把“STEM+”理念融入全課程

鄒正

“人”是教育的出發(fā)點(diǎn)，也是教育的歸宿。因此，學(xué)校教育在突出教育的社會(huì)價(jià)值的同時(shí)，還要進(jìn)一步考慮實(shí)現(xiàn)其社會(huì)價(jià)值的基礎(chǔ)——人的價(jià)值，追求社會(huì)價(jià)值和人的價(jià)值的統(tǒng)一。尤其需要強(qiáng)化學(xué)生的家國(guó)情懷，喚醒學(xué)生的生命自覺(jué)，鼓勵(lì)學(xué)生全面發(fā)展、自由成長(zhǎng)，成為更好的自己。

在全球化、信息化的背景下，國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)日益凸顯為人才競(jìng)爭(zhēng)。作為一所具有鮮明辦學(xué)特色的學(xué)校，南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校必須回應(yīng)時(shí)代的召喚。我們將學(xué)校的發(fā)展目標(biāo)定位為“建設(shè)具有中國(guó)特色的世界一流學(xué)校”。圍繞這一目標(biāo)，學(xué)校提出了“融貫中西、文理并蓄”的特色課程理念，在原有“基礎(chǔ)性課程、拓展性課程、榮譽(yù)性課程”的“金字塔”式課程模式中融入了“STEM+”課程理念。

摒棄“拼盤(pán)式”結(jié)構(gòu)，指向“立體性融合”

上世紀(jì)80年代，面對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展中出現(xiàn)的拔尖人才危機(jī)，美國(guó)政府開(kāi)始對(duì)人才培養(yǎng)模式和制度進(jìn)行反思，提出了跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的STEM教育。

STEM教育發(fā)展的方向是以科學(xué)技術(shù)為路徑、實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合為特征，關(guān)注最新技術(shù)及其實(shí)踐應(yīng)用，培養(yǎng)能夠綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的復(fù)合型創(chuàng)新人才。近年來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)教育也開(kāi)始重視STEM教育，旨在提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

隨著STEM課程的推進(jìn)，有學(xué)校提出STEAM課程理念，將藝術(shù)（Arts）融人STEM課程；也有學(xué)校提出STREAM課程框架，將閱讀（Reading）融人STEM課程；還有學(xué)校提出STREAMSS課程，“SS”是指體育（Sports）和服務(wù)（Services）。

我校提出“STEM+”課程理念，受“互聯(lián)網(wǎng)+”思想的啟發(fā)，“+”代表的是連接、跨界整合?！癝TEM+”課程融人了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和實(shí)踐創(chuàng)新能力的理科拓展性課程，如《信息學(xué)》《機(jī)器人學(xué)》《通用技術(shù)課程》等；還融人了培養(yǎng)學(xué)生人文底蘊(yùn)的人文拓展課程，包括《讀閑書(shū)》《國(guó)學(xué)人門(mén)》《國(guó)學(xué)精粹》《北京大學(xué)文科先修課程》；還糅進(jìn)了培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力和全球勝任力的課程，如《面向歷史和我們自己》《哈佛大學(xué)辯論課程》《模擬聯(lián)合國(guó)課程》《未來(lái)企業(yè)家課程》；同時(shí)還融人了促進(jìn)學(xué)生表現(xiàn)力、創(chuàng)造力以及審美情趣增長(zhǎng)，教會(huì)學(xué)生健康生活的藝術(shù)、體育、心理課程，如《形體操》《太極》《藝術(shù)大師進(jìn)校園》《戲劇》《繪畫(huà)》《書(shū)法》《生命的風(fēng)鈴》等。通過(guò)這些課程，學(xué)生得以健康、全面、個(gè)性地成長(zhǎng)。

單純“+”的概念是“拼盤(pán)式”課程結(jié)構(gòu)，只有在課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)中更深人、跨學(xué)科“融合”，才能促進(jìn)學(xué)生學(xué)科知識(shí)、能力、素養(yǎng)之間“立體性融合”，包括“文理融合”“數(shù)理融合”“理藝融合”“理論與實(shí)踐融合”等方面。

“STEM+”課程正是基于“立體性融合”理念，努力培養(yǎng)學(xué)生良好的批判性思維能力、自主學(xué)習(xí)力、社會(huì)行動(dòng)力、全球勝任力，促進(jìn)學(xué)生在文化基礎(chǔ)、社會(huì)參與和自主發(fā)展三方面充分發(fā)展。

