基于“科技四小活動”的STEM教育校本實踐探索

胡祖奎

摘 要：隨著社會經濟的快速發(fā)展，STEM教育在美國受到了高度重視，它的出現(xiàn)有利于實施國家的創(chuàng)新人才培養(yǎng)戰(zhàn)略。但是，在實施STEM教育的過程中存在諸多現(xiàn)實問題?；凇八男』顒印钡男１净问?，能夠讓STEM教育落地生根，持續(xù)健康發(fā)展。

關鍵詞：科技教育；STEM教育；四小活動；校本化

中圖分類號：G633.98 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.144

2014年，隨著創(chuàng)客運動的興起，國內的STEM教育受到了極大的關注。尤其是2015-01-04，新年第一個工作日，國務院總理李克強視察“柴火創(chuàng)客空間”，成為全球第一個走進創(chuàng)客空間的國家總理，這充分體現(xiàn)了黨和國家領導人對科技創(chuàng)新的高度重視。2015-09，教育部發(fā)布《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》，其中，明確提到要“探索STEM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式”。在各種利好策略的支持下，中小學大量建設創(chuàng)客空間，并廣泛引進開源機器人、3D打印、VR、Scratch等課程內容。2017年，在浙江高考方案中，技術課程成為僅次于物理、化學之后的第三選考科目，這使得技術學科的地位直線上升。這些都極大地推進了中小學STEM教育的發(fā)展。

1 榮耀卻尷尬，STEM教育需要破繭化蝶

STEM教育在美國受到了高度重視。1986年，美國國家科學委員會（NSF）發(fā)表《本科的科學、數(shù)學和工程教育》報告，基于理工科人才的不足，建議國家應調動各類資源投入科學、數(shù)學和工程（SME）領域的教育，引導更多優(yōu)秀學生進入SME領域，強調運用21世紀技能來教育美國人，并培養(yǎng)出世界一流的勞動力，以增強國家未來的創(chuàng)新能力和競爭力。2001年，STEM這一術語第一次被美國國家科學委員會教育和人力資源部門前主任朱迪斯·拉姆齊（Judith Ramaley）所使用和介紹，其用STEM來指代科學、技術、工程和數(shù)學課程，并把STEM教育定義為：教育探究及學習是被安排在情境之中的，學生們解決真實世界的問題并且可以為自己創(chuàng)造機會。它有別于傳統(tǒng)的單學科、重書本知識的教育方式。STEM教育特別注重理論學習與現(xiàn)實世界的聯(lián)系，特別注重學習的過程，而非體現(xiàn)在試卷上的知識結果（單一的分數(shù)）?！?015年地平線報告：K12版》提出，“STEM學習的崛起”將成為“未來一至兩年技術驅動K12教育的重要趨勢”，同時，教育會由學生作為教育的消費者向學生作為教育的創(chuàng)造者轉變。在STEM教育的號召下，機器人、3D打印機進入了美國的學校，甚至奧巴馬也身體力行，加入了全民學編程的隊伍，寫下了自己的第一條代碼。

STEM教育有利于實施國家的創(chuàng)新人才培養(yǎng)戰(zhàn)略?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》提出，要建立創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，以適應國家和社會發(fā)展的需要，遵循教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，深化教育教學改革，創(chuàng)新教育教學方法，探索多種培養(yǎng)方式，形成各類人才輩出、拔尖創(chuàng)新人才不斷涌現(xiàn)的局面。在STEM教育中，多門學科的教學必須緊密相連，以整合的教學方式培養(yǎng)學生掌握知識和技能，并進行靈活的遷移應用，以解決真實世界的問題。STEM教育具有跨學科、趣味性、體驗性、情境性、協(xié)作性、設計性、藝術性、實證性和技術增強性等特點。STEM理念的提出，類似于我國倡導的素質教育，其根本目的是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐動手能力，實現(xiàn)國家所需要的、全面發(fā)展的創(chuàng)新人才的成長。

STEM教育是一個全新的理念，它在全世界的風起云涌預示著其將會在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面造就無限的榮耀。

