打造有生命力的STEM教育

黄海

【摘要】STEM教育是素质教育的重要抓手，学校可以依托原有的科技教育基础，以学科教学为主阵地开展STEM教育，提升教学质量。围绕“学生欢迎，教师参与，提升质量”的思路，在学科教学中开展教学设计、课例研讨等活动，探索STEM学习与教学质量相互促进的策略，对如何促进STEM教育可持续发展指出了方向。

【关键词】STEM教育;学科教学;有生命力

STEM教育是以科学为基础，偏重于理工科领域。教师将学科核心理念与科学研究的内容或工程相结合，进而转化为学生的能力与素养。科学、工程是整合的核心，项目式学习是主要的教学方式，因而科技教育群众基础好、蓬勃发展的学校有“先发优势”。

一、开展STEM教育的必要性

STEM教育是素质教育的重要抓手，学校开展STEM教育，一般基于几个方面：一是为国家培养科技人才培养的需要;二是学校内涵发展需要，特别是科技教育的龙头学校，要继续发挥引领作用;三是教师专业成长需要，科技教师要利用自身优势，通过STEM教育活动提升水平;四是区域特点需要，有些学校困生比例较大。如何激发学习兴趣，促进质量提升，是值得研究的问题。开展STEM教育，在“做中学”中培养多元智力，提升教学质量。

二、开展STEM教育的疑惑

1.如何处理学科教学与STEM教育的关系

教学质量是学校生命线。开展STEM教育从时间分配、师资配备来说，如何科学处理，让STEM教育作为提高教学质量、促进素质教育的重要抓手，是个值得考虑的问题。处理不好的话，容易对教学质量造成冲击，那么学校、教师就不会大力推动。

2.如何让老师积极参与STEM教育

不少教师对STEM教育一知半解，以为就是课外活动换个说法、换种形式，或者与创客、综合实践、校本课程、科技创新等混淆。有的老师说STEM教育的老师是“抢了创客老师的工作”。不少教师对STEM教育的思想、教学方式、学习方式了解不深，常常以物理、化学的科学探究的角度、以应试教育的角度去看待STEM课堂，评课时也以科学探究的角度去进行，严重挫伤了STEM教师的积极性。

三、开展STEM教育的思路

1.坚持在STEM教育中牢牢把握“立德树人”的教育思想

STEM教育虽然发源于美国，但我们必须发展自己特色的STEM教育——把思想政治教育放在首位，牢牢把握为谁培养人，怎样培养人，培养什么人这个根本问题。要特别注重将培育社会主义核心价值观与弘扬科学精神结合起来。作为STEM教师，不仅要有良好的跨学科素养， 更须具备坚定的政治信仰和政治意识，只有这样才能牢牢把握教育的正确方向。STEM教师首先做政治上的明白人，只有这样才能将正确的价值理念和科学精神传播给广大青少年学生。要在开展STEM活动中，将思想政治教育融入于各类活动之中，找准切入点。比如，在组织学生参加相关STEM教育竞赛时，要加强对青少年学生的思想教育引导，激发青少年学生探索科学的热情和创新精神，让孩子们去除功利心理，全身心投入到活动中去，为国家培养和发掘更多科技后备人才。

2.加强学习，提升理论水平

教育理论的指导非常重要，STEM教育发源自建构主义学习理论。在实际运用中，维果斯基的最近发展区理论、加德纳的多元智力理论、莱夫的情境认知与学习理论，对STEM课堂的教学组织能起到明确的指导作用。加深理论学习，可以提高教学设计水平，教师通过向学生提问进行引导，使学生积极思考，学生通过回答问题使思考的深度逐渐增加，最终完成知识建构，让STEM教育达成度更高。如何通过STEM学习，促进学生教学质量的提高，是STEM教育能否持续发展的关键。教师可以通过研究STEM教育的认知结构，找出优化的方法，促进学生解决问题的能力，提高学习质量。

加强学习，有利于STEM团队准确实施教学。例如，可以就STEM、创客、综合实践、校本课程、研究性学习的区别和联系进行研讨，让大家清晰什么才是STEM教育，避免偏离方向。STEM学习的效果很大程度取决于教师的知识储备，要充分发挥每一位教师的作用，合作进行教研备课、上课，提升团队教学水平。

3.坚持在教学主阵地中开展STEM教学

STEM教育要进入课堂主阵地落地生根，让师生广泛参与才有生命力。学科教学通过研究科学现象、提出问题和假设、寻找变量、控制变量、进行实验，然后得出规律并验证，依照这样的研究流程来整合其它学科。在解决实际问题时，要运用工程思维，通过提出问题、界定问题、制定解决方案、落实方案、落实过程中发现新的问题、再次界定问题、制定新的解决方案，直到问题解决。在这个过程中，工程实现了对其它学科内容的整合。力求让STEM教育促进教学质量提升，做到相互融合，相互促进。