項(xiàng)目性學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科深度融合

“STEM+”課程理念融人基礎(chǔ)性課程，實(shí)現(xiàn)了學(xué)科融合，并且引領(lǐng)了學(xué)習(xí)方式的變革。

在國(guó)家課程的教學(xué)中，為避免分科學(xué)習(xí)、知識(shí)割裂的弊端，我們提倡教師在指導(dǎo)基礎(chǔ)上，用“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生自我規(guī)劃、自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、獨(dú)立研究、自己動(dòng)手完成他們感興趣的，與生活、社會(huì)相關(guān)的數(shù)學(xué)、科學(xué)和信息學(xué)等項(xiàng)目性學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力、素養(yǎng)的“融合”。

例如，在化學(xué)課堂，教師提出問(wèn)題：“微型化、集成化、便攜化和自動(dòng)化已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)發(fā)展的主流趨勢(shì)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的試管、燒杯、培養(yǎng)器皿等各種實(shí)驗(yàn)用品能不能微縮到一張芯片上，掛在鑰匙扣上隨時(shí)備用呢？”

學(xué)生課后上網(wǎng)查閱了解到微量液體的操控、反應(yīng)和分析的芯片實(shí)驗(yàn)室（lab-on-a-chip）可以實(shí)現(xiàn)這一目的，同時(shí)了解、比較芯片實(shí)驗(yàn)室的常用材料、性能和制作工藝。他們對(duì)此產(chǎn)生了濃厚的興趣。

教師在課堂教學(xué)中引人芯片實(shí)驗(yàn)室制作，帶領(lǐng)學(xué)生利用網(wǎng)上購(gòu)買(mǎi)的Sylgard184型PDMS預(yù)聚體及固化劑套裝、可打印的聚苯乙烯熱縮片以及計(jì)算機(jī)繪圖軟件、激光打印機(jī)、真空干燥劑、烘箱、剪刀、手術(shù)刀、雙面膠等工具，自制芯片實(shí)驗(yàn)室。

整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)歷了利用繪圖軟件設(shè)計(jì)芯片實(shí)驗(yàn)室通道圖、激光打印、烘箱烘烤制出陽(yáng)模、PDMS預(yù)聚物與固化劑的調(diào)和制備、芯片成型、產(chǎn)品介紹和演示等系列環(huán)節(jié)，化學(xué)學(xué)科知識(shí)、材料科學(xué)、工程設(shè)計(jì)、微流控技術(shù)、計(jì)算機(jī)繪圖等綜合應(yīng)用其中。置身于前沿科學(xué)環(huán)境中，既激發(fā)了學(xué)生對(duì)科學(xué)的濃厚興趣，擴(kuò)展了視野，在綜合復(fù)雜的情境中，也實(shí)現(xiàn)了學(xué)科知識(shí)、能力、素養(yǎng)的融合。

跨學(xué)科的項(xiàng)目性學(xué)習(xí)是“STEM+”課程最常使用的方式?；趯W(xué)科融合，我們?cè)O(shè)計(jì)多個(gè)研究性項(xiàng)目如秦淮河治理、PM2.5治理等大量與生活實(shí)踐緊密結(jié)合的項(xiàng)目，供學(xué)生根據(jù)興趣和能力素養(yǎng)特征自行選擇。通過(guò)廣泛征集項(xiàng)目解決方案，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域融合。

首先是科學(xué)與技術(shù)的融合。我們開(kāi)設(shè)《數(shù)字化化學(xué)實(shí)驗(yàn)》《靈敏的觸角——生物傳感器》等課程。其中，《數(shù)字化化學(xué)實(shí)驗(yàn)》讓學(xué)生了解數(shù)字化傳感器的工作原理，利用數(shù)字化傳感器設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)教材中傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與拓展，探究生產(chǎn)生活中有趣的化學(xué)問(wèn)題。

比如，高一年級(jí)學(xué)生利用溫度傳感器測(cè)定發(fā)現(xiàn)了酒精燈并不是外焰溫度最高的，從而對(duì)初中課本上的“結(jié)論”提出質(zhì)疑，認(rèn)識(shí)到“實(shí)驗(yàn)探究比理論分析更可靠”。利用氧氣濃度傳感器，學(xué)生發(fā)現(xiàn)人在密閉空間里缺氧窒息時(shí)，氧氣并沒(méi)有像想象中耗盡（約占空氣體積10%），從而誕生了“過(guò)量的燃料燃燒能把氧氣耗盡嗎，還會(huì)剩余多少氧氣”“不同燃料燃燒消耗氧氣是否存在很大差異”等一系列探究問(wèn)題?？茖W(xué)與技術(shù)的融合拓寬了學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路，大大提升了學(xué)生的探究意識(shí)和批判性思維能力。

