將STEM教育滲入社團(tuán)活動(dòng)

張宏平 趙連儒

〔摘? ? 要〕? 教學(xué)策略總是聚焦于如何提高學(xué)生的應(yīng)試成績，并不利于學(xué)生的發(fā)展，會(huì)造成學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足。本文所要探討的是，通過與課本聯(lián)系相對緊密而又面向全體學(xué)生的STEM教育，提升他們的科學(xué)素養(yǎng)，并通過社團(tuán)活動(dòng)等形式開發(fā)系列教材，開展基于社團(tuán)活動(dòng)的長期、系列的STEM教育，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

〔關(guān)鍵詞〕? STEM教育；社團(tuán)活動(dòng)；課程

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 11-0061-03

當(dāng)今世界競爭日趨激烈，各國綜合國力的競爭越來越多地表現(xiàn)為科學(xué)技術(shù)的競爭?？茖W(xué)技術(shù)的競爭關(guān)鍵在于人才的競爭，而人才靠教育培養(yǎng)，今天的教育就是明天的科技、明天的經(jīng)濟(jì)。世界各國綜合國力的競爭歸根結(jié)底是教育的競爭，是人才的競爭，誰贏得了人才，誰就贏得了綜合國力，誰贏得了人才培養(yǎng)的方式，誰就贏得了人才。各國競相出臺政策，提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量。STEM教育因倡導(dǎo)讓學(xué)生通過跨學(xué)科手段，在解決實(shí)際問題的過程中培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力而受到各國青睞，歐美等發(fā)達(dá)國家也都從國家戰(zhàn)略層面對STEM教育進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)。我國的STEM教育起步較晚，理論研究多而實(shí)踐研究少，缺乏系統(tǒng)性的課程開發(fā)設(shè)計(jì)。本文就如何選拔具有科學(xué)研究天賦的學(xué)生，聚焦最前沿科學(xué)技術(shù)和國家急需的高層次人才，基于社團(tuán)活動(dòng)設(shè)計(jì)開發(fā)系列化、系統(tǒng)化的STEM教材，開展常態(tài)化STEM教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，為國家高科技領(lǐng)域儲(chǔ)備優(yōu)質(zhì)生源加以闡述。

一、開展普惠的STEM教育

（一）定位基于社團(tuán)活動(dòng)的STEM教育

我國的義務(wù)教育是不分等級的普惠教育，義務(wù)教育階段不允許有快慢班存在。中小學(xué)普遍把平均分與及格率作為教師最重要的考核項(xiàng)目之一，教師教學(xué)符合20與80法則，即教師把80%的精力用在了只占學(xué)生總數(shù)20%的學(xué)困生身上，這不利于那極少數(shù)有科學(xué)研究天賦、將來最有可能推動(dòng)人類社會(huì)技術(shù)進(jìn)步的精英學(xué)生的發(fā)展。教師工作中心后移，對精英階層的學(xué)生無法進(jìn)行有效的思維啟發(fā)引導(dǎo)，致使我國中小學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)嚴(yán)重不足。

STEM教育引導(dǎo)學(xué)生用跨學(xué)科知識，在解決生活中實(shí)際問題的過程中學(xué)習(xí)、應(yīng)用知識，讓學(xué)生在“做中學(xué)”“學(xué)中做”“學(xué)中悟”，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力與創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，這能有效彌補(bǔ)我國中小學(xué)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足的問題。但我國的STEM教育內(nèi)容不連貫，缺少可連續(xù)開展的系列化的教學(xué)內(nèi)容。開展面向全體學(xué)生的普惠的、與日常教學(xué)聯(lián)系較為緊密的STEM教育，選拔出有科學(xué)研究天賦的學(xué)生，聚焦最前沿科學(xué)技術(shù)和國家急需的高層次人才，有針對性地開發(fā)系列化的STEM教育課程，充分利用社團(tuán)活動(dòng)，開展系列化、常態(tài)化的STEM教育，既能保證我國的學(xué)校在分科教學(xué)模式下，讓普通學(xué)生獲得扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，又能強(qiáng)化對精英學(xué)生知識的認(rèn)知過程、認(rèn)知的方法的培養(yǎng)，彌補(bǔ)我國STEM教育內(nèi)容不系統(tǒng)、不連貫，學(xué)生創(chuàng)新能力不足的問題。

（二）挖掘STEM教育素材

基于STEM教育的核心內(nèi)涵，挖掘STEM教育素材。STEM教育以“科技或工程問題為核心，根據(jù)解決問題的需要，讓學(xué)生通過活動(dòng)，組織所需要的科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)的知識，形成連貫、有組織的課程結(jié)構(gòu)”。“技術(shù)的核心是發(fā)明”，“工程的核心是設(shè)計(jì)”。技術(shù)與工程實(shí)踐活動(dòng)的最終結(jié)果是物化產(chǎn)品，能使學(xué)生體驗(yàn)到成功的快樂。

