凝心聚力，攜手并進促二中STEM教育深入發(fā)展

黎夢欣 顏麗娟 李曦東

[摘要]為落實《廣州市教育事業(yè)發(fā)展第十三五規(guī)劃（2016-2020）》，適應(yīng)教育領(lǐng)域綜合改革的要求，引領(lǐng)和推動STEM教育在廣州市的發(fā)展，廣州市第二中學于2016年開始推行STEM教育，培養(yǎng)掌握核心技術(shù)的高素質(zhì)科技人才。本文從STEM競賽課程框架、教學組織模式、教師隊伍建設(shè)、交流活動等多方面介紹了學校STEM教育發(fā)展成果，以期為廣州各基礎(chǔ)學校開展STEM教育提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]中學教育;STEM;競賽課程;科技教育

一、背景

廣州二中教育集團是廣州市首批教育集團之一，已形成“一校兩核三類四區(qū)五元”的新格局。廣州市第二中學是全國首批國家示范性高中、首批廣東省青少年科技教育特色學校、基礎(chǔ)教育特色課程（科技類）學校、全國唯一的全國科技體育（無線電測向）訓練活動基地、全國科技體育傳統(tǒng)學校、廣東省航空航天科普教育定點學校、航空飛行營地。在質(zhì)量立校理念指導下，我校以打造優(yōu)質(zhì)師資為基礎(chǔ)，以先進的學校文化領(lǐng)航，以高水平的科研護航，以多領(lǐng)域的教育高地為發(fā)展目標，關(guān)注STEM教育的發(fā)展，教育質(zhì)量穩(wěn)定，辦學成果顯著，社會譽之“歷史名校，狀元搖籃”。

為落實《廣州市教育事業(yè)發(fā)展第十三五規(guī)劃（2016-2020）》，適應(yīng)教育領(lǐng)域綜合改革的要求，引領(lǐng)和推動STEM教育在廣州市的發(fā)展，我校于2016年開始推行STEM教育，培養(yǎng)掌握核心技術(shù)的高素質(zhì)的科技人才，并取得了部分成效。在廣州市教育局、香港教育局、澳門特別行政區(qū)第四屆行政長官選舉委員會的共同見證下，由廣州市青少年科技教育協(xié)會、香港行政長官卓越教學獎教師協(xié)會、香港科技教育學會、澳門科技教育協(xié)會聯(lián)合組成的穗港澳STEM教育聯(lián)盟于2017年4月在廣州市第二中學高中部簽約成立，我校為聯(lián)盟的廣州常駐點。聯(lián)盟倡導的STEM教育理念是透過解難項目，培育學生科藝素養(yǎng)、人本精神及創(chuàng)業(yè)家思維，使年輕一代能綜合應(yīng)用跨科目知識和技能，配合工程思維去創(chuàng)新發(fā)明，解決現(xiàn)實生活困境問題，致力培養(yǎng)國家年輕一代成為21世紀的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。

在過去的幾年里，廣州、香港和澳門的教育工作者在STEM教育方面建立了強有力的合作。我校在《中國STEM教育白皮書》《中國STEM教育2029創(chuàng)新行動計劃》《中國STEAM教育發(fā)展報告》等國家級指導性、標準性文件和專家的指導下，依托穗港澳STEM教育聯(lián)盟領(lǐng)先的優(yōu)質(zhì)資源和服務(wù)，融合學校教學特色，圍繞課程開發(fā)、師資建設(shè)、成果呈現(xiàn)等方面進行研究，形成了符合廣州二中教育集團發(fā)展要求的STEM教育課程，提升了教師STEM教育能力，為廣州二中教育集團的師生提供了一套前沿的STEM教育解決方案。

二、成果

（一）結(jié)合特色項目，提出“四段式”STEM競賽課程框架

航模和無線電測向是我校的特色項目，這些項目都非常經(jīng)典，而且綜合性強，也具有一定的時代性，項目中涉及的科學、技術(shù)、工程、數(shù)學都是永恒的議題，教學目標主要是培養(yǎng)學生的STEM素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。我校以特色項目為載體，結(jié)合學校自身優(yōu)勢，通過剖析、改革教學內(nèi)容并進行歸納，提出了以“理論積累、實踐融合，賽事引領(lǐng)，拓展提高”為研究思路的“四段式”課程框架（如圖1），該課程框架將理論與實踐相結(jié)合，動手與動腦并重，校內(nèi)與校外同互動，實現(xiàn)了STEM教學模式、特色教學內(nèi)容的有效創(chuàng)新。