其次是技術(shù)與藝術(shù)的融合。學(xué)校專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了《通用技術(shù)與創(chuàng)新制作課程》《軟件設(shè)計(jì)與立體雕刻》《軟件設(shè)計(jì)與三維模型打印》等課程。其中《通用技術(shù)與創(chuàng)新制作課程》涉及電鉆、手搖鉆、鋸床、鉆床、切割機(jī)等基本加工工具和激光雕刻機(jī)、3D打印機(jī)等先進(jìn)設(shè)備的學(xué)習(xí)和使用。作品的加工制作過(guò)程，便是學(xué)生空間設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)制圖、設(shè)備操作能力的提升過(guò)程。我校學(xué)生利用3D打印機(jī)與激光雕刻機(jī)設(shè)計(jì)、制作出一臺(tái)可供使用的3D打印機(jī)，他們?cè)O(shè)計(jì)、制作的仿生機(jī)器人和無(wú)動(dòng)力小車(chē)頻頻在國(guó)際國(guó)內(nèi)比賽中獲得大獎(jiǎng)。

再次是科學(xué)與人文的融合。歷史上的科學(xué)大師幾乎都是“文理并蓄”的，因?yàn)橹挥腥跁?huì)貫通，才可能產(chǎn)生頓悟。

目前，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的自然科學(xué)競(jìng)賽最后均要求以陳述及辯論的形式呈現(xiàn)觀點(diǎn)，甚至是英文的陳述和辯論，這反映的正是文理融合的趨勢(shì)。我們專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了《青年物理學(xué)家辯論》課程，帶領(lǐng)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)探究物理問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、觀察分析能力，提高綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。這門(mén)課程中，學(xué)生還會(huì)學(xué)習(xí)辯論技巧，參加世界青年物理學(xué)家對(duì)抗賽，這些經(jīng)歷不僅提升了專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，還培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神，為今后從事科學(xué)研究打下良好基礎(chǔ)。又如，在人造皮膚研究項(xiàng)目中，除了生物、化學(xué)、物理等專(zhuān)業(yè)知識(shí)的呈現(xiàn)，我們還格外注重學(xué)生審美素養(yǎng)的培養(yǎng)。

“STEM+”課程如何培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)參與素養(yǎng)

學(xué)生的核心素養(yǎng)中，社會(huì)參與素養(yǎng)是重要方面?！癝TEM+”課程體系不僅強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合，更注重學(xué)科學(xué)習(xí)與社會(huì)、生活的融合。我們開(kāi)設(shè)“STEM+”課程，重要的目的是培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)其社會(huì)參與。

“STEM+”課程通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施為載體，將學(xué)術(shù)性學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為可解決實(shí)際問(wèn)題的生活性知識(shí)。它需要選擇典型性項(xiàng)目進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，讓學(xué)習(xí)者在體驗(yàn)和完成項(xiàng)目中學(xué)習(xí)多學(xué)科知識(shí)與技能。這種課程融合方式，強(qiáng)調(diào)社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)以及社會(huì)問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科知識(shí)融合到真實(shí)的社會(huì)性項(xiàng)目中，在實(shí)際情境中實(shí)現(xiàn)學(xué)生的社會(huì)參與。項(xiàng)目的過(guò)程分析、活動(dòng)設(shè)計(jì)等社會(huì)分析是核心。

在高一“STEM+”課程學(xué)習(xí)中，部分學(xué)生與南京大學(xué)環(huán)境科學(xué)院的研究生合作了一個(gè)社會(huì)分析項(xiàng)目。他們選取全市13-18歲青少年學(xué)生為研究對(duì)象，以學(xué)校、交通工具、家庭或者社區(qū)等三大場(chǎng)所為空間研究范圍，采用基于個(gè)體行為的暴露評(píng)估方法測(cè)定學(xué)生日常生活中的污染暴露水平。研究大氣顆粒物PM2.5和教室/家庭環(huán)境中降塵污染暴露對(duì)青少年體內(nèi)重金屬積累影響，尋找其相關(guān)性，進(jìn)而探究大氣顆粒物環(huán)境暴露對(duì)青少年健康的影響。

