫助學(xué)生把握學(xué)科學(xué)習(xí)的意義與價值，促進(jìn)知識的理解和遷移應(yīng)用。

2.將工程與技術(shù)教育融入科學(xué)和數(shù)學(xué)教育之中

針對當(dāng)前基礎(chǔ)教育的現(xiàn)狀，在明晰數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)和工程的教育目標(biāo)基礎(chǔ)上，將技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育融入科學(xué)教育以及將技術(shù)、工程和科學(xué)教育融入數(shù)學(xué)教育是實施STEM教育的一種比較可行的策略。這是因為在基礎(chǔ)教育中已有數(shù)學(xué)課程和科學(xué)課程，缺乏的是工程和技術(shù)教育以及它們與科學(xué)和數(shù)學(xué)教育的融合。因此，在現(xiàn)有課程體系融入工程與技術(shù)教育相當(dāng)于在原有課程基礎(chǔ)上的調(diào)整和豐富，比較容易落實。

可能有人會擔(dān)心這樣實施有可能導(dǎo)致基礎(chǔ)教育階段的STEM教育演變?yōu)椤癝teM”教育，即科學(xué)和數(shù)學(xué)的教育比重高于工程和技術(shù)的教育比重。筆者認(rèn)為這恰是基礎(chǔ)教育階段STEM教育應(yīng)具有的特點，即在基礎(chǔ)教育階段的科學(xué)和數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)性地位更加突出，所占的教育比重更大，而到了高等教育階段，則會在理工科專業(yè)教育中更加強(qiáng)化工程（E）和技術(shù)（T）的教育，這是工程和技術(shù)的應(yīng)用性、綜合性和實踐性所決定的。

3.整體設(shè)計學(xué)科中和學(xué)科外的STEM教育

為了促進(jìn)學(xué)生STEM素養(yǎng)的發(fā)展，不僅要在學(xué)科教學(xué)中融入STEM教育，還要通過更加綜合的基于真實問題解決的跨學(xué)科教學(xué)，為學(xué)生提供更充分、更深入地發(fā)展其STEM素養(yǎng)的機(jī)會。學(xué)科中STEM教育（STEM in disciplines）和學(xué)科外整合STEM教育（integrated STEM? besides disciplines）構(gòu)成了促進(jìn)學(xué)生STEM素養(yǎng)發(fā)展的遞進(jìn)關(guān)系（如圖1所示）。

圖1? 學(xué)科中的STEM教育和學(xué)科外的STEM教育

無論是學(xué)科中的STEM教育還是學(xué)科外的STEM教育，都要以國家課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，針對學(xué)生的經(jīng)驗基礎(chǔ)與認(rèn)知特點，按照素養(yǎng)發(fā)展規(guī)律整體規(guī)劃STEM素養(yǎng)的學(xué)習(xí)進(jìn)階，循序漸進(jìn)地促進(jìn)學(xué)生STEM素養(yǎng)發(fā)展。

對于學(xué)科中的STEM教育，要以學(xué)科核心概念為教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在主線，融入科學(xué)以及工程的實踐，同時聯(lián)系技術(shù)和其他學(xué)科，幫助學(xué)生理解和掌握學(xué)科知識和學(xué)科思想方法，掌握科學(xué)實踐和工程實踐方法，發(fā)展學(xué)科素養(yǎng)和STEM素養(yǎng)。例如，在物理的“摩擦力”教學(xué)中，學(xué)生通過系列探究活動認(rèn)識“改變接觸面粗糙程度或正向壓力可以改變摩擦力的大小”的學(xué)科核心概念，并聯(lián)系背包帶上的“日字扣”、罐頭開瓶器、登高腳蹬等產(chǎn)品的設(shè)計，理解知識的應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的使命感和社會責(zé)任感。

學(xué)科外整合化的STEM教育則要給學(xué)生創(chuàng)設(shè)基于真實以及更加綜合的學(xué)習(xí)機(jī)會。例如，設(shè)計風(fēng)力發(fā)電機(jī)的項目，學(xué)生首先繪制風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的流程圖，討論風(fēng)能是如何在不燃燒化石能源的情況下轉(zhuǎn)化為電能的;接下來動手畫出風(fēng)力渦輪的設(shè)計圖，討論為什么風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片是細(xì)長的、葉片是用什么材料制成的等問題;學(xué)生用材料模擬制作風(fēng)力渦輪裝置，并進(jìn)行測試和分析;基于風(fēng)能的研究，學(xué)生還要拓展討論風(fēng)能、太陽能、水力發(fā)電、核能發(fā)電以及燃煤發(fā)電的利與弊，在地圖上標(biāo)出我國最適合發(fā)展風(fēng)能、太陽能和水力發(fā)電的地方。通過以上這些學(xué)習(xí)活動，學(xué)生綜合運用物理、數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)、化學(xué)和地理等學(xué)科知識分析和解決問題，提高面對真實、復(fù)雜問題的分析和解決能力。

三、結(jié)語

基礎(chǔ)教育階段STEM教育是國家培養(yǎng)面向21世紀(jì)人才戰(zhàn)略的不可缺少的組成部分，是面向全體學(xué)生的基礎(chǔ)教育。數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、地理、信息技術(shù)等學(xué)科教師都要思考如何優(yōu)化課程和教學(xué)方法，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)。

筆者先后與北京市近百名中學(xué)教師一起進(jìn)行了STEM教育理念下的教學(xué)案例開發(fā)和教學(xué)實踐工作。實踐表明，STEM課程在促進(jìn)學(xué)科教學(xué)的同時，能夠培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新意識。

下面是一位學(xué)生學(xué)習(xí)了STEM課程“洗滌的學(xué)問”后的評語：

一瓶在市面上常見的洗滌產(chǎn)品，里面竟然有那么多的奧秘。加入了表面活性劑，能讓物品上的油污更便捷地被洗去。為了讓人們在使用洗滌產(chǎn)品時能夠更加舒適，還加入了色素使顏色更鮮艷，加入香精使聞?wù)呤嫘摹，F(xiàn)在很多產(chǎn)品都有著人性化設(shè)計，將來我們在設(shè)計產(chǎn)品時也要考慮到這些問題。

通過評語可以看到學(xué)生不僅認(rèn)識了洗滌劑去污原理，還具有了學(xué)以致用的思考。

圖2是經(jīng)過一年的教學(xué)實踐后實驗班和對比班學(xué)生對教學(xué)方式和教學(xué)效果的評價對比。

圖2實驗班與對比班調(diào)查數(shù)據(jù)對比

由圖2可以看到，實驗班學(xué)生在是否增加了對科學(xué)探究及科學(xué)研究的興趣、是否開拓了視野、是否對學(xué)習(xí)更有信心等項均高于對比班。

參考文獻(xiàn)

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[作者：周玉芝（1968-），女，黑龍江綏棱人，北京教育學(xué)院化學(xué)系，副教授，博士。]

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