航模和無線電測向等項目除了需要學習基本理論知識以外，還應(yīng)該讓學生在實際中“知其然亦知其所以然”，教師在理論講授中融合實踐認知，讓學生進行動手體驗和實訓，將知識傳播、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育融于一體，加強學生對項目的認知，促進日后專業(yè)知識的深入掌握。除此之外，要學生提高學習興趣和水平，依靠課堂教學是遠遠不夠的。要進一步提升學生的綜合素質(zhì)和能力，其中一個有效途徑是參加各種比賽。在日常教學中，項目教學包含了競賽任務(wù)，教師帶領(lǐng)學生全面解讀各類競賽體系，對各類競賽進行針對性訓練，與此同時，也提供面向賽事教練的培訓。學生在項目中除了學習理論知識、進行實踐訓練以及參與競賽，還需要應(yīng)用所學知識解決現(xiàn)實生活中的問題。

例如我校航模STEM競賽課程，該課程滲透STEM教育理念，以無人機運動為基礎(chǔ)，建立并逐步完善了一套層次清晰、結(jié)構(gòu)分明且行之有效的學生競賽的組織機制，豐富了校內(nèi)學生的STEM活動。培養(yǎng)學生扎實的航空理論知識，認識無人機各個組成部分及飛行原理，學習航模、飛控、繪圖、飛行安全等理論知識，進行繪圖、航模設(shè)計與制作、飛行等實操訓練，組建無人機校隊，參與全國、省、市乃至國際級無人機相關(guān)賽事，將航模制作工藝進行拓展應(yīng)用，對航模進行創(chuàng)新設(shè)計。培養(yǎng)學生的解決問題的意識，提高學生動手能力，引導學生將所學知識應(yīng)用于解決生活問題，為學生成長為具有創(chuàng)新和工匠精神的人才創(chuàng)造條件。鍛煉學生的思考能力、觀察能力、毅力耐力和動手能力，同時也增強了學生的自信心，能以科學且嚴謹?shù)膽B(tài)度對待學習、生活和工作。

（二）融合常規(guī)課程，構(gòu)建基于工程設(shè)計的STEM常規(guī)課程教學組織模式

我校結(jié)合教學的常規(guī)學科如物理、化學、通用技術(shù)、綜合實踐課程等，通過借鑒CDIO工程教育理念、建造主義理論、實用主義學習理論和情境學習理論的觀點和理念，結(jié)合穗港澳STEM教育聯(lián)盟提倡的教育目標，構(gòu)建了基于工程設(shè)計的STEM課程教學組織模式（如圖3）。模式要求調(diào)動學生的能動性，讓學生像工程師一樣思考和實踐，合理設(shè)計若干個針對性強的活動，提供足夠的時間，讓學生協(xié)作互動，在活動中內(nèi)化學科知識。讓學生參與到工程設(shè)計中或者要求學生分析已有工程設(shè)計問題的解決方法，學生通過項目學習，能夠體驗工程設(shè)計過程，形成工程思維習慣，運用工程設(shè)計方法解決問題。

例如融合高中通用技術(shù)必修1和必修2的STEM課程《美麗中國——建筑模型的設(shè)計與制作》，為學生創(chuàng)造了一個真實的工程情境——模擬擔任一名建筑設(shè)計師，以現(xiàn)有的中國建筑為原型，制作一個建筑模型，并與環(huán)境融合，模擬原型建筑的場景，展現(xiàn)美麗中國。學生通過一系列的試驗和探究，獲得設(shè)計和制作建筑模型所需的背景經(jīng)驗知識，根據(jù)所學知識設(shè)計解決方案，建立模型和檢驗數(shù)據(jù)，并通過課堂交流的方式將工程產(chǎn)品的價值表現(xiàn)出來。

