當代中國STEM教育發展現狀及可行性對策研究

劉一岑

摘 要：隨著STEM教育政策相繼出臺，STEM教育成為近幾年來備受關注的教育話題。但目前STEM教育發展尚不完善，在推進過程中存在較多問題。本文從STEM教育對學生創造力的影響、教師的STEM教育教學素養和STEM課程研究出發，分析STEM教育的現狀，給出可行的解決方案。

關鍵詞：STEM教育; 創造力; 教師教學

中圖分類號：G623.6? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）9-039-002

STEM教育的主要目標是培養學生的創新精神、創新能力以及實踐能力。STEM教育理念下科學教師教學素養同樣備受人們關注。科學教育工作者承擔著培養學生科學素養的職責，國家創新人才培養的需求對科學教師的教學素養提出了更高的要求。2017年教育部頒布了《義務教育小學科學課程標準》，增設了技術與工程領域，將STEM教育融入小學科學教育。《義務教育小學科學課程標準》的出臺，也對小學科學教師的素養提出了新的要求。目前，國內的STEM教育研究熱情高漲，但真正參與其中的人群較少，且尚未形成一個完整的體系。研究STEM教育的方法也較為單一。

一、基于當代小學生現狀，重新定義STEM教育教學要求

STEM教育代表了課程組織方式的重大變革。目前中小學最廣泛應用的課程模式是分科教學模式，即數學、科學等學科教師負責教授各自科目，很少重視學科之間的聯系。因此，STEM教育的課程設計應該使用“整合的課程設計模式”，即將科學、技術、工程和數學等整合在一起，強調對知識的應用和對學科之間關系的關注。STEM教學是多學科融合、面向復雜學習的過程，其對創造能力的影響須借助嚴謹的實驗加以驗證，而非簡單體驗或主觀判斷。

（一）當下STEM教育對學生創造力的影響

目前來看，利用STEM教育進行教學可以激發學生的創新能力。STEM教育整合了原本分離的學科知識，讓學生更加系統的理解世界，并在發散思維——聚合思維的循環中發展出創新思維。此外，STEM教育在教學過程中，需要與自己的同伴多次合作，借此可以幫助學生進行自我表達的鍛煉。在互通情感和相互激勵中的過程中完善自我認知，塑造創新型人格與心理。STEM教育活動是一種創造性、開放式的問題解決過程，它能為學生提供創新實踐、綜合應用相關學科知識的機會。STEM教育對小學生創造力提升較為顯著，主要表現在對學生簡潔思維、發散思維、邏輯思維和逆向思維的提升。所以，創新科技類課程最容易實現創造力培養。

（二）當代國情下，STEM教育教學新要求

降低學生在STEM教育中的認知負荷是提高STEM教育順利推行的必經之路。約翰·斯威勒提出的認知負荷效應理論可用于優化STEM教學體系。例如用目標自由的題目代替特定目標的傳統題目，促進學習遷移的發生;向學習者提供問題解決樣例和部分解決方案，幫助學習者建立認知圖式;利用口頭和多種視覺信息代替單一的書面文字，拓展有效工作記憶的容量等等。

科學探究和原型創造類教學主題對學生創造力的影響較為顯著。因此，STEM教學設計應積極尋找跨學科、貼近現實的主題，并盡可能提升主題的可探究性。例如，從科學課的拓展內容中尋找主題，通過觀察學生的日常行為發現代表性現象或問題，對社會熱點問題進行篩選和梳理等【1】。

二、STEM理念下小學科學教師教學素養發展對策

現階段小學科學教師數量一直在逐年增加，不同區域的科學教師教學素養存在較大差異。由于多方面的原因，小學科學教師配備長期不足，一直有部分教師非科學相關專業畢業或兼任多個學科，他們對STEM教育理念的認知和素養參差不齊。

（一）STEM理念下小學科學教師教學素養發展現狀

1.教學策略不足

STEM教學需要運用科學知識和多種探究方法，來解決實際問題和改善生活。項目的發明通常需要了解一定的科學原理，如何設計出一個滿足人們所需的產品，需要學生進行大量的思考。在課堂教學中，當教師直接出示現成的產品讓學生照做時，忽略了課程的探究性，沒有給學生思考的空間。這種重動手輕思考的機械教學，讓學生的邏輯思維能力以及對科學原理的理解應用能力無法得到訓練。