研究過(guò)程中，在方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化、數(shù)學(xué)建模、計(jì)算機(jī)制圖等方面，學(xué)生都獲得鍛煉和提高，同時(shí)，在關(guān)注社會(huì)、健康的過(guò)程中，學(xué)生保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任感顯著提升。通過(guò)社會(huì)參與、合作交流的方式，“STEM+”課程走出學(xué)科領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了更高層次的“立體性融合”。

南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校開(kāi)設(shè)了91門(mén)選修課程，有88個(gè)學(xué)生社團(tuán)，是學(xué)生社會(huì)參與的主渠道，“STEM+”課程實(shí)現(xiàn)了與其他選修課程、社團(tuán)的融合，極大地拓展和豐富了“STEM+”課程的內(nèi)涵。

例如，“水質(zhì)研究社”曾用“STEM+”方式完成了一次公益活動(dòng)。2016年3月，網(wǎng)絡(luò)上流傳這樣一條消息，“市場(chǎng)上一半以上的電水壺產(chǎn)品錳含量在1 0%左右，人體長(zhǎng)期過(guò)量攝入金屬錳會(huì)影響神經(jīng)系統(tǒng)的功能……”該社團(tuán)成員提出，這個(gè)結(jié)論需要驗(yàn)證。于是，他們利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP）實(shí)驗(yàn)檢測(cè)這個(gè)結(jié)果，學(xué)生買(mǎi)來(lái)幾款便宜的不銹鋼電水壺，在老師指導(dǎo)下，多次測(cè)定反復(fù)煮沸水中的錳元素含量，檢測(cè)結(jié)果是都不超標(biāo)，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果讓學(xué)生們深刻意識(shí)到科學(xué)精神的重要性，同時(shí)這個(gè)過(guò)程也巧妙地實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的社會(huì)參與，增強(qiáng)了他們關(guān)注社會(huì)、參與社會(huì)的責(zé)任感。

責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)，需要人文素養(yǎng)與科學(xué)素養(yǎng)的融合才能實(shí)現(xiàn)。為了彌補(bǔ)STEM課程中人文素養(yǎng)的缺失，我們還嘗試開(kāi)設(shè)了致力于培養(yǎng)批判性思維力和全球勝任力的綜合課程，比如《哈佛大學(xué)辯論課程》《模擬聯(lián)合國(guó)課程》《未來(lái)企業(yè)家課程》《面向歷史和我們自己》等等。

這些課程旨在拓寬學(xué)生的國(guó)際視野，發(fā)展學(xué)生表達(dá)能力、綜合分析問(wèn)題能力和批判性思維能力，逐步提升人文精神，幫助學(xué)生建立正確的價(jià)值觀、歷史觀，培養(yǎng)胸懷天下、關(guān)注社會(huì)、關(guān)愛(ài)生命、有責(zé)任感的公民，靈活睿智地處理好可能出現(xiàn)的紛繁復(fù)雜的社會(huì)歷史問(wèn)題。

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，它強(qiáng)調(diào)的正是STEM課程的精神，讓學(xué)生置身于復(fù)雜情境中，理解和辨識(shí)事物的多樣表象，聯(lián)系歷史與社會(huì)背景信息靈活處理問(wèn)題，形成素養(yǎng)。

在我們看來(lái)，中學(xué)階段的教育必須著眼于基礎(chǔ)，而這種基礎(chǔ)自然包括為學(xué)生打好創(chuàng)造的基礎(chǔ)。“創(chuàng)造的基礎(chǔ)”是自然生長(zhǎng)起來(lái)的，需要良好的科學(xué)和人文氛圍，需要知識(shí)世界與生活世界的有機(jī)融合，需要轉(zhuǎn)變教與學(xué)的方式，保護(hù)好學(xué)生從心底生發(fā)的熱愛(ài)與專(zhuān)注的情感種子。從這個(gè)意義上說(shuō)，“STEM+”課程擴(kuò)充了STEM教育的內(nèi)涵，強(qiáng)調(diào)了社會(huì)價(jià)值、人文藝術(shù)、信息技術(shù)的相互融合，增加了學(xué)生智力因素和非智力因素的交叉互動(dòng)，為創(chuàng)造種子的萌芽、生長(zhǎng)提供了肥沃的土壤。