可以從科學(xué)教材知識點(diǎn)出發(fā)挖掘STEM教育素材。系統(tǒng)梳理科學(xué)教材中的知識點(diǎn)，教師精選那些既有動(dòng)手操作，又融合多學(xué)科、多模塊的知識，創(chuàng)設(shè)用課本知識融合技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等知識解決的、帶有一定挑戰(zhàn)性的實(shí)際問題作為STEM教育的素材，嘗試以解決實(shí)際問題為驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生在用多學(xué)科知識解決實(shí)際問題的過程中，特別是通過動(dòng)手操作形成物化成果的過程中，或探究學(xué)習(xí)知識，或驗(yàn)證知識，在做中學(xué)，學(xué)中做，提升能力。

還可以從人們生活中的需要出發(fā)，以挖掘那些需要用學(xué)生學(xué)習(xí)到的多學(xué)科知識可以解決的實(shí)際問題為驅(qū)動(dòng)，整合多學(xué)科知識作為STEM教育素材。讓學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)踐，在用多學(xué)科知識解決實(shí)際問題的過程中，學(xué)習(xí)知識，進(jìn)一步理解知識的原理與應(yīng)用。還可以直接借鑒或改造他人的STEM教育素材為我所用。

（三）面向全體學(xué)生開展STEM教育

我們不能用STEM課取代某門常規(guī)課程。應(yīng)充分利用選修課、學(xué)校的校本課程，面向全體學(xué)生開展與課本中的科學(xué)知識聯(lián)系相對緊密的STEM教育，在學(xué)生普遍動(dòng)手參與STEM教育的過程中，發(fā)現(xiàn)那些對STEM教育感興趣、有科學(xué)研究天賦、有志于科學(xué)研究、愿意參加系列化STEM教育的學(xué)生，為基于社團(tuán)活動(dòng)而進(jìn)行的系統(tǒng)化的STEM教育準(zhǔn)備人才。

二、開發(fā)基于社團(tuán)活動(dòng)的STEM教育課程

（一）從教材中收集素材

從教材中收集那些教材中已經(jīng)涉及但又未系統(tǒng)闡述的知識作為STEM教育素材，開發(fā)基于社團(tuán)活動(dòng)的STEM教育課程深入研究。例如，《電》是教科版小學(xué)科學(xué)四年級的內(nèi)容，教材中對電學(xué)知識設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)內(nèi)容是：先用干電池、導(dǎo)線組成電路點(diǎn)亮小燈泡，再把多個(gè)小燈泡與干電池分別以串聯(lián)、并聯(lián)的方式連接，點(diǎn)亮小燈泡，然后強(qiáng)調(diào)安全用電知識。但教材中安排的實(shí)驗(yàn)太少，實(shí)驗(yàn)相互獨(dú)立，對許多知識點(diǎn)——如不能用潮濕的手觸碰帶電設(shè)備，下雨天不能在孤零零的樹下避雨，采取直接告訴學(xué)生的方式展示。實(shí)驗(yàn)中，電池的串聯(lián)與并聯(lián)的連接方式、數(shù)量不同，以及小燈泡連接的數(shù)量與方式不同，燈泡的亮度就不同。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了這些現(xiàn)象，教材卻沒有分析這些變化的原因，也沒有讓學(xué)生探究這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的原因，使學(xué)生在做完這些實(shí)驗(yàn)后，產(chǎn)生了一系列的疑惑。因此，教師可在學(xué)生完成用干電池點(diǎn)亮小燈泡的實(shí)驗(yàn)后，以探究為什么此時(shí)小燈泡發(fā)光而導(dǎo)線卻不發(fā)熱作為STEM教育的驅(qū)動(dòng)性問題，以電流的熱效應(yīng)為突破口，進(jìn)行系列化研究。讓學(xué)生先猜測原因，再讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)明白，電流流過常溫下的任何物體都會(huì)產(chǎn)生熱。電流流過小燈泡與銅絲導(dǎo)線時(shí)，銅絲產(chǎn)生的熱量極少，小燈泡的燈絲產(chǎn)生的熱量多，所以小燈泡的燈絲才被電流產(chǎn)生的熱量燒得發(fā)光。讓學(xué)生通過觀察在電路中接入同樣長短粗細(xì)的銅絲、鐵絲、鎢絲后，小燈泡的亮度不同，明白不同物體的導(dǎo)電能力不一樣。從而使他們懂得：不能把電池的正負(fù)極用導(dǎo)線直接連接，否則會(huì)燒壞導(dǎo)線，損壞電池，以及電池、小燈泡數(shù)量不同、連接方式不同，小燈泡的亮度就不同；不能用照明電路做實(shí)驗(yàn)，不能用潮濕的手觸碰帶電設(shè)備，下雨天不能在孤零零的樹下避雨，不能接觸高壓帶電設(shè)備等，都是因?yàn)殡娏鞯臒嵝?yīng)。通過這一系列的探究實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生能輕松理解那些原本不解的知識。

