STEM 教育貫通培養(yǎng)實施策略

【摘要】身處信息科技時代的人們深知科技變革之迅速，強國發(fā)展之需要。為發(fā)展各國綜合實力、提升國際競爭力，各國都在不斷探索培養(yǎng)綜合素質(zhì)人才的有效途徑。STEM教育在美國的實施成果為美國社會的發(fā)展培養(yǎng)了大量綜合素質(zhì)人才、產(chǎn)出了大規(guī)模創(chuàng)新性科技成果。近年來STEM也得到了國際教育的認可，各國紛紛探索實踐，著力培養(yǎng)綜合素質(zhì)人才。這種教育同樣在我國也引起了高度重視。因此，為培養(yǎng)綜合素質(zhì)人才以應對未來的科技指數(shù)攀升，筆者研究教育教學相關(guān)理論，在一線不斷進行探索實踐。近日，聯(lián)合國教科文組織將在中國上海設(shè)立國際STEM教育研究所，也為我國開展STEM教育帶來了新的研究平臺，其主要職能是促進科學、技術(shù)、工程和數(shù)學領(lǐng)域的教育，涵蓋從幼兒到成人的各個階段，致力于為全民提供包容、公平、適切和優(yōu)質(zhì)的STEM教育。這與筆者所研究探索的STEM教育的貫通培養(yǎng)不謀而合。

【關(guān)鍵詞】STEM教育 ?探客 ?Tinker ?創(chuàng)客 ?Maker ?綜合實踐活動課程

【中圖分類號】G52 ?【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2024）04-0172-03

為優(yōu)化STEM教育的實施，落實STEM教育培養(yǎng)目標，助力科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，在教育實施階段，筆者不斷在創(chuàng)新方面進行研究，前期實施階段總面臨一種為了創(chuàng)新而創(chuàng)新，或者空談創(chuàng)新，找不到著力點和切入點的窘境。那么什么是創(chuàng)新？面對創(chuàng)新應該秉承什么理念？保持怎樣的心態(tài)呢？當下大多數(shù)所謂的創(chuàng)新都是在引導基礎(chǔ)上的標準答案。創(chuàng)新應該是不可預見的，因為創(chuàng)是突發(fā)性的；新是前所未有的，所以創(chuàng)新不是在一個課堂中預設(shè)出來的，而是隨時隨地可能發(fā)生的，那么我們需要留給創(chuàng)新足夠肥沃的土壤，和足夠充足的養(yǎng)分和空間，才有可能看到成果破土而出的那一刻。土壤是技能，養(yǎng)分是知識，技能和知識固然重要，而應對失敗，再次嘗試的勇氣更是一種必不可少的能力。這些也正是綜合素質(zhì)人才的核心素養(yǎng)。因此，筆者認為將探客（Tinker）教育引入小學STEM課程為技術(shù)與工程的實施與發(fā)展奠定能力基礎(chǔ)，將創(chuàng)客（Maker）教育融入中學STEM課程為發(fā)展技術(shù)與工程提供提升空間。通過貫通培養(yǎng)最終達成STEM教育目標是值得嘗試的途徑。