4.长远规划，打好基础

为了扎实推进STEM教育，要一步一个脚印，力求找准STEM教育的路子。通过积极开展实践研究，加强反思，逐步摸索，积累资料，不必急于编写教材。事实上，STEM教师的教学设计、教案、学案就是最好的教材。

5.重在思维过程、方法，不只是盯着“高大上”。

如果进行STEM教育时，注意力在场室建设或者器材添置，只往高科技、新项目考虑，就偏离了STEM教育目的。研究目标应该集中在学生的学习方式和思维方式，场室设置和器材按实际需要，围绕项目的研究才设置，器材和场地不是STEM教育的决定因素。

四、具体做法

1.加强学习，树立跨学科思维

教师要打破学科界限，在教学实践中运用STEM教育理念的同时，积极开展教学设计、撰写论文。例如，在八年级和九年级物理课中可以进行以下的教学设计：“基于STEM学习的机械能的转化”“基于STEM学习的凸透镜成像的实验”“基于STEM学习的物体沉浮研究”“基于STEM学习的测量小灯泡的功率”“基于STEM学习的电阻的测量”、七年级语文课的“基于STEM学习的河中石兽”、九年级化学课 “净水器的设计制作”和“饮用水的测量”、科技活动的“基于STEM學习的航空模型活动”等。还要积极以课题形式、依托工作室开展STEM活动的研究，提升理论水平。

2.充分挖掘学科的STEM素材开展教学

教师可以挖掘各学科中的STEM学习素材，在学科课堂教学中展开。例如，初二物理“机械能的转化”教学中，老师提出制造过山车的任务，让学生以小组合作的方式，通过设计方案，修改方案，制作原型、调试，每个小组完成自己的过山车，并展示分享。初三物理“测量小灯泡的功率”先让学生测量小灯泡的电功率，然后提出问题：作为节能环保，为什么国家提倡用LED灯具取代白炽灯？请同学们设计制造一盏LED灯具，并测量功率进行对比。要求运用学过的串联、并联的电流电压规律，科学设计电路。综合考虑分配进行试验和制作的LED的数量，能成功完成制作而且损耗最少LED的小组优胜。学生在小组长的带领下，分工合作，先查找不同颜色的超高亮LED工作电压，通过设计不同的电路，让其在正常的电压范围工作，有的小组是串联滑动变阻器、电灯泡、增减电池个数，不同的小组采取了各自的方法，对比白炽灯的功率，得出更节能更环保的结论。

九年级化学课可以结合“净水器的设计制作”和“饮用水的测量”展开，教师先描述从《鲁滨逊漂流记》里鲁滨逊在渺无人烟的荒岛上，自制的过滤柱过滤泥沙水，然后把已经过滤的水煮沸后饮用引入课题，以此为切入点，分析自来水厂净水流程图，了解吸附、沉淀、过滤等净化水的方法。小组成员通过头脑风暴，设计制作过滤器、初步测试、重新设计、测试、制作，然后对健康饮用水的简易检测，分别进行食醋溶液、盐水、苏打水和蒸馏水的pH值检测以及导电性检测。在电解水的实验中，运用了物理刚学的电学知识，学生通过连接并联电路，比较两个支路的电流大小、观察电解进度、分析数据，画出数学图像，得出结论。综合运用数学、物理、化学知识解决真实问题。

思品课可以“强国梦”为课题，开展德育教育。学生在教师的引导下，开展无线电测向、航空模型等活动，激发爱国主义热情，让广大学生了解我国的科技成就，增加民族自豪感。

七年级语文课“河中石兽”可以通过用沙子模拟河流和河床，学生先进行小组讨论，分析石头的运动方向，制订不同的打捞方案完成打捞任务。

在学科课后作业和测验考试中可以布置STEM作业。尝试在学期考试中，加入“STEM特色”试题，以学生身边的例子，要求运用跨学科思维解决问题。例如，有些学校的沙池，经常有很多猫的脚印，要求同学们通过脚印，制订不同的方案，估算出猫的重量。又例如，楼梯经常出现老师、同学滑倒，可以请同学们分析原因，制订解决的方案。这些题目是发生在同学们日常中的真实问题，又要运用物理的压强、摩擦力、重心，运用数学计算，可以使用各种测量工具，提高了对学科知识的整合能力。