當學生完成一項工程建造后，需要對產品進行測試并優化。在此教學環節中，講述法的教學形式司空見慣，教師很少讓學生在聽的過程中提出問題，并給出修改建議。學生間沒有經過認知沖突，就不會碰撞出思維的火花。用講述法進行教學的同時，學生對制作的產品失去洞察力，學生解決問題與創新思維的能力得不到發展。

2.教學缺乏互助合作

STEM教育更加關注學生在實踐過程中的學習、理解和運用。它的設計都是與任務解決相關聯的一系列實踐活動，讓學生在學習的過程中更加有目的、有意義。這些學習與實踐活動雖然圍繞同一主題，但是涉及多個學科，需要多學科背景或各個學科的教師組成教學團隊，相互配合，保證學生在學習過程中都能得到每個學科專業教師的指導和幫助。

如STEM課例《意面高塔》要求設計并制作一個又高又穩的“摩天大樓”。本節課通過帶領孩子們欣賞國內外知名建筑，啟發孩子們去思考和探索，如何提高建筑結構穩定性，并運用于自主搭建的“摩天大樓”中。充分發揮創造力和動手能力。通過不斷嘗試和改良，從而設計和搭建理想中的“摩天大樓”。這是一項在孩子們能初步綜合運用力學的有關知識，簡單的計算，工程的初步理念等完成建高塔模型的任務，是本課重點。本課要利用有限材料、有限時間完成項目。經過個人構思設計與小組交流分享，并進行工程實踐制作，最后參觀項目成果的過程。

但由于各校從事STEM教育教師少，教研氛圍不濃，STEM教師往往都是孤軍奮戰，缺乏互助合作氛圍。對STEM的教法與學法、評價量化的問題的研究也是有限的，對教學中遇到問題，雖有反思，但也難以得到解決。

3.教師信息技術應用手段傳統

小學科學教師大多只進行過Word、Excel、PPT等簡單的信息技術學習，學校雖然也會對教師進行職后相關信息技術能力的培訓，但對真正能輔助STEM教育的一些信息技術手段，很多教師是沒有學習過的。因此，在課上教師也只會用一些傳統的信息技術手段輔助教學，一些交互、靈活、智能的信息技術手段不能靈活使用，甚至有些學校根本沒有相應硬件設施。

（二）STEM理念下小學科學教師教學素養發展對策

1.教學策略素養發展對策

傳統教師專業發展培訓中設置有關講座及聽評課活動，教師親自實踐相對缺乏，針對性不強，不能確保學以致用。基于STEM教育理念的學習不能停留在傳統聽課、看課的層面。要求學生做的，采取讓教師先做一遍作為培訓的形式，讓教師也在“做中學”，在實踐體驗中感悟。因此，為提高教師的教學策略素養，構建了STEM教師工作坊，讓教師也像學生一樣動手設計制作，把學生的課堂當練兵場，讓教師多親歷真實的STEM實踐活動。常反思學生學習的困惑，促使每一位參與STEM學習的教師能夠在真實的體驗與反思中進一步形成對STEM教育本質的理解與理念提升，面對不同群體的學生都能進行有效的教學。傳統的教學內容及其資源開發大多是以指向單一學科知識體系的分科課程為主。作為跨學科綜合教育形態的STEM教育，以何種形式的教育資源為依托和載體、通過什么途徑來建構資源，直接決定了STEM教育這一教育理念能否轉化為現實。小學科學教師可以充分利用多方資源，依據課標、立足教材、基于科技活動、基于生活熱點，依托人工智能，開發STEM課程資源，將自己的生活、經驗、智慧、理解、問題、困惑、情感等融入課程中，激發學生的學習興趣，也不斷提升自身課程整合和課程教學策略模式凝練能力。

2.教學合作素養發展對策

教師作為STEM課程的開發者、組織者和實施者，是課程實施的核心力量。如果缺少專業教師的合作，跨學科的工作就會面臨巨大的失敗風險。因此應在學校或區域組建跨學科的工作團隊和協作團隊。通過合作與互助，教師在開展STEM課程時也提升了專業水平。與社會資源進行協作即把課標要求之外的一些好的資源和服務，經過某種服務方式和學校教育有機對接起來，既作為學校教育的延伸，又可以讓學校和學生暢通地享受高精尖技術帶來的視野和能力的躍升以及以此為載體帶來的人際交流范圍的擴大，為其以后走入社會和生活奠定基礎。