（三）完善集團STEM課程體系

1. 常規(guī)課程的實踐

集團依托現(xiàn)行國家課程，在常規(guī)課程中尋找切合知識點，融入STEM教育理念，結(jié)合STEM課程設(shè)計的核心理念與目標，整合各個學科的教學目標和手段，面向全體學生，在常規(guī)教學中進行STEM課程實踐，使學科教學與STEM教育的優(yōu)勢最大化。

2. 研學課程的探索

研學課程在每周三下午第八、九節(jié)課進行，在研究性學習的基礎(chǔ)上，由不同學科的老師進行STEM課程開發(fā)，結(jié)合生活實踐，融入STEM元素，形成基于STEM教育的研學課程，課程面向部分學生，選題貼近學生的學習和生活，學生可以根據(jù)自己的興趣選擇課程。

3. 競賽課程的深化

在傳統(tǒng)的競賽項目如航模、無線電測向、機器人等競賽課程繼續(xù)深化，面向特長學生，根據(jù)各項目特點，滲透STEM教育理念，實現(xiàn)傳統(tǒng)特色競賽項目的有效創(chuàng)新。

（四）以點帶面組建STEM教育教師人才隊伍

我校應(yīng)教育集團STEM教育發(fā)展需要，在學校領(lǐng)導的組織下，以高中部STEM教師為引領(lǐng)，以點帶面，組建了廣州市二中教育集團STEM教育教師人才隊伍。通過項目引領(lǐng)的方式，培養(yǎng)各校區(qū)STEM教師的項目技能，熟悉STEM課程的開發(fā)和教學模式，最終達到為學校培養(yǎng)人才、帶領(lǐng)新人的目標。隊伍定期開展參與式培訓，分析各校區(qū)的STEM教育開展情況，剖析各校區(qū)STEM教育經(jīng)驗及存在的問題，做好更為精準的校區(qū)STEM教育幫扶計劃，同時通過項目培訓，共同探討符合各校區(qū)發(fā)展需要的STEM教育項目開發(fā)模式，謀求集團STEM教育普及化、特色化發(fā)展，提升集團各校區(qū)STEM教師的能力、STEM教育工作的質(zhì)量。

（五）發(fā)揮聯(lián)盟優(yōu)勢，組織大灣區(qū)和國際STEM交流活動

我校發(fā)揮聯(lián)盟優(yōu)勢，組織和參加了大灣區(qū)乃至國際的STEM交流活動。在交流活動中，我校與加拿大艾伯塔省狼溪教育局K12教育代表團、全國各地STEM教育工作者、香港特別行政區(qū)行政長官卓越教學獎教師協(xié)會、香港科技教育學會、澳門科技教育協(xié)會、六國無線電測向代表團就STEM課程設(shè)置與教學、繼續(xù)深化學校間的合作等議題進行了友好的交流，我校形式多樣、內(nèi)容豐富的STEM教育課程和活動得到高度肯定，交流活動也促進了不同文化背景的師生交流，碰撞出了創(chuàng)新思想的火花，為我校STEM教育發(fā)展開辟了新空間。

（六）開展內(nèi)容豐富的校內(nèi)STEM教育成果展示活動

2019年-2020年，我校開展了全國科技活動周之廣州市第二中學STEM教育成果展示活動，在展示活動中開展了FPV項目，以FPV工程制作為主導，學習無人機原理、制作無人機的技術(shù)和操控技術(shù)，并進行競速比賽;開展無線電制作項目，運用所學的知識進行無線電測向機的制作、調(diào)試，用調(diào)試好的測向機進行信號的搜尋以及對所收到的信號進行分析處理，從中掌握測向機的基本制作和調(diào)試過程，并感受實地測向的過程;各個學科開展了豐富多彩的科技文化沙龍，讓學生感受STEM學科的魅力;邀請了中山大學物理學院副院長姚道新教授和張宏浩教授、科大訊飛AI創(chuàng)新教育首席技術(shù)專家王雨蒙老師為學生帶來了主題為“關(guān)聯(lián)電子體系-從少體走向多體”“奇妙的物理世界”“迎接人工智能時代”的科普講座，使學生進一步了解STEM教育，激發(fā)了學生對科學、技術(shù)、工程、數(shù)學的興趣，培養(yǎng)了學生的科技精神和研究精神，提高了學生的實踐能力，為學生提供更多展示自己和提高自己的舞臺。