3.开展STEM课例研讨

开展课例研讨可以对STEM课堂的真实情境的教学问题深入分析 ，找出解决办法。提高教研水平，促进教师专业成长。通过对自身教学实践进行反思，是提高STEM教师专业水平的有效途径。通过认真写教学反思，把课堂问题记录下来，然后在STEM教研活动中提出来研讨，可以互相促进。对于每一节课，都要认真进行反思，虚心听取意见和建议，反复修改教学设计，积累教学案例。

例如，有一次我校邀请教育集团的化学老师来我校听课，内容是九年级化学课“净水器的设计制作”和“饮用水的测量”，课后提出了几点意见和建议：（1）两节课学生用在头脑风暴，设计方面时间不够;（2）净水器做第二次时，准备水槽和喷壶冲洗。测pH需要洗玻璃棒再测第二种;（3）净水器评价粗略来讲秒表可以评价速率，效果可以在讲台展示肉眼可区分不同程度浑浊的泥水作对比。对集团教师提出的意见，我们STEM项目组非常重视，对照STEM课程的每一项进行分析、修改方案。然后在贵州面向毕节第五教育集团师生，在茶园中学上了一节示范课，效果比上次有了很大的提高。

4.以科技竞赛为契机，促进STEM教育

竞赛活动是激发学校开展STEM教育和学生参加STEM活动的动力。国际上发展科学、技术与社会教育和创造性教育很受重视。广泛开展科技竞赛活动，可以使学校更加重视STEM教育，也可以使学生在选定的STEM活动项目上或在完成各项实验过程中能较深入地钻研有关知识。STEM竞赛活动非常丰富，例如，荔湾区的“广雅杯” STEM绿色科技创意比赛等，要求学生综合应用物理、化学、生物知识中显露自己的才能。在竞赛活动的激发下，学校的STEM教育工作便可蓬勃发展，这对培养我国新世纪科技后备人才具有深远的意义。

5.向前沿科技领域迈进

为了适应时代发展，STEM教师要保持嗅觉敏锐，从培养人才，提升实践创新能力出发，及时转型，开设了多项前沿科技领域的新项目。例如，人工智能、3D打印、北斗导航、航空航天模型、航海模型、车辆模型、无人机、穿越机，等等，学生通过跨学科学习，掌握科技发展的新动向。

6.以科技社团为载体，拓展STEM教育开展STEM学习活动，可以依托学校现有各种科技社团进行。例如，机器人、3D打印、无线电测向、航空模型等。

7.外出交流学习，开阔思路和扩大视野

通过参加各种STEM教育培训，解释疑惑，开拓思路。要注重学校之间交流，互相听课，相互促进，相互提高。结合教育帮扶，可以在受援地开展各种STEM交流展示，推广跨学科的教学。2019年10月底，我校STEM项目组到贵州毕节进行教育帮扶，开设公开课、开展无线电测向活动、3D打印、机器人活动，把跨学科的理念带到了金沙县，进一步认识了“做中学”的教育理念。

8.建设适合STEM学习的教室

把原有的科技活动室改造成STEM教室，供STEM教师进行教研和学生的STEM课程使用。由于学习方式有别于传统教学，可以考虑以小组形式设置，教坛可设置为多功能使用的展示台。小组的圆桌旁边可以配有实验小桌，供小组探究和制作原型、调试使用。

9.配合项目的开设添置器材

学校可以根据不同的STEM活动载体，以实际需要为原则购置器材。例如，为了在航模活动中开展STEM教育，我校购买了FPV穿越机和部分固定翼航模，学生先学习飞行的原理，然后经过小组讨论，写出设计方案，制作自己的原型机，并进行分享。然后进行试飞测试，根据试飞情况，修改方案和飞机结构，完善制作，最终完成自己的飞机设计制作。根据学习模拟飞行的需要，购置了模拟飞行用的5台计算机和飞行软件，让学生先在电脑上进行学习，然后再实操，减少飞机的碰坏，提高了教学效果。

五、结语

学校可以在原有青少年科技教育基础上，深入学习STEM教育理论，聚焦探索具有本校特色的STEM教育的特色路子，把STEM教育引进教学主阵地，在“学生欢迎，教师参与，促进质量”的思路下动脑子，扎实稳步推进STEM教育。通过调动教师积极性，发掘学科教材的科学素材，在不同课堂教学中广泛开展STEM学习，并在测验考试等评价中运用STEM理念，让跨学科学习深入师生，扎根校园。教师通过课例研讨，开展教学设计、撰写论文、课题研究，进一步提升STEM教师教学水平。

参考文献：

[1]董静.STEAM教育在初中物理实验探究课的实践[J].湖南中学物理，2018.11.

[2]任偉，李远蓉，马坤鹤，王相宜等.基于STEM教育下的中学化学教学模式初探[J].化学教与学，2015（07）：10-12.