打造有生命力的STEM教育

黃海

【摘要】STEM教育是素質教育的重要抓手，學校可以依托原有的科技教育基礎，以學科教學為主陣地開展STEM教育，提升教學質量。圍繞“學生歡迎，教師參與，提升質量”的思路，在學科教學中開展教學設計、課例研討等活動，探索STEM學習與教學質量相互促進的策略，對如何促進STEM教育可持續發展指出了方向。

【關鍵詞】STEM教育;學科教學;有生命力

STEM教育是以科學為基礎，偏重于理工科領域。教師將學科核心理念與科學研究的內容或工程相結合，進而轉化為學生的能力與素養。科學、工程是整合的核心，項目式學習是主要的教學方式，因而科技教育群眾基礎好、蓬勃發展的學校有“先發優勢”。

一、開展STEM教育的必要性

STEM教育是素質教育的重要抓手，學校開展STEM教育，一般基于幾個方面：一是為國家培養科技人才培養的需要;二是學校內涵發展需要，特別是科技教育的龍頭學校，要繼續發揮引領作用;三是教師專業成長需要，科技教師要利用自身優勢，通過STEM教育活動提升水平;四是區域特點需要，有些學校困生比例較大。如何激發學習興趣，促進質量提升，是值得研究的問題。開展STEM教育，在“做中學”中培養多元智力，提升教學質量。

二、開展STEM教育的疑惑

1.如何處理學科教學與STEM教育的關系

教學質量是學校生命線。開展STEM教育從時間分配、師資配備來說，如何科學處理，讓STEM教育作為提高教學質量、促進素質教育的重要抓手，是個值得考慮的問題。處理不好的話，容易對教學質量造成沖擊，那么學校、教師就不會大力推動。

2.如何讓老師積極參與STEM教育

不少教師對STEM教育一知半解，以為就是課外活動換個說法、換種形式，或者與創客、綜合實踐、校本課程、科技創新等混淆。有的老師說STEM教育的老師是“搶了創客老師的工作”。不少教師對STEM教育的思想、教學方式、學習方式了解不深，常常以物理、化學的科學探究的角度、以應試教育的角度去看待STEM課堂，評課時也以科學探究的角度去進行，嚴重挫傷了STEM教師的積極性。

三、開展STEM教育的思路

1.堅持在STEM教育中牢牢把握“立德樹人”的教育思想

STEM教育雖然發源于美國，但我們必須發展自己特色的STEM教育——把思想政治教育放在首位，牢牢把握為誰培養人，怎樣培養人，培養什么人這個根本問題。要特別注重將培育社會主義核心價值觀與弘揚科學精神結合起來。作為STEM教師，不僅要有良好的跨學科素養， 更須具備堅定的政治信仰和政治意識，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值理念和科學精神傳播給廣大青少年學生。要在開展STEM活動中，將思想政治教育融入于各類活動之中，找準切入點。比如，在組織學生參加相關STEM教育競賽時，要加強對青少年學生的思想教育引導，激發青少年學生探索科學的熱情和創新精神，讓孩子們去除功利心理，全身心投入到活動中去，為國家培養和發掘更多科技后備人才。

2.加強學習，提升理論水平

教育理論的指導非常重要，STEM教育發源自建構主義學習理論。在實際運用中，維果斯基的最近發展區理論、加德納的多元智力理論、萊夫的情境認知與學習理論，對STEM課堂的教學組織能起到明確的指導作用。加深理論學習，可以提高教學設計水平，教師通過向學生提問進行引導，使學生積極思考，學生通過回答問題使思考的深度逐漸增加，最終完成知識建構，讓STEM教育達成度更高。如何通過STEM學習，促進學生教學質量的提高，是STEM教育能否持續發展的關鍵。教師可以通過研究STEM教育的認知結構，找出優化的方法，促進學生解決問題的能力，提高學習質量。

加強學習，有利于STEM團隊準確實施教學。例如，可以就STEM、創客、綜合實踐、校本課程、研究性學習的區別和聯系進行研討，讓大家清晰什么才是STEM教育，避免偏離方向。STEM學習的效果很大程度取決于教師的知識儲備，要充分發揮每一位教師的作用，合作進行教研備課、上課，提升團隊教學水平。

3.堅持在教學主陣地中開展STEM教學

STEM教育要進入課堂主陣地落地生根，讓師生廣泛參與才有生命力。學科教學通過研究科學現象、提出問題和假設、尋找變量、控制變量、進行實驗，然后得出規律并驗證，依照這樣的研究流程來整合其它學科。在解決實際問題時，要運用工程思維，通過提出問題、界定問題、制定解決方案、落實方案、落實過程中發現新的問題、再次界定問題、制定新的解決方案，直到問題解決。在這個過程中，工程實現了對其它學科內容的整合。力求讓STEM教育促進教學質量提升，做到相互融合，相互促進。