一、問題提出

雖然培養(yǎng)技術(shù)工程人才的課程教育主要體現(xiàn)在高等教育階段，但早期發(fā)現(xiàn)與培養(yǎng)技術(shù)工程創(chuàng)新人才是加大21世紀優(yōu)秀人才培養(yǎng)不可或缺的一部分，為人才的培養(yǎng)提供了強而有力的先決條件。重視基礎(chǔ)教育階段科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)是應對越來越嚴峻的國際人才市場競爭的重要策略。筆者認為從小學甚至從幼兒園到高中教育階段的貫通教育是培養(yǎng)創(chuàng)新科技人才的基本路徑，是培養(yǎng)創(chuàng)新科技人才的有效模式。筆者在開發(fā)與實施STEM課程的過程中發(fā)現(xiàn)，在小學階段STEM課程更多注重跨學科融合，其重點更加偏向M（數(shù)學）與S（科學）的知識與技能的培養(yǎng)。對于T（技術(shù)）與E（工程）的課程教育體現(xiàn)則有所欠缺。筆者認為究其根本原因為數(shù)學是科學的基礎(chǔ)，數(shù)學和科學是產(chǎn)生技術(shù)的前提，技術(shù)是自然科學理論的應用。而工程是將數(shù)學、科學與技術(shù)應用于社會生活創(chuàng)造出符合人們目的的產(chǎn)品，可以說是技術(shù)的實踐應用。即STEM課程的發(fā)展順序為M-S-T-E。例如，從麥克斯韋用數(shù)學方法計算并預測電磁波的存在—赫茲用實驗證實并發(fā)射了電磁波—探尋電磁波的作用，馬可尼無線電通信實驗成功—無線通信電技術(shù)成熟—實施無線電技術(shù)工程項目，使得無線電技術(shù)在當今社會中廣泛應用（如微波爐、監(jiān)測人體健康數(shù)據(jù)、雷達定位、氣象預測、航空航天通信等）。因此，相對于學科融合，具有技術(shù)工程的課程開發(fā)難度較高、開發(fā)成本大，在學生相關(guān)能力培養(yǎng)和提升方面更是有著很強烈的無助感。

二、涵義解讀

（一）探客（Tinker）的含義及發(fā)展

“探客”一詞是由英文單詞“Tinker”轉(zhuǎn)變而來，“Tin？鄄ker”譯為補鍋匠、白鐵匠。探客教育基于皮亞杰的建構(gòu)主義思想以及杜威的新三中心論。2005年，美國教育家基弗爾·塔利（Gever Tulley）于舊金山創(chuàng)立Tinkering學校。學校不設(shè)置課程與考試，旨在為6歲及以上年齡的孩子創(chuàng)造基于真實材料與工具的活動環(huán)境，鼓勵基于好奇心的動手實踐、協(xié)作創(chuàng)造，給予孩子們空間和自主權(quán)以鍛煉實際解決問題的能力。此外，2008 年以來，美國舊金山博物館的 Tinkering 空間以實驗融合 STEM 知識與思想為理念，一直致力于鼓勵游客參與 Tinkering 活動以動手體驗創(chuàng)造的意義。2013年，“第十屆國際計算機娛樂技術(shù)進展會議”提議，將 Tink？鄄ering 理念作為有效的知識生產(chǎn)模式延伸至教育領(lǐng)域。

（二）創(chuàng)客（Maker）的含義及發(fā)展

“創(chuàng)客”一詞是由英文單詞“Maker”轉(zhuǎn)變而來，“Maker”譯為制造者，是指那些能夠?qū)⒆约旱南敕ê蛣?chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實的人。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，自學資源豐富、開源平臺的建立等豐富了創(chuàng)客的制作途徑，降低了成為創(chuàng)客的門檻，同時信息科技也使得創(chuàng)新思路的交流途徑和效率也得到了極大的提升，這不僅有助于促進普通人成為創(chuàng)客的動力，更加有助于創(chuàng)客教育的開展與發(fā)展。創(chuàng)客教育讓學生根據(jù)自己的目標，通過利用已知材料和技術(shù)手段，實現(xiàn)某產(chǎn)品的制作，將自己的想法和興趣愛好轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實。

（三）探客、創(chuàng)客與STEM中工程部分的關(guān)系

三、STEM教育貫通培養(yǎng)實施策略

（一）STEM課程貫通培養(yǎng)實施背景

國際上，美國國家教育進展評估（NAEP）于2013年出臺《2014年NAEP技術(shù)與工程素養(yǎng)評估框架》，是首次將技術(shù)和工程學科并列的學科素養(yǎng)與評估框架 。作為STEM教育的核心目標，技術(shù)與工程素養(yǎng)逐漸受到國際重視。為幫助人們做出有關(guān)技術(shù)的明智決定，更好地為技術(shù)的設(shè)計、開發(fā)和使用作出貢獻，2020年7月13日美國頒布《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準：技術(shù)和工程在STEM教育中的作用》，分析了該標準的研制背景和內(nèi)涵，闡釋其學段貫通和資源整合的課程體系，深度解構(gòu)技術(shù)和工程的實踐框架與交互圖景。

