科技馆如何在STEM教育活动中整合工程与科学

冯子娇

（黑龙江省科学技术馆，黑龙江 哈尔滨 150018）

科技馆如何在STEM教育活动中整合工程与科学

冯子娇

（黑龙江省科学技术馆，黑龙江 哈尔滨 150018）

科学创新和STEM教育的社会效益被广泛接受和认同，围绕STEM的改革与时俱进，同时也为科技馆科普创新提供了新的探究视角。科技场馆作为重要的校外教育场所，对STEM教育的实施起到非常重要的作用。本文介绍了STEM教育及发展，阐述了科技馆开发STEM教育活动的必要性，并结合黑龙江省科技馆开发的“初等工程教育活动”等项目的具体开展情况，探索了科技馆开展STEM教育活动中整合工程与科学的几种实施途径，旨在将STEM理念更全面地融入科技馆的教育活动中，加深学生对STEM的认识和理解。

科技馆；STEM教育；工程和科学；教育活动

STEM教育在世界其他国家的出现和实施已经为时不短，且越来越显现其引人注目的积极方面，但它在我国教育研究界和中小学一线的出现只是最近几年的事情。我国中小学新课程改革至今已有10多年的发展历史，且已取得相当的成就并获得诸多有益经验，但如何延续或深化这一课程改革，尤其在校外STEM教育中如何注重培养学生的批判性思维和问题解决能力等方面，值得我们科技工作者深思。同时，科技馆也要充分发挥独有的科普资源优势，在教育活动中整合工程和科学，进一步提高我国的STEM教育水平[1]。

一、STEM教育及其发展

STEM教育出现于21世纪初，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）教育的统称[2]。但它并不仅仅是这4个词的简单叠加，而是建议教育的探究应该被安排在创设的真实情境中，让学生们去解决真实世界中的问题。21世纪以来，科技进步和创新已经成为经济增长的主要动力，美国政府深刻认识到了这一点，不断加快了推进STEM教育发展的步伐。由于STEM实践价值日益凸显，美国联邦政府各部门以及各地方教育行政机构相继出台各类STEM教育相关政策，旨在培养高质高量的STEM人才，使其能在经济全球化的挑战中维持霸主地位。

STEM教育旨在培养学生的STEM素养以应对全球化社会的多元化挑战。在国家实力的比较中，获得STEM学位的人数成为一个重要的指标。STEM创新教育科技目前是处于科技发展的成长期，具有很强的生命力。美国致力于STEM教育近30年，并希望借助科技场馆的优势，使非正规STEM教育资料与学校STEM保持一致性。而我国的STEM教育特别是校外STEM教育也要充分发挥科技场馆的优势，进一步提高STEM教育。

STEM教育从最初关注高等教育，到逐步下移至中小学教育乃至幼儿园活动，从国家竞争力人才的培养扩展至学习方式的变革。科技馆作为重要的公益性科普教育机构和科普教育基地，对科学教育，特别是校外STEM教育起到非常重要的作用[3]。

二、科技馆开发STEM教育活动的必要性

中国科普研究所曾做过一次调研，当参观的学生被问到“在科技馆参观时，你是否曾尝试从不同角度去观察展品所表现的科学现象”时，表示会的学生仅占46.6%，而不确定的学生高达39.1%；同时，针对“通过参观科技馆，你是否了解了科学家探究科学的相关过程和方法”这一问题，56.2%的学生表示可以了解，但也有38%的学生表示不确定。“是什么”和“为什么”背后的教育理念存在着根本的差别。前者体现认知的过程，即人们对客观事物的认识，后者则是元认知的过程，是认知的再认知。因此，在科普工作者中有一句话广为流传：问题比答案更重要[4]。

只要从小接受到合适的科学教育，其实孩子人人都是科学家。但目前情况是，孩子所接受的传统科学教育形式还停留在以讲授式为主，但这种形式的科学教育有其显著的问题——学生习惯于单一学科的认知，仅仅强调科学原理、科学知识信息，对于科学原理被发现的过程，是在何种环境中发现以及在现实当中的应用是怎样学生都没能很好理解；对于工程技术领域的知识感到较为陌生[5]，对学习者个人能力的提升并未存有太大帮助。这种情况下，我国科技馆的教育效果并不乐观。

科技馆、博物馆最常见、最基本的表现形式就是展览、展品的辅导和讲解，但随着公众对科学的理解和需求日新月异，科技馆的教育方式也需要创新改革。除了通过传统的教育活动培养孩子的动手能力、掌握科学概念，更需要培养孩子“创造性的问题解决能力”“批判性思维”和“合作”等“软技能”，而这需要通过设计良好的科学课程和科学教育活动将科学知识、科学方法、科学精神和态度更广泛地传播。STEM教育的魅力就在于能够打破传统分科教育的弊端，提倡一种基于项目整合工程、技术的学习方式，来解决现实生活中的真实问题。

