【摘要】目前，STEM教育已成為當今教育研究的熱點。為促進學(xué)生對學(xué)科知識的深度理解，并積累研究經(jīng)驗、培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)、提升創(chuàng)新性水平，根據(jù)學(xué)生的創(chuàng)新思維發(fā)展規(guī)律，設(shè)計了以學(xué)科教學(xué)單元為主，STEM理念與學(xué)科教學(xué)相融合的5步單元學(xué)科教學(xué)法：先學(xué)自研——合作探究——分析解釋——交流評估——拓展創(chuàng)新。實踐結(jié)果表明，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)顯著提高，創(chuàng)新性水平提升較快。

【關(guān)鍵詞】STEM；學(xué)科教學(xué)；單元；創(chuàng)新思維

【基金項目】本文系2013年度四川省教育科研資助金課題項目重點課題“教學(xué)育心深層變革課堂的實踐研究”（項目編號：20160108）的研究成果。

【中圖分類號】G632.0 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）15-0160-02

STEM教育在美國已有幾十年實踐經(jīng)驗的積淀，目前受到各國的高度關(guān)注，已成為當今教育研究的熱點。各國實踐證明，STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics；科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）教育有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識、批判性思維、信息技術(shù)能力等未來社會必備的技能和創(chuàng)新能力，并有可能在學(xué)習(xí)者的未來生活和工作中持續(xù)發(fā)揮作用[1]。

近幾年，我國教育專家從STEM教育發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀、課程實施及評價等方面進行了研究，并對我國實施STEM教育提出了指導(dǎo)性意見。目前，我國STEM教育在政策層面上得到了重視，將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)教育融合起來的STEM教育成了當今教育研究的熱點，一些地區(qū)正在積極開展STEM教育的實施推廣工作。成都市華陽中學(xué)于2012年開始實施STEM教育，將STEM理念與學(xué)科教學(xué)相融合，總結(jié)出了“基于STEM教育理念的學(xué)科單元教學(xué)法”。

一、STEM教育與學(xué)科教學(xué)

源于美國的STEM教育，以真實問題引入為著手點，以實踐為載體，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者技術(shù)和科學(xué)素養(yǎng)為目標的跨學(xué)科整合的教育體系[2]。STEM不是這四門學(xué)科的簡單疊加，而是將學(xué)科知識連接起來解決實際問題[3]，其核心是創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此，設(shè)計基于STEM教育理念的教育活動應(yīng)該遵循創(chuàng)新思維的發(fā)展規(guī)律，才能有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維能力。

目前，我國的常規(guī)課程仍然以學(xué)科教學(xué)為主，學(xué)科教學(xué)面向全體學(xué)生，因此學(xué)科教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主要陣地。在常規(guī)課程中引入STEM教育理念，將教材內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)閷栴}的解決，將知識轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰Φ膽?yīng)用，拉近學(xué)習(xí)者與生活的距離[4]。這種學(xué)科研究性學(xué)習(xí)過程會促進學(xué)生對知識的深度理解，并且讓學(xué)生不斷積累研究經(jīng)驗，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和問題解決能力，長期堅持，學(xué)生專業(yè)技能和創(chuàng)新思維會得到有效發(fā)展。

二、融入STEM教育的學(xué)科單元教學(xué)法

融入STEM教育的學(xué)科單元教學(xué)法主要以教學(xué)單元為主，教學(xué)中主要采取問題教學(xué)法，以真實情景引入，設(shè)計“先學(xué)自研——合作探究——分析解釋——交流評估——拓展創(chuàng)新”等5個步驟。

（一）先學(xué)自研

在新單元教學(xué)的初始環(huán)節(jié)，教師通過相關(guān)的情景激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生了解背景知識，比如引導(dǎo)學(xué)生了解該單元科學(xué)知識的研究歷史、生活現(xiàn)象、以及有關(guān)正在研究的問題，讓學(xué)生做成一份背景研究報告，嘗試提出想要了解或想要解決的相關(guān)問題。比如：初中物理教學(xué)中《光學(xué)》單元，新課前教師引導(dǎo)學(xué)生了解光的起源、有關(guān)光學(xué)的故事、與光相關(guān)的生活現(xiàn)象、正在研究的光學(xué)問題，嘗試提出自己的疑惑或者想要解決的問題。

這個步驟不可忽略的是引導(dǎo)學(xué)生識別可靠的文獻資源，將文獻資料整理成一份報告，基于整理的背景知識提出自己的疑惑，以此培養(yǎng)學(xué)生文獻檢索、文獻綜述的方法以及提問的能力。

（二）合作探究

教師將學(xué)生的問題梳理成條，與教材內(nèi)容相結(jié)合，讓學(xué)生提出假設(shè)，分組制定探索解決問題的方案，教師指導(dǎo)修改方案，在這個過程中最重要的是讓學(xué)生學(xué)會采用控制變法設(shè)計實驗方案，同時考慮到數(shù)學(xué)測量及統(tǒng)計方法。比如在探究壓強大小的實驗中要學(xué)生理解控制變量的意義，設(shè)計控制單一變量的實驗方法，選擇測量有意義的定量數(shù)據(jù)等。