但是，在STEM教育發(fā)展的過程中，也存在諸多問題?；诙嗄旮呖紤嚨默F(xiàn)實壓力和對新興的外來教育理念的好奇，目前，學校的STEM教育存在以下3個問題：①缺乏專業(yè)的理論指導。STEM教育沒有明確的定位，無現(xiàn)成的教學標準和具體的教材內容，在實際應用的過程中沒有準確定位和科學的評價標準等，缺乏系統(tǒng)和科學的理論論述。②缺乏有針對性的具體活動項目支撐。目前的STEM教育活動中，學生真正動手動腦的機會很少，商家定制的所謂“項目包”相對脫離學生心智水平和生活實際，學生的創(chuàng)新精神和動手能力難以在實際活動中得到真正的提升，STEM教育缺少有效的實踐操作支撐。③STEM教育零敲碎打，無整體規(guī)劃。由于STEM教育還是一個比較新的事物，對其研究的時間投入得相對比較少。雖然說是涉及科學、技術、工程、數(shù)學等領域，現(xiàn)實的內容也包括開源機器人、3D打印、可視編程等諸多內容，但期望的深度整合項目形式還不夠，多個內容體現(xiàn)為簡單的疊加。現(xiàn)實的STEM教育活動隨機、零碎、無體系、不深入，難以對學生能力的提升產生持續(xù)性的作用。

STEM教育面臨的眾多問題無疑將其置于現(xiàn)實的尷尬境況。2017年的浙江高考對于技術學科的接納，說明STEM教育等科技教育終會得到良好的發(fā)展，擺脫尷尬，破繭化蝶，走向榮耀和輝煌。

2 四小活動，讓STEM教育落地生根

雖然STEM教育理念好，但也必須要符合國情，選取恰當?shù)男问胶蛢热?，結合學生的年齡特點和學科知識，因地制宜地開展活動，這樣才能被大家理解和接受，從而落地生根，真真正正地培養(yǎng)出創(chuàng)新人才?；诖?，我們不是像其他學校那樣簡單地全套引進商家的空間建設、器材采購和課程照搬，而是創(chuàng)新性地將STEM理念與學校四小科技實踐活動相結合，實現(xiàn)STEM教育的校本化，進而取得良好的效果。

2.1 “科技四小活動”簡介

“科技四小活動”，是一種以科學技術問題為先行，融理論研究、動手實驗、創(chuàng)新制作、展示表達于一體的活動，包括科技小設想、科技小制作、科技小發(fā)明和科技小論文活動?！八男　被顒颖旧碚故玖藦膯栴}提出并運用知識解決的完整過程，具體內容如下。

2.1.1 科技小設想

學生的科技小設想包括命題、展示、小設想的誘導等內容，而學校科技小設想活動的組織就是圍繞這方面內容展開的，倡導學生大膽從已掌握知識的基礎上提出解決問題的設想。比如，初一學生做數(shù)學作業(yè)“求正整數(shù)次方的個位數(shù)字”相關題目時，經過觀察設想出2條規(guī)律，然后寫出獲得市級比賽獎勵的小論文——《如何決定一個數(shù)的正整數(shù)次冪的末位數(shù)字》。

2.1.2 科技小制作

科技小制作是科技小設想的延續(xù)，在科技四小活動中起著承上啟下的作用，占有重要位置。對于學生大腦中閃現(xiàn)出的創(chuàng)意火花，教師適時指導一些能力比較強的同學付諸實踐，動手將自己的創(chuàng)意變成現(xiàn)實。在完成小制作的過程中，學生又會遇到一些新困難、新問題。學生通過個人或者小組協(xié)作，復習教材，查閱資料，甚至學習簡單工具與技術，從而內化知識，提升能力，陶冶情趣，激發(fā)新的創(chuàng)意，如此循環(huán)往復。比如，學校后門是一個斜坡，有學生學習了角的測量之后就想到這個斜坡的角度是多大呢？于是，在教師的幫忙下設計、制作了坡度儀。在實際測量時發(fā)現(xiàn)，坡度儀也可以測量水平，而正在關注殘疾人的同學則想到盲人怎么測水平呢？喜歡計算機的同學說，可以讓它叫一下。于是，有了“語音式水平坡度儀”這一全國創(chuàng)新大賽銅獎作品。

