以STEM理念為引領(lǐng)，探索科技教育新路子

陳堅(jiān)宏

摘要：通過(guò)以STEM教育理念為引領(lǐng)，在科技制作活動(dòng)和科技調(diào)查活動(dòng)等方面探索出適合的教育新路子，才能使學(xué)生逐步形成科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)潛能，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)、崇尚科學(xué)的品質(zhì)，養(yǎng)成不畏困難、勇攀高峰的科學(xué)精神。

關(guān)鍵詞：STEM教育理念 科技教育 新探索

原全國(guó)人大常委會(huì)副委員長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)路甬祥在談及我國(guó)科技發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)時(shí)曾提出，“在建黨100周年前后，科技整體水平達(dá)到世界科技強(qiáng)國(guó)的中等水平”。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，關(guān)鍵是青少年一代的科技素養(yǎng)要大大提高，這就對(duì)中小學(xué)科技教育提出了明確的要求。因此，在中小學(xué)科技教育活動(dòng)中，我們不僅要將包括自然科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多學(xué)科在內(nèi)的多學(xué)科交叉融合的STEM教育理念貫穿其中，而且還要根據(jù)科技教育活動(dòng)、實(shí)踐活動(dòng)的內(nèi)容探索出適合科技教育傳播的新路子。

一，以STEM理念為引領(lǐng)，探索科技制作活動(dòng)的教育新路子

科技制作為人類(lèi)創(chuàng)造出很多前所未有的新事物，是學(xué)校科技教育的重要組成部分。通過(guò)STEM教育理念為引領(lǐng)，才能在科技制作教育活動(dòng)中探索出適合本校的新路子。

在最初階段，應(yīng)向?qū)W生介紹自然科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，為學(xué)生STEM素養(yǎng)的養(yǎng)成奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在介紹這些學(xué)科知識(shí)的時(shí)候，不能單獨(dú)地介紹某一學(xué)科知識(shí)，也不能純粹地介紹知識(shí)，那樣學(xué)生很容易厭倦而失去學(xué)習(xí)的信心，而應(yīng)通過(guò)結(jié)合一些生動(dòng)的例子將相關(guān)學(xué)科知識(shí)滲透其中。例如，結(jié)合廣州塔，向?qū)W生介紹材質(zhì)的化學(xué)成分及鍛造、物理上力的平衡、技術(shù)含量、工程建造知識(shí)及所運(yùn)用的數(shù)學(xué)知識(shí)等，達(dá)到學(xué)科知識(shí)的交叉融合，學(xué)生的興趣也更加濃厚。

在學(xué)生正式進(jìn)行科技制作前，應(yīng)先進(jìn)行STEM相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)操作和技能訓(xùn)練，為學(xué)生后續(xù)開(kāi)展科技制作提供保障。學(xué)生從到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)、物理、生物實(shí)驗(yàn)的基本操作開(kāi)始，練習(xí)鉗工、電動(dòng)工具、數(shù)學(xué)工具等的使用。例如，通過(guò)“百變飲料：白酒-紅酒-雪碧牛奶”趣味化學(xué)小實(shí)驗(yàn)，既可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作，又可以激發(fā)他們的興趣。又如，通過(guò)“電子百拼”積木讓學(xué)生感受電學(xué)的魅力，然后通過(guò)相對(duì)綜合性的小實(shí)驗(yàn)如用廢舊鐵片制作一把尺子，將前面的操作綜合運(yùn)用起來(lái)，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)。

在前面的基礎(chǔ)上開(kāi)展各式各樣的科技小制作、科技小發(fā)明活動(dòng)，可以通過(guò)如下步驟充分挖掘?qū)W生綜合運(yùn)用STEM各學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

（1）通過(guò)引導(dǎo)確定科技小制作活動(dòng)的題目。若是學(xué)生本身有自己的想法，只要行得通，就鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展下去；而對(duì)于沒(méi)有想法的學(xué)生，可以啟發(fā)其從課堂演示的某些實(shí)驗(yàn)入手，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，或者觀察生活中的物品，發(fā)現(xiàn)存在的不足并進(jìn)行改進(jìn)。在活動(dòng)中，有學(xué)生根據(jù)某些化學(xué)物質(zhì)隨溫度變化而出現(xiàn)顏色變化的現(xiàn)象提出了“變色溫度計(jì)”的題目，有學(xué)生根據(jù)課堂上演示的焰色反應(yīng)現(xiàn)象不明顯提出了“焰色反應(yīng)改進(jìn)”的題目，還有學(xué)生根據(jù)某些零件表面不平整提出了制作“零件打磨器”的想法。對(duì)于學(xué)生所提的題目，應(yīng)要求他們找出相應(yīng)的理論支撐，對(duì)違背理論的內(nèi)容進(jìn)行修改，這有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，也是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)形成的途徑之一。