3.信息技術素養發展對策

通過信息技術創設STEM教育環境，提高課堂教學效率，可以從以下幾方面進行落實。（1）充分借助各類平臺資源。如，巧建文獻資源平臺引導需求分析;制作微課資源輔助、跟蹤記錄學習;運用平板大范圍即時展示學習動態;借助智能軟件提升學生的STEM學習能力;利用AI技術實現測試評價。（2）利用信息技術翻轉STEM學習環境，提升學生學習的趣味性體驗、提升教師和學生交互式學習的參與感體驗、提升教師和學生身臨其境受關注的體驗。同時，老師要學會希沃白板、希沃助手、班級優化大師等與學生互動的教學軟件。（3）教師和學生還要懂得運用機器人編程軟件，對高塔的抗震性進行檢測【2】。

三、全方位持續發展STEM課程

（一）我國STEM教育課程研究問題聚焦

2008年至今，國內研究STEM教育的熱情在不斷增加，但在課程開發研究中也存在一些問題。

從研究內容來看，從最初的理論研究，對STEM教育本身的解讀和分析到今日的實踐研究，即如何將STEM教育與我國教育改革相結合。已有的研究主要都涉及在與我國教育的銜接和改進上，但是對于研究別國STEM教育的文獻數量較少，這樣就缺少了可借鑒的有益經驗的研究。

目前國內研究STEM教育的方法多以個案述評和文獻法居多，國內已有的研究中質性分析占總量的49.3%以上，案例研究占文獻總數的35.9%。訪談法、問卷調查法、比較研究法、行動研究等方法使用頻率較低;且絕大多數研究缺少信度、效度等質量指標的檢測，研究結果可靠性、準確性有待考量。

STEM教育發展至今還沒有形成一個連通密集的合作網絡。研究力量主要是一些師范院校的研究者，力量還是比較弱，研究群體不大，很多位居一線的中小學教師還未投入到STEM研究中。從已有研究的文獻來看，雖然涉及研究領域很廣，但缺乏系統化，研究內容、研究機構、研究方法、研究視角都處于“碎片化”狀態。

（二）我國未來STEM教育課程研究展望

STEM教育在我國的教育改革中越來越受重視，它作為一種新理念為我國的教育改革提供新思路，新方法，為我國從幼兒園教育到高等教育的課程設計和開發都提供了平臺。展望未來，STEM教育不僅僅是四門課程的簡單融合，更是一種符合時代發展的新思想、新理念。STEM教育研究內容形式需要不斷的演變和豐富。

針對目前研究方法單一的問題，可以借鑒國外的STEM教育研究方法，將多種方法相結合從而提高結果的準確性。STEM教育本身就具有跨學科性、整合性等特點。綜合運用訪談法、問卷調查法、比較研究法、行動研究等方法將是我國STEM教育研究發展的應然要求。

通過文獻閱讀可看出國內對于STEM教育的研究體系主要在STEM教育本身和我國教育改革的借鑒上。但是對于國外STEM教育研究的文獻比較少。然而，研究STEM教育不僅要將立足點放在STEM本身，也需要看他國的STEM教育研究。如何借鑒他國STEM教育研究，從而獲得更多的啟示將是我國STEM教育研究系統化努力的方向之一。

支持和引導基礎教育實踐者去研究STEM教育，在我國當前的STEM教育研究中尤為重要。因此，豐富未來STEM教育，壯大研究隊伍是教育國際化的實然要求。同時，STEM教育研究要立足國情，促使STEM教育本土化。不同的文化土壤，對STEM教育在教育改革中的方式作用就會不同。所以在以后的研究中無論是從理論方面還是實踐層面都需要以我國本土文化發展為基礎，融入我國教育文化特色，與我國教育改革發展相適應。建設具有中國教育文化特色的STEM教育將是我國STEM教育研究的重要突破口【3】。

參考文獻：

[1]周榕，李世瑾.STEM教學能提高學生創造力——基于42項實驗研究的元分析[J]開放教育研究， 2019（3）：60-71

[2]張彩琴.STEM理念下科學教師教學素養現狀及對策[J]教育評論，2019（12）

[3]張春海，葉海燕.融合與共生：我國STEM教育研究進展及展望[J]當代教育與文化，2019，011（003）：24-31