2.1.3 科技小發(fā)明

簡單地講，科技小發(fā)明就是從觀察周圍世界開始，發(fā)現(xiàn)日常生活、學習、工作和勞動中用起來不稱心、不順手、不方便的器物，利用科學道理和方法去思考、設計，并加以改造，制造出一個全新的器物，也可以是完成小制作過程中的小變化、小改進。活動和活動成果突出新穎性、創(chuàng)造性、實用性和真實性。學生在做有關二氧化碳性質的實驗時，覺得氣體萃取不方便、實驗分步不方便，于是，在教師的指導下研發(fā)了“打孔試管”這一專利產品，簡化了實驗步驟，增強了實驗效果，個人也獲得全國大獎。

2.1.4 科技小論文

科學小論文必須具備科學性、探索性和實用性，它可以是對自己小設想、小制作和小發(fā)明的文本闡述、系統(tǒng)整理，也可以是對其他生活問題或社會現(xiàn)象的關注與研究。撰寫科學小論文是個復雜而又艱巨的過程。這一過程包括選題、開展研究和撰寫論文等幾個步驟。

顯然，“科技四小活動”就是教師有意識地引導學生提出問題，然后按照“小設想、小制作、小發(fā)明、小論文”來解決問題。其中，小設想是創(chuàng)意，小制作、小發(fā)明是實踐，小論文是理論提升，即先出創(chuàng)意，乃有實踐。“四小活動”主要強調以下3點：①強調學生自主提出問題。這就要求學生密切關注實際學習、生活情況，關注學校、家庭、社會等現(xiàn)實，進行有意義的思考，積極發(fā)現(xiàn)各種內容，從而基于各種現(xiàn)實情況提出問題。②強調問題解決的多元化。想一想也可，做一做也可，寫一寫也可，不拘形式，即強調物化、非物化的多樣化結果，看重過程中的探究、體驗、協(xié)作、表達等。③“四小活動”會通過參觀、考察、演講、評比、展示、閱讀、寫作、制作等形式，大量使用紙工、泥工、木工、電工、機械、塑料、無線電、芯片、機器人等材料和設備，綜合運用數(shù)學、物理、化學、地理、生物等多學科知識，圍繞提出的特定問題尋找解決方案，實現(xiàn)跨學科的知識運用和基于問題（項目）的研究性學習。教育部中學校長培訓中心主任陳玉琨教授在談到“全國研究性學習的多樣化模式”時，曾講“研究性學習并不神秘，也不是現(xiàn)在才創(chuàng)造出來的新東西，重慶一中開展的科技小設想、科技小制作、科技小發(fā)明和科技小論文活動就是研究性學習”。他特別把“科技小設想、科技小制作、科技小發(fā)明和科技小論文”，簡稱為“科技四小活動”，并命名為“重慶第一中學模式”。

我校科技“四小活動”因地制宜、自成體系，有效地解決了STEM教育面臨的諸多問題，且便于操作、利于推廣，得到了全國眾多學校的學習。因此，以STEM理念為指導，以“四小活動”為載體，能夠實現(xiàn)STEM教育的校本化，真正讓STEM教育在學校落地生根。

2.2 “四小活動”的原則

STEM教育涉及的內容非常多，形式也相當豐富，要想真正落地生根、有效開展，必須遵循以下幾個基本原則：①科學性原則。“四小活動”必須要符合科學原理，要指導學生學會運用科學方法，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神。②普遍性原則。學校開展“科技四小活動”的根本目的是培養(yǎng)廣大學生的創(chuàng)造能力，要著眼大多數(shù)，讓愿意參加的學生參與其中。對于參加活動的學生，教師應當一視同仁，給予必要的幫助、指導。③趣味性原則?！八男　钡膬热荼旧砭哂腥の缎?，要適合學生的年齡特征和知識水平，活動形式要多樣化，切忌采取下命令、分任務的辦法，讓學生有負擔。④多樣性原則。在開展活動的過程中，必須做到活動內容和形式的多樣性，層次的多樣性，處理好普及與提高的關系，以滿足不同學生的不同要求，實現(xiàn)“科技四小教育活動”的普遍性。⑤實踐性和創(chuàng)造性原則?！翱萍妓男』顒印笔且豁棇嵺`性很強的活動，因此，要堅持以運用知識為主，引導學生發(fā)現(xiàn)問題，自己動手解決問題，最終掌握科學的解決問題的方法。⑥自主性原則。從科技教育的目的來看，“四小活動”主要是發(fā)掘學生的潛能，充分展現(xiàn)他們的個性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造精神和創(chuàng)造能力。所以，在“四小活動”中，學生是活動的主體，是活動的主人。