（二）立足國家戰(zhàn)略需求

要對接國家的“中學(xué)生英才計(jì)劃”“強(qiáng)基計(jì)劃”“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃”，聚焦國家急需的高層次人才，開發(fā)對應(yīng)方向系列化的STEM專用課程，對經(jīng)過普惠的大眾的STEM教育篩選出來的，具有STEM研究天賦、創(chuàng)新天賦、科學(xué)研究天賦，對STEM教育感興趣的學(xué)生，進(jìn)行系列化的STEM教育。例如，從簡單的模塊化編程開始，再到代碼編程、C語言等，將學(xué)科系列化的知識和人們的實(shí)際需求相結(jié)合，與學(xué)生的興趣相結(jié)合，通過一系列的實(shí)踐活動(dòng)，進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為將來國家選拔拔尖人才做好準(zhǔn)備。

（三）立足當(dāng)?shù)靥厣a(chǎn)業(yè)

應(yīng)基于社團(tuán)活動(dòng)的STEM教育課程的開發(fā)研究，強(qiáng)調(diào)將地方特色產(chǎn)業(yè)要素融入開發(fā)過程中，通過開展熟悉環(huán)境中的熟悉活動(dòng)，使學(xué)生更加容易理解知識本身。這更容易激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，理解科學(xué)技術(shù)對社會(huì)生活的貢獻(xiàn)，近距離理解科學(xué)技術(shù)的實(shí)用性。例如，結(jié)合家鄉(xiāng)的戈壁農(nóng)業(yè)，就可深入實(shí)地探究農(nóng)業(yè)的無土栽培，將有機(jī)蔬菜的種植條件、種植密度、水肥用量的計(jì)算等知識相互融合，開發(fā)成為STEM教育課程。

三、開展系列化長期性的STEM教育

（一）常態(tài)化開展活動(dòng)

應(yīng)基于面向全體學(xué)生開展的普惠的STEM教育，精選出對STEM教育感興趣、有科學(xué)研究天賦、有志于科學(xué)研究、愿意參加系列化STEM教育的學(xué)生，結(jié)合學(xué)生自己的學(xué)習(xí)興趣，組建不同研究方向的STEM社團(tuán)活動(dòng)小組。例如，對人工智能感興趣的機(jī)器人社團(tuán)，對計(jì)算機(jī)編程感興趣的編程社團(tuán)，對物理知識感興趣的物理社團(tuán)等，立足校本實(shí)際，充分利用學(xué)校的社團(tuán)活動(dòng)時(shí)間，常態(tài)化開展專項(xiàng)研究領(lǐng)域的STEM教育課程學(xué)習(xí)。還可充分利用校本課程、勞技課、課外興趣活動(dòng)，或利用周末科技興趣活動(dòng)小組、寒暑假科技夏令營和冬令營、科技活動(dòng)周以及科技競賽活動(dòng)的賽前專項(xiàng)培訓(xùn)等，推動(dòng)專項(xiàng)研究領(lǐng)域的STEM教育常態(tài)化開展。

（二）系列化開展活動(dòng)

基于社團(tuán)活動(dòng)面向有天賦的精英學(xué)生開展的STEM教育，不同于面向全體學(xué)生開展的與科學(xué)課本聯(lián)系較為緊密的STEM教育，后者是由一個(gè)個(gè)獨(dú)立的案例組成的，案例之間聯(lián)系較為松散，具有長期的、系列化的特點(diǎn)。而面向有天賦的精英學(xué)生開展的STEM教育，其課程內(nèi)容是基于某個(gè)研究領(lǐng)域和方向整體設(shè)計(jì)布局的，課程中的案例相互緊密聯(lián)系，是基于某個(gè)領(lǐng)域、某個(gè)研究方向的系統(tǒng)化、連續(xù)化的課程內(nèi)容，是貫穿一個(gè)學(xué)期或多個(gè)學(xué)期甚至整個(gè)STEM學(xué)習(xí)過程的系列化的課程，有不同的系列，供學(xué)生自主選擇。

（三）分學(xué)段實(shí)施

STEM教育的課程既要整體設(shè)計(jì)布局，形成完整的知識體系，又要根據(jù)學(xué)生的年齡特征及其認(rèn)知規(guī)律、知識結(jié)構(gòu)體系，有計(jì)劃地分學(xué)段實(shí)施，開展系列活動(dòng)。各學(xué)段內(nèi)容應(yīng)相互銜接，不可跨越學(xué)段、跨越原本連續(xù)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)行跨越式學(xué)習(xí)。

（四）活動(dòng)形式多樣化

活動(dòng)以校內(nèi)的活動(dòng)為主，讓學(xué)生通過動(dòng)手操作探究學(xué)習(xí)，在“做中學(xué)”“學(xué)中做”。同時(shí)，還要利用好校外資源，通過走訪高科技企業(yè)、科技館、校外參觀、校外科技主題實(shí)踐活動(dòng)等，豐富活動(dòng)形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

總之，在我國義務(wù)教育不分層的現(xiàn)實(shí)情況下，應(yīng)基于社團(tuán)活動(dòng)開展系列化的STEM教育，通過系列化的操作實(shí)踐，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，提升其科學(xué)素養(yǎng)。

【本文系甘肅省“十四五”規(guī)劃2021年度一般課題“基于校本資源的小學(xué)STEM教育實(shí)踐與探究”的系列研究成果，課題立項(xiàng)號：GS〔2021〕GHB0783】

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