黑龙江省科技馆近几年设计开展的“初等工程教育系列活动”以及“玩转科学，制造工程——我身边的工程学”项目正是通过围绕特定的工程领域完成挑战任务，从创设的合理情境中引出问题或任务，引发学生头脑风暴和思考，从而进行任务的设计、改进和分享。在解决问题的过程中加深对工程领域的知识、概念的理解，培养学生分析问题的能力，更重要的是教会孩子如何做科学，进而促进学生选择STEM学科，未来成长为新一代科学家。

三、STEM理念下科技馆整合工程与科学教育活动的途径

（一）传统科学教育活动善于和工程技术相融合

在小学科学课活动中，很多已有的活动工程与技术活动都是基于工程技术的问题。例如，建桥、高空掷蛋以及设计小车模型等。这些活动都是工程与技术在科学探究活动的例子。但遗憾的是，老师对学生的要求仅仅是简单的制作，相应的工程学问题和工程的价值往往被忽略。所以，科学辅导教师在活动设计的时候就要考虑到活动中科学与技术的相似性和差异。通过对传统教育活动的深入拓展，创新思路，教师可以在引入工程技术概念的同时不必增加过多内容，通过问题引导、任务驱动、头脑风暴等形式激发学生的学习热情。比如“制作火箭发射器”可以改成“如何设计纸火箭发射器飞得更远”，将简单的制作活动融入结构设计和空气动力学的原理，同时也将科学和工程有效地结合起来[6]。

（二）以材料和现象激起兴趣并吸引探究

在活动中选择材料和现象可以快速激发学生的兴趣。有些材料美观，产生的现象复杂，具有更强的可观察性，他们能够对孩子的实验情况给予及时反馈。比如，制造旋转陀螺是一项常见的科学活动。在设计、搭建、装饰陀螺时，孩子们很快就能观察到对称对于陀螺的旋转姿态是非常重要。这项活动可以更改材料、尺寸、规模，从而变得复杂有趣。通过运用美学要素来装饰陀螺，或陀螺的个性化设计都会产生更多的条件约束，使运动变得更为复杂。这些约束挑战了参与者的理解力，以及他们对陀螺旋转中出现的物理现象的掌控程度。比如，用塑料金鱼眼装饰陀螺来制造一个夸张的面部表情，这种约束条件本身就会影响陀螺的平衡性和对称性，进而影响陀螺旋转的性能。总之，我们科技辅导教师可以倾向于选择一些有点瑕疵、无法完美匹配的材料，这样的选择会促进学生们进行更多的思考和改进，更专注于独创性。

（三）善于将STEM教育与实际生活联系起来

在开展STEM教育活动时，如何激发儿童的好奇心和创造力尤为重要。科技辅导教师要善于利用和生活相关的事物开展活动。在黑龙江省科技馆的“初等工程教育活动”中，我们常常将很多可以拆装的玩具提供给学生，让学生利用工具进行拆卸。对于这个过程，学生并不陌生，但关键的是如何在拆卸过程中记住零件的数量、位置以及拆卸的先后顺序。因为这个活动需要在拆卸过后重新进行组装，由于种种原因，很多同学组装之后还剩有很多零件不知如何放置。这项活动不仅考察到学生使用工具的情况，还考查了学生在拆卸、组装过程中的细心程度，并通过这一过程可以更好地了解玩具的内部构造、机械零件的用途以及材料的属性，让学生认识到，平时所了解的科学知识在实际生产生活中是如何得到运用的，这一过程本身就具有现实意义[7]。

四、结语

提升青少年整体素质是时代赋予科技馆的历史责任，培养学生科学与技术创新实践能力和科学素养是科技馆开展STEM教育活动的主要目标之一。这使我们意识到，做好这项工作必须通过不断学习，提高自身的STEM素养，才能在设计教育活动中不断创新。同时，我们还要将科技馆资源与学校教育更有效地结合起来,促进校外科技活动与学校科学教育的有效衔接，力争为每一位青少年提供具有时效性并呈个性化的STEM教育活动内容。

[1]周静.校外科技教育中学生创新意识和创新能力培养初探[J].海峡科学，2012（3）.

[2]李娟，陈玲.科技场馆内进行STEM教育的研究现状与对策[C].全球科学教育改革背景下的馆校结合——第七届馆校结合科学教育研讨会论文集，2015：124-130.

[3]张璐.科技馆科普教育活动的探索与实践[N].环球市场信息导报，2012（7）.

[4]邱晨辉.科技馆不能再“等你来学”[N]. 中国青年报，2014-11-13.

[5]工程教育进入小学校园[J].中国科技教育，2011（11）.

[6]叶兆宁.融合：实现STEM教育的有效策略[J].中国科技教育，2012（2）.

[7]张爽.基于项目的探究性学习模式研究[C].硕士研究生学位论文，2006.

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冯子娇，黑龙江省科学技术馆馆员，科技辅导教师，主要负责青少年科普活动开发实施。