我國的STEM教育于2017年被納入新課標，其本土化的過程中，STEM課程體系日漸完善，學校利用STEM教育跨學科融合屬性提升相關(guān)知識與技能方面得到了廣泛的認可，進行了策略研究以及實施探索，其成果多數(shù)停留在提升各學科成績，發(fā)展學科素養(yǎng)等層面。但進一步將數(shù)學和自然科學的相關(guān)知識技能以及核心素養(yǎng)發(fā)展到技術(shù)工程方面沒有明確目標，落實培養(yǎng)STEM綜合素質(zhì)人才缺乏具體實施策略的研究與探索實踐。

（二）STEM課程貫通培養(yǎng)實施路徑

近些年來，STEM教育和創(chuàng)客教育在我國得到了重視，而非正式教育下的探客教育卻鮮有實施。非正式教育的課余時間階段，一般家長會選擇具有功利性的課外補習，不會用大量的時間去讓孩子接觸探客教育。缺乏市場的情況下就更加缺乏第三方開發(fā)優(yōu)質(zhì)課程的動力。綜上所述，筆者探索更合適的實施場所和實施途徑，嘗試在小學綜合實踐活動課程中融入探客教育，在中學綜合實踐活動課程中融入創(chuàng)客教育，形成貫通培養(yǎng)從而達成STEM綜合素質(zhì)人才的培養(yǎng)目標。筆者所進行實踐的學校是一所十二年制公辦學校。除小學、初中和高中以外還配套有一所幼兒園，實施統(tǒng)一課程管理與規(guī)劃。這有助于preK-12的貫通課程體系的探索與實施。橫向整合跨學科課程、縱向貫通學段，有助于構(gòu)建完善的STEM教育體系；整合各級各類多元主體，打通產(chǎn)學研用合作壁壘，探索協(xié)同育人和評估機制。

探客和創(chuàng)客都是實施STEM課程的有效手段，為STEM課程提供重要嘗試。幼兒園階段的STEM課程融入探客教育。內(nèi)容目標以認知結(jié)構(gòu)、探索材料為主；課程設(shè)計以開放式探索—修補—制作為路徑呈螺旋式上升發(fā)展。利用學?，F(xiàn)有資源，帶領(lǐng)學生充分接觸大自然和社會環(huán)境，在探索中熟悉身邊的材料。在游戲中，利用身邊的材料進行簡單的修補工作，如，搭建、連接、調(diào)整等。通過體會動手實踐給客觀事物帶來的影響，不斷主動構(gòu)建相關(guān)知識體系。1～3年級階段的STEM課程融入探客教育。內(nèi)容目標以認知材料、探索工具為主；課程設(shè)計以開放式探索—修補—制作為路徑呈螺旋式上升發(fā)展。基于對材料和結(jié)構(gòu)理解的前認知，利用真實材料真實工具進行初級修補。主要在認識材料、利用材料和探索工具使用方法及安全使用工具等方面進行積極主動的嘗試。沒有預期產(chǎn)品，沒有競爭和對錯，隨時產(chǎn)生新想法新思路，并隨時根據(jù)真實反饋進行及時調(diào)整，具有生成性。通過體會多次嘗試，迭代調(diào)整，培養(yǎng)工匠精神。4～6年級階段的STEM課程融入創(chuàng)客教育。內(nèi)容目標以使用工具和材料進行制作、發(fā)展技術(shù)能力為主；課程設(shè)計以修補—制作—技術(shù)工程為路徑呈螺旋式上升發(fā)展。基于初級修補能力所發(fā)展出的相關(guān)素養(yǎng)，利用現(xiàn)代材料和相關(guān)技術(shù)工具將學生的目標產(chǎn)品進行制作產(chǎn)出。在設(shè)計和制作的過程中不斷發(fā)展相關(guān)技術(shù)能力。通過開放性思考嘗試提出解決方案并實踐，在STEM課程貫通培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，促進技術(shù)和工程素養(yǎng)的提升。7～9年級階段的STEM課程融入創(chuàng)客教育。內(nèi)容目標以利用技術(shù)手段和特定材料進行制作、通過深入研究去解決問題能力為主；課程設(shè)計以設(shè)計—制作—技術(shù)工程為路徑呈螺旋式上升發(fā)展?；诖罅康膶嵺`經(jīng)驗累積、計算機技術(shù)的學習與發(fā)展，將各種技術(shù)工具綜合運用，從而達到更高精度的設(shè)計和產(chǎn)品產(chǎn)出，發(fā)展解決問題的能力，如，3D打印技術(shù)的應用。9～12年級階段的STEM課程融入創(chuàng)客教育，內(nèi)容目標以設(shè)計工程項目方案并實施為主，依據(jù)方案尋找合適的材料、應用高級技術(shù)手段和專業(yè)工具設(shè)計制作所需產(chǎn)品，從而解決相關(guān)實際問題。課程設(shè)計以設(shè)計—制作—技術(shù)工程為路徑呈螺旋式上升發(fā)展。外顯技術(shù)和工程素養(yǎng)，從而實現(xiàn)貫通教育STEM綜合素質(zhì)人才培養(yǎng)目標的落實。