3 整合發(fā)展，保障STEM教育持續(xù)健康發(fā)展

隨著發(fā)展的深入，STEM活動與STEM教育不再局限于部分學生和課外活動，它已經成為與每個教師、每個課堂、每個學生都息息相關的命題。STEM教育跨學科、重實踐，對學校師資、設備、經費等的要求比較高，而現(xiàn)實中這些方面都存在問題。STEM教育活動的順利開展與有效與否，必須得有策略。在“科技四小活動”模式的基礎上，我們進一步探索中學STEM教育的整合研究策略，以保障STEM教育持續(xù)、健康發(fā)展。

3.1 師資整合

STEM教育涉及多個學科，太多領域的知識、技術，中學現(xiàn)成的STEM教師是沒有的，大學也沒有專門培養(yǎng)這方面的人才，STEM教師還得自己培養(yǎng)。

學校本著因地制宜、實事求是的原則，不等不靠，在領導的支持下，創(chuàng)新性地將學校信息技術、通用技術和其他科技等技術學科、圖書、實驗、電教等管理人員合并，成立技術組。在實際工作中，由統(tǒng)一的技術組統(tǒng)籌管理所有的信息技術教師、通用技術教師和科技輔導教師隊伍以及相關技術管理工作的教師，并負責開展多個技術學科相關的課堂教學和各種STEM課外興趣活動。多個專業(yè)的師資整合在一起優(yōu)化組合，取長補短，互幫互助，很好地實現(xiàn)了STEM教育的校本研修與專業(yè)發(fā)展，最大可能地實現(xiàn)了STEM教育所需師資的成長。這是學校為了進一步發(fā)揮其在新課改中的示范、輻射作用，在全市中學中成立的第一個技術教研組。這既是貫徹新課程改革的新舉措，也是學校在力圖改變目前課程結構過于強調傳統(tǒng)學科本位的又一次創(chuàng)新嘗試。

3.2 部門整合

STEM教育活動會根據(jù)不同的內容用到不同的功能教室和不同的設施設備，為此，學校成立了現(xiàn)代教育技術中心這一專門的技術裝備部門，統(tǒng)一“建、配、管、研、用”，統(tǒng)籌管理學校的實驗室、圖書室、電教室、計算機室、天文臺、天象館、模擬生態(tài)館、地理園等功能教室和場地。這樣，任何STEM教育活動需要使用什么場地和設備，需要什么技術人員輔助保障，中心都會統(tǒng)一安排技術組教師和各功能室技術管理人員組織開展活動，確保STEM教育活動有效開展。

3.3 內容整合

為了解決STEM教育沒有現(xiàn)成教材和內容隨機的問題，學校在“四小活動”的基礎上，組織相關學科的多名科技輔導教師，基于各學科教材內容，以項目的形式精心選擇了適合學生實情情況的一些實踐案例，編寫并出版了STEM教育校本教材《科技制作與創(chuàng)新》（重慶出版社 2011）。其主要包括剪紙、風箏、走馬燈、水印、水火箭、電子拼圖、電動機等小制作和小設想、小論文、小發(fā)明等專題內容。由于這些教學活動貼近學生，生動有趣，教學效果非常好，獲得了家長的認可。

3.4 其他整合

為了進一步拓展和整合STEM教育資源，學校與重慶市自然博物館和科技館簽約深度合作，兩館成為學校校外科技教育課程資源基地。學校還與重慶大學、第三軍醫(yī)大學、解放軍通訊學院、重慶師范大學、長安汽車汽研院等單位的院士、專家、教授保持密切聯(lián)系，不定期請他們來校作報告或與學生座談。根據(jù)需要，學校還將學生送到相關科研院所參加科技培訓。比如，學校的“雛鷹計劃”科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)項目就是在重慶大學相關的國家及教育部重點實驗室的指導下進行的。

多種整合策略要求學校STEM教育要做到“六有”，即有師資、有教材、有教案、有場地、有成果、有評價。為了進一步總結和提升學校整合策略的有效性，以在更大范圍內促進STEM教育的發(fā)展，學校還在2013年申報了重慶市科技攻關（科普類）計劃項目“基于整合的中學技術類課程實踐研究”（cstc2013gg-kpla0002），并順利結題，得到了相關單位和個人的高度認可。整合策略真正保障了學校STEM教育的持續(xù)、健康發(fā)展。

〔編輯：白潔〕