（2）引導(dǎo)學(xué)生制訂研究方案，準(zhǔn)備相關(guān)材料和查閱資料。例如，在學(xué)生制作零件打磨器之前，先讓學(xué)生上網(wǎng)查找目前市面上的各類(lèi)打磨器，分析其中的不足，制訂改進(jìn)方案，在草稿紙上畫(huà)出設(shè)計(jì)圖并購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的材料。

（3）學(xué)生開(kāi)始科技制作，在此過(guò)程中，教師要關(guān)注學(xué)生的進(jìn)展情況，引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)總結(jié)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，運(yùn)用STEM知識(shí)調(diào)整研究方案并予以解決。例如，學(xué)生利用數(shù)學(xué)中的二面角原理制作出了直角打磨器（第1代，如圖1a），通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)打磨出來(lái)的切角確為直角。這時(shí)，我提問(wèn)學(xué)生很多時(shí)候零件切面并不是直角，而是各種不同的角度，那么我們的直角打磨器就不能用了，怎么辦？為此，學(xué)生開(kāi)始研究能夠適合于任意角度的產(chǎn)品。這時(shí)技術(shù)難題出現(xiàn)了，既要可以隨意調(diào)整角度和板材高度，又必須在磨角時(shí)能夠相對(duì)固定裝置。此時(shí)學(xué)生已經(jīng)能夠自覺(jué)上網(wǎng)查閱資料，并設(shè)計(jì)出可擰緊的滑輪控制裝置。經(jīng)過(guò)一番努力，第2代作品——精簡(jiǎn)版任意角打磨器（如圖1b）成功問(wèn)世。但由于第2代作品相對(duì)不牢固，因此學(xué)生進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，制作出第3代作品——精致版任意角打磨器（如圖1c），它適用于打磨不同的切角，并帶有刻度，亦可測(cè)定切角厚度。

（4）引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)保護(hù)自己的作品成果，申報(bào)實(shí)用新型專(zhuān)利，將成果推向市場(chǎng)。

在制作零件打磨器的過(guò)程中，學(xué)生不僅需要保持方案和制作過(guò)程的科學(xué)性，解決利用切刀切割KT板、銼刀打磨、角度固定等技術(shù)問(wèn)題；而且突破了打磨板不能更換，而采用單獨(dú)的打磨板塊，通過(guò)更換打磨板上的砂紙、砂布改變打磨面的目數(shù)等工程問(wèn)題；還運(yùn)用到數(shù)學(xué)中二面角等原理。極大地促進(jìn)了學(xué)生的STEM素養(yǎng)的同步提高。

此外，在STEM教育中還可以滲透文化教育，比如結(jié)合地方和學(xué)校文化特色開(kāi)展與端硯相關(guān)的科技制作活動(dòng)。學(xué)生上網(wǎng)查閱端硯石的形成過(guò)程，運(yùn)用化學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)探究端硯石主要成分的方案，對(duì)端硯石廢料進(jìn)行成分探究，得出結(jié)論，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在此過(guò)程中，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的STEM素養(yǎng)，還培養(yǎng)了學(xué)生熱愛(ài)地方文化，達(dá)到情感態(tài)度價(jià)值觀的全面提高。

二、以STEM理念為引領(lǐng)，探索科技調(diào)查活動(dòng)的教育新路子

科技調(diào)查活動(dòng)是科技教育的另一種形式，它是以調(diào)查報(bào)告或論文等形式進(jìn)行呈現(xiàn)，在社會(huì)科學(xué)類(lèi)研究中具有舉足輕重的作用。在學(xué)?？萍冀逃?，與科技制作擺在同樣重要的位置。