（三）STEM課程貫通培養(yǎng)實施意義

1.進一步優(yōu)化并完善了STEM課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)。在主題內(nèi)容的設(shè)計上，橫向跨學科、加強各個學科間的聯(lián)系從而更好地服務(wù)于課程目標的實現(xiàn)。主題內(nèi)容的選擇上，同一內(nèi)容的學習縱向貫通不同學段進行多次學習，不同學段的學習側(cè)重點不同，理解層次逐步加深，使學生對概念形成多角度理解，突出育人目標的連續(xù)性和進階性，促進學生全面發(fā)展和綜合實力提升，從而實現(xiàn)隨機通達教學的效果。

2.建立資源庫，引導和幫助教師把握教學深度與廣度，資源共享有助于成果推廣與提升教師STEM課程指導和開發(fā)水平。打破各校各地域之間的隔閡，促進優(yōu)質(zhì)教育、公平教育的實現(xiàn)。

3.促進次生課程的發(fā)展，如銜接課程、學長課程和開學課程等。拓展開發(fā)社會資源，為不同領(lǐng)域的資優(yōu)學生提供支持，尋求家校社合力，為其能力提升提供平臺和保障。

4.實現(xiàn)育人目標，落實人才培養(yǎng)。滿足學生的個性化發(fā)展、個性化培養(yǎng)，尊重學生個體化差異，提供個性化指導，促進個體發(fā)展，提升科技創(chuàng)新力、意志品質(zhì)和綜合能力，進一步達成STEM綜合素質(zhì)人才培養(yǎng)目標。

四、結(jié)束語

STEM教育貫通培養(yǎng)能夠?qū)⒏鲗W段學習內(nèi)容、能力和渠道等方面相互銜接串聯(lián)成更為有效的教育復合體，是促進學生有效學習、深度學習、終身學習的重要保障。在STEM課程的貫通培養(yǎng)融合了探客和創(chuàng)客教育，為提升STEM課程中工程與技術(shù)的知識、技能和思維的占比打下堅實基礎(chǔ)。探客教育的引入不僅有助于創(chuàng)新思維的早期培養(yǎng)，還能夠彌補數(shù)字技術(shù)帶來的對真實工具真實操作的陌生，去感受真實的客觀世界，去觀察思考并驗證事物的本質(zhì)。而數(shù)字技術(shù)就是建立在自然科學認知的基礎(chǔ)上，還能夠補充學校教育中的失敗教育。失敗是不可避免的，面對不確定性，面對挑戰(zhàn)，學生能夠從容面對，調(diào)整心態(tài)面對失敗，再次嘗試，再次解決，只有這樣才有可能達到成功。

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作者簡介：

李從芮（1989年2月—），女，北京市人，本科學歷，一級教師，研究方向：物理、綜合實踐、STEM課程。