4.長遠規劃，打好基礎

為了扎實推進STEM教育，要一步一個腳印，力求找準STEM教育的路子。通過積極開展實踐研究，加強反思，逐步摸索，積累資料，不必急于編寫教材。事實上，STEM教師的教學設計、教案、學案就是最好的教材。

5.重在思維過程、方法，不只是盯著“高大上”。

如果進行STEM教育時，注意力在場室建設或者器材添置，只往高科技、新項目考慮，就偏離了STEM教育目的。研究目標應該集中在學生的學習方式和思維方式，場室設置和器材按實際需要，圍繞項目的研究才設置，器材和場地不是STEM教育的決定因素。

四、具體做法

1.加強學習，樹立跨學科思維

教師要打破學科界限，在教學實踐中運用STEM教育理念的同時，積極開展教學設計、撰寫論文。例如，在八年級和九年級物理課中可以進行以下的教學設計：“基于STEM學習的機械能的轉化”“基于STEM學習的凸透鏡成像的實驗”“基于STEM學習的物體沉浮研究”“基于STEM學習的測量小燈泡的功率”“基于STEM學習的電阻的測量”、七年級語文課的“基于STEM學習的河中石獸”、九年級化學課 “凈水器的設計制作”和“飲用水的測量”、科技活動的“基于STEM學習的航空模型活動”等。還要積極以課題形式、依托工作室開展STEM活動的研究，提升理論水平。

2.充分挖掘學科的STEM素材開展教學

教師可以挖掘各學科中的STEM學習素材，在學科課堂教學中展開。例如，初二物理“機械能的轉化”教學中，老師提出制造過山車的任務，讓學生以小組合作的方式，通過設計方案，修改方案，制作原型、調試，每個小組完成自己的過山車，并展示分享。初三物理“測量小燈泡的功率”先讓學生測量小燈泡的電功率，然后提出問題：作為節能環保，為什么國家提倡用LED燈具取代白熾燈？請同學們設計制造一盞LED燈具，并測量功率進行對比。要求運用學過的串聯、并聯的電流電壓規律，科學設計電路。綜合考慮分配進行試驗和制作的LED的數量，能成功完成制作而且損耗最少LED的小組優勝。學生在小組長的帶領下，分工合作，先查找不同顏色的超高亮LED工作電壓，通過設計不同的電路，讓其在正常的電壓范圍工作，有的小組是串聯滑動變阻器、電燈泡、增減電池個數，不同的小組采取了各自的方法，對比白熾燈的功率，得出更節能更環保的結論。

九年級化學課可以結合“凈水器的設計制作”和“飲用水的測量”展開，教師先描述從《魯濱遜漂流記》里魯濱遜在渺無人煙的荒島上，自制的過濾柱過濾泥沙水，然后把已經過濾的水煮沸后飲用引入課題，以此為切入點，分析自來水廠凈水流程圖，了解吸附、沉淀、過濾等凈化水的方法。小組成員通過頭腦風暴，設計制作過濾器、初步測試、重新設計、測試、制作，然后對健康飲用水的簡易檢測，分別進行食醋溶液、鹽水、蘇打水和蒸餾水的pH值檢測以及導電性檢測。在電解水的實驗中，運用了物理剛學的電學知識，學生通過連接并聯電路，比較兩個支路的電流大小、觀察電解進度、分析數據，畫出數學圖像，得出結論。綜合運用數學、物理、化學知識解決真實問題。

思品課可以“強國夢”為課題，開展德育教育。學生在教師的引導下，開展無線電測向、航空模型等活動，激發愛國主義熱情，讓廣大學生了解我國的科技成就，增加民族自豪感。

七年級語文課“河中石獸”可以通過用沙子模擬河流和河床，學生先進行小組討論，分析石頭的運動方向，制訂不同的打撈方案完成打撈任務。

在學科課后作業和測驗考試中可以布置STEM作業。嘗試在學期考試中，加入“STEM特色”試題，以學生身邊的例子，要求運用跨學科思維解決問題。例如，有些學校的沙池，經常有很多貓的腳印，要求同學們通過腳印，制訂不同的方案，估算出貓的重量。又例如，樓梯經常出現老師、同學滑倒，可以請同學們分析原因，制訂解決的方案。這些題目是發生在同學們日常中的真實問題，又要運用物理的壓強、摩擦力、重心，運用數學計算，可以使用各種測量工具，提高了對學科知識的整合能力。