整個探究過程要讓學(xué)生分工合作，發(fā)揮小組每個人的優(yōu)勢，讓探究過程的效率提高。實驗探究是分析解釋現(xiàn)象的重要依據(jù)，STEM研究項目中定量的數(shù)據(jù)重要性是最高的，定性數(shù)據(jù)是很好的補充[5]，因此實驗中盡量讓學(xué)生記錄客觀的數(shù)據(jù)，對有些只能定性描述的現(xiàn)象要小組討論后用客觀的語言描述，如果條件許可還可以將實驗用拍照或錄像的形式記錄下來。

（三）分析解釋

學(xué)生將記錄的數(shù)據(jù)進行分析，澄清自己的理解發(fā)現(xiàn)。這個部分，教師引導(dǎo)學(xué)生將記錄的原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計出來，分析結(jié)果，確認是否支持了最先的假設(shè)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方法用圖表的形式，這樣數(shù)據(jù)趨勢會一目了然。

學(xué)生們在實驗中記錄的數(shù)據(jù)是比較雜亂的，因此在對記錄的實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計之前，教師要引導(dǎo)學(xué)生把原始數(shù)據(jù)整理制成圖表進行比較，采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計計算來確定實驗結(jié)果的顯著性。

（四）交流評估

當各個小組將數(shù)據(jù)分析完成后，教師指導(dǎo)各小組將自己的數(shù)據(jù)、分析結(jié)果交流展示，其他小組進行評估。這樣的方式培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的批判式思維能力。

學(xué)生展示的成果，可以是PPT、海報或者研究報告，通過相互的評價，學(xué)生有機會擴大和鞏固他們對概念的理解。一個單元可能會有多個探究性實驗，每次都做大型的交流活動會耽誤太多時間，因此建議驗證性探究活動可以直接用投影儀展示，或者借用現(xiàn)代教育技術(shù)推送給老師和其他同學(xué)進行展示。

三、結(jié)語

2014年到2017年，采用了威廉姆斯創(chuàng)造力傾向量表、創(chuàng)新思維調(diào)查量表、中國公民科學(xué)素質(zhì)調(diào)查問卷，對被試學(xué)生進行前后測試，結(jié)果顯示，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)明顯提高，學(xué)生的創(chuàng)新性水平、研究項目質(zhì)量提升較快，學(xué)生的創(chuàng)新研究作品獲獎的數(shù)量與等級也逐年增加，說明基于STEM教育理念的“先學(xué)自研——合作探究——分析解釋——交流評估——拓展創(chuàng)新”單元學(xué)科教學(xué)法效果明顯。endprint

在21世紀，國際競爭歸根結(jié)底是人才的競爭，STEM教育是培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的有效途徑，STEM教育破解了多年來科技教育的困境。美國K-12STEM教育已經(jīng)有了成熟的經(jīng)驗，值得我們借鑒。STEM課程在國內(nèi)剛剛興起，課程中開發(fā)出的課例在不同程度上培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，但是深度不夠，有些還停留在對科學(xué)內(nèi)容或科學(xué)實驗的拼湊上，背后看不到對能力培養(yǎng)的體系。這樣的課程培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維不具有可持續(xù)性和長期的發(fā)展。

STEM課程的核心是培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力，創(chuàng)造性的組成成分表明，創(chuàng)造過程分為提出問題、準備、產(chǎn)生反應(yīng)、驗證反應(yīng)、結(jié)果等五個階段[6]，基于此理論，將STEM理念融入學(xué)科教學(xué)中，長期堅持，學(xué)生會在實踐中不斷積累探索的經(jīng)驗，也會在潛移默化中培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。STEM教育強調(diào)綜合各學(xué)科的特點，將知識的獲取、方法與工具的利用以及創(chuàng)新生產(chǎn)的過程進行了有機統(tǒng)一[7]，根據(jù)STEM理念所設(shè)計的5步教學(xué)法，正是按照科學(xué)探究或研究的路徑解決問題，能夠?qū)W(xué)生所學(xué)的知識和技能融合起來，在解決問題的過程中進行遷移和應(yīng)用，有效地促進了學(xué)生對學(xué)科知識的深度理解。

參考文獻

[1]金慧，胡盈瀅.以STEM教育創(chuàng)新引領(lǐng)教育未來[J].遠程教育雜志.2017（1）：17-25.

[2]趙國安.基于STEAM理念的校外科學(xué)實驗室機體群構(gòu)建研究[J].遠程教育雜志.2017（3）：80-87.

[3]丁杰，蔡蘇等.科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)教育創(chuàng)新與跨學(xué)科研究——第二屆STEM國際教育大會述評[J].開放教育研究.2013（2）：43-50.

[4]李小濤，高海燕等.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的STEAM教育到創(chuàng)客教育之變遷——從基于項目的學(xué)習(xí)到創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].遠程教育雜志.2016（1）：28-36.

[5]達西.哈克德著.STEM項目學(xué)生研究手冊[M].中國科協(xié)青少年活動中心譯.科學(xué)普及出版社.2013：27-30.

[6]段繼楊.創(chuàng)造性教學(xué)概論[M].吉林教育出版社.1999：15-21.

[7]李揚.STEAM教育視野下的科學(xué)課程構(gòu)建[D].浙江師范大學(xué)，2014.

作者簡介：張曉容，女，漢族，籍貫：四川眉山，本科畢業(yè)，中學(xué)高級教師，四川省成都市華陽中學(xué)科技創(chuàng)新教育中心主任，四川省特級教師，四川省創(chuàng)新人才研究會秘書長，全國優(yōu)秀教師。endprint