（七）打造STEM課程空間

STEM課程空間是學校STEM整體建設(shè)方案的一部分，為課程與教育提供服務(wù)和支持，是STEM教育實施效果的重要影響因素，其重要性不言而喻。學校在原科普教育科技實驗室和學生發(fā)展中心科技創(chuàng)新室的基礎(chǔ)上進行改造，添置了3D打印機、激光雕刻機、人工智能機器人等設(shè)備，打造了人工智能體驗空間、VEX機器人課程空間、無線電測向課程空間、3D打印工作空間等，為學生提供了創(chuàng)新創(chuàng)意分享的空間，促進了學生的自主參與和管理，實現(xiàn)了實踐導向和開放共享，消除時間和空間障礙，提供了思想交流碰撞的空間。

（八）建立STEM評價體系及評價指標

根據(jù)集團STEM課程的特點，集團建立了STEM評價體系和評價指標，在STEM項目的實施過程中，從學生的STEM工程設(shè)計過程——定義問題、創(chuàng)建設(shè)計、建立模型、測試并收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)并重新設(shè)計、交流結(jié)果對學生的學習過程進行評價，并從項目的結(jié)構(gòu)、過程、學生參與度、教學資源等方面對項目整體進行評估;對于項目的總結(jié)性評價，主要是通過對學生的STEM工程筆記、作品、分享匯報進行評價，以保證STEM課程達到設(shè)定的預(yù)期效果。

三、實踐成效

（一）教師提升

教師通過參與集團STEM教師培訓，進行STEM課程的設(shè)計、開發(fā)、實施和評價，提高了STEM課程開發(fā)的敏感性，會自主地將課程與學生的日常生活結(jié)合起來，主動關(guān)注學生的問題導向，抓住學生的興趣點，以生成課程;提高了新課改背景下STEM活動設(shè)計、策劃、組織能力以及動手實踐和操作能力，提升了開展實施STEM活動的水平，指導學生選題和實施項目的能力。以及有效發(fā)揮了教師的教育機智。

（二）學生成長

學生在各個STEM課程教師的指導下，通過STEM課程的學習，設(shè)計制作了課程相應(yīng)的作品和方案，作品成果體現(xiàn)了STEM各個學科的融合，體現(xiàn)了學生掌握的科學、科技、工程和數(shù)學（STEM）知識，以及追求博學、凡事求真、懂得律已、務(wù)實認真、善于變通、機智靈巧的品質(zhì)，展現(xiàn)出學生創(chuàng)新解難能力、設(shè)計思維和工程思維，同時具備將意念轉(zhuǎn)化為圖樣和實物的能力。此外，學生參加各級別航空航天模型、無電測向、機器人、青少年科技創(chuàng)新等競賽活動，發(fā)掘潛能，發(fā)揮特長，成績斐然，碩果累累。

（三）學校發(fā)展

學校開展符合學生發(fā)展需求的STEM課程和STEM活動，保障每一位學生都能受到良好的STEM教育。承辦賽事展現(xiàn)了我校STEM教育的碩果。各主流媒體及時對我校STEM教育工作進行宣傳，使社會各界認識、了解我校，增強了我校師生的集體榮譽感，也給了我校與各校的交流、學習機會，促進STEM教育可持續(xù)發(fā)展。

四、總結(jié)反思

我校依托穗港澳STEM教育聯(lián)盟的優(yōu)勢資源，聚焦STEM教育，進行理論探索和案例實踐，以STEM教育來推動學校教育創(chuàng)新和人才改革模式更新。學校將繼續(xù)積極推進STEM課程建設(shè)，開展內(nèi)容豐富、形式多樣的STEM活動;探索課堂教學與STEM教育一體化、開放式的教學模式，建立自己的品牌STEM課程，充分發(fā)揮其示范和輻射作用;創(chuàng)建自己的STEM品牌教師，鼓勵教師積極參加STEM教育的理論和實踐研究，能以先進的教育理念引領(lǐng)STEM教育的實踐;充分利用校內(nèi)外的資源，推動學校的STEM教育的發(fā)展。學校將繼續(xù)促進STEM教育深度發(fā)展，為STEM教育本土化，為未來粵港澳大灣區(qū)開展STEM深度教育合作，實現(xiàn)教育強國目標而努力。