3.開展STEM課例研討

開展課例研討可以對STEM課堂的真實情境的教學問題深入分析 ，找出解決辦法。提高教研水平，促進教師專業成長。通過對自身教學實踐進行反思，是提高STEM教師專業水平的有效途徑。通過認真寫教學反思，把課堂問題記錄下來，然后在STEM教研活動中提出來研討，可以互相促進。對于每一節課，都要認真進行反思，虛心聽取意見和建議，反復修改教學設計，積累教學案例。

例如，有一次我校邀請教育集團的化學老師來我校聽課，內容是九年級化學課“凈水器的設計制作”和“飲用水的測量”，課后提出了幾點意見和建議：（1）兩節課學生用在頭腦風暴，設計方面時間不夠;（2）凈水器做第二次時，準備水槽和噴壺沖洗。測pH需要洗玻璃棒再測第二種;（3）凈水器評價粗略來講秒表可以評價速率，效果可以在講臺展示肉眼可區分不同程度渾濁的泥水作對比。對集團教師提出的意見，我們STEM項目組非常重視，對照STEM課程的每一項進行分析、修改方案。然后在貴州面向畢節第五教育集團師生，在茶園中學上了一節示范課，效果比上次有了很大的提高。

4.以科技競賽為契機，促進STEM教育

競賽活動是激發學校開展STEM教育和學生參加STEM活動的動力。國際上發展科學、技術與社會教育和創造性教育很受重視。廣泛開展科技競賽活動，可以使學校更加重視STEM教育，也可以使學生在選定的STEM活動項目上或在完成各項實驗過程中能較深入地鉆研有關知識。STEM競賽活動非常豐富，例如，荔灣區的“廣雅杯” STEM綠色科技創意比賽等，要求學生綜合應用物理、化學、生物知識中顯露自己的才能。在競賽活動的激發下，學校的STEM教育工作便可蓬勃發展，這對培養我國新世紀科技后備人才具有深遠的意義。

5.向前沿科技領域邁進

為了適應時代發展，STEM教師要保持嗅覺敏銳，從培養人才，提升實踐創新能力出發，及時轉型，開設了多項前沿科技領域的新項目。例如，人工智能、3D打印、北斗導航、航空航天模型、航海模型、車輛模型、無人機、穿越機，等等，學生通過跨學科學習，掌握科技發展的新動向。

6.以科技社團為載體，拓展STEM教育開展STEM學習活動，可以依托學校現有各種科技社團進行。例如，機器人、3D打印、無線電測向、航空模型等。

7.外出交流學習，開闊思路和擴大視野

通過參加各種STEM教育培訓，解釋疑惑，開拓思路。要注重學校之間交流，互相聽課，相互促進，相互提高。結合教育幫扶，可以在受援地開展各種STEM交流展示，推廣跨學科的教學。2019年10月底，我校STEM項目組到貴州畢節進行教育幫扶，開設公開課、開展無線電測向活動、3D打印、機器人活動，把跨學科的理念帶到了金沙縣，進一步認識了“做中學”的教育理念。

8.建設適合STEM學習的教室

把原有的科技活動室改造成STEM教室，供STEM教師進行教研和學生的STEM課程使用。由于學習方式有別于傳統教學，可以考慮以小組形式設置，教壇可設置為多功能使用的展示臺。小組的圓桌旁邊可以配有實驗小桌，供小組探究和制作原型、調試使用。

9.配合項目的開設添置器材

學校可以根據不同的STEM活動載體，以實際需要為原則購置器材。例如，為了在航模活動中開展STEM教育，我校購買了FPV穿越機和部分固定翼航模，學生先學習飛行的原理，然后經過小組討論，寫出設計方案，制作自己的原型機，并進行分享。然后進行試飛測試，根據試飛情況，修改方案和飛機結構，完善制作，最終完成自己的飛機設計制作。根據學習模擬飛行的需要，購置了模擬飛行用的5臺計算機和飛行軟件，讓學生先在電腦上進行學習，然后再實操，減少飛機的碰壞，提高了教學效果。

五、結語

學校可以在原有青少年科技教育基礎上，深入學習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教育引進教學主陣地，在“學生歡迎，教師參與，促進質量”的思路下動腦子，扎實穩步推進STEM教育。通過調動教師積極性，發掘學科教材的科學素材，在不同課堂教學中廣泛開展STEM學習，并在測驗考試等評價中運用STEM理念，讓跨學科學習深入師生，扎根校園。教師通過課例研討，開展教學設計、撰寫論文、課題研究，進一步提升STEM教師教學水平。

參考文獻：

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