在科技調(diào)查活動(dòng)開(kāi)始前要讓學(xué)生學(xué)習(xí)調(diào)查的方法、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的方法等，這是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和技術(shù)素養(yǎng)形成的重要一環(huán)?？萍颊{(diào)查活動(dòng)的方法是否科學(xué)合理關(guān)系到最終結(jié)論的可靠性。對(duì)此我主要通過(guò)往屆學(xué)生調(diào)查的例子介紹調(diào)查方法和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的方法，著重介紹SPSS分析軟件的使用，幫助學(xué)生更好地理解。

為了能夠更好地與課本所學(xué)知識(shí)相聯(lián)系，因此開(kāi)展科技調(diào)查活動(dòng)一定要及時(shí)，方能更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。例如，學(xué)生在學(xué)完氮、硫及其化合物之后，我設(shè)計(jì)了“肇慶城區(qū)主要空氣污染物的調(diào)查”活動(dòng)；在學(xué)生學(xué)了原電池之后，我設(shè)計(jì)了“廢舊電池的回收與利用”調(diào)查活動(dòng)；在學(xué)生學(xué)了有機(jī)合成材料之后，我設(shè)計(jì)了“別讓‘白色成為校園的‘一景——中學(xué)生帶白色飯盒進(jìn)校園的調(diào)查”活動(dòng)。這樣才能使學(xué)生所學(xué)環(huán)保知識(shí)及時(shí)得到應(yīng)用，環(huán)保意識(shí)得到鞏固。

在前面的基礎(chǔ)上以STEM教育理念指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展科技調(diào)查活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等方面素養(yǎng)的提高。下面以《肇慶城區(qū)初中生上下學(xué)方式與獨(dú)立性的相關(guān)性調(diào)查及研究》為例進(jìn)行介紹。首先，學(xué)生上網(wǎng)查閱研究現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)學(xué)生問(wèn)卷和家長(zhǎng)問(wèn)卷，應(yīng)用韋煒編制的“青少年的獨(dú)立能力量表”調(diào)查城區(qū)初中學(xué)生的獨(dú)立能力，并進(jìn)行實(shí)地考察和個(gè)別訪(fǎng)談，這是保證調(diào)查科學(xué)性的第一步。其次，學(xué)生對(duì)收回的有效問(wèn)卷進(jìn)行編號(hào)處理，再用excel軟件按學(xué)生、量表、家長(zhǎng)的分類(lèi)進(jìn)行錄入，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并用SPSS進(jìn)行初中生上下學(xué)方式與獨(dú)立能力的相關(guān)性分析。這可以培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)。最后，學(xué)生就相關(guān)數(shù)據(jù)分析提出相應(yīng)的結(jié)論和建議，撰寫(xiě)成論文。這時(shí)還可以設(shè)計(jì)一些問(wèn)題讓學(xué)生思考，比如“我們研究的目的是要了解初中生接送上下學(xué)與獨(dú)立性的關(guān)系，還需要怎樣的宣傳工作？如果是全社會(huì)呢，該怎么做？”引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用，制作出內(nèi)容充實(shí)的宣傳海報(bào)在學(xué)校進(jìn)行宣傳，開(kāi)展主題班會(huì)，制作網(wǎng)頁(yè)在網(wǎng)上發(fā)布，讓更多的家長(zhǎng)正確認(rèn)識(shí)接送孩子上下學(xué)可采用的方法和技巧。向社會(huì)宣傳環(huán)節(jié)可以促進(jìn)學(xué)生工程素養(yǎng)的提高，符合科技教育的要求。

三、以STEM理念為引領(lǐng)，探索其他科技活動(dòng)形式的教育新路子

除了前面提到的科技制作、科技調(diào)查活動(dòng)形式外，我還開(kāi)展其他形式的科技活動(dòng)，包括實(shí)踐能力挑戰(zhàn)賽、科普攝影、科普漫畫(huà)等，拓寬學(xué)生的視野，從另外的角度培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)。

在實(shí)踐能力挑戰(zhàn)賽中，我設(shè)計(jì)諸如“紙橋的力量”這樣的題目，讓學(xué)生用報(bào)紙做出規(guī)定規(guī)格的紙橋模型并進(jìn)行承受力測(cè)驗(yàn)。學(xué)生在此過(guò)程需要借鑒真實(shí)橋體的設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行承受力點(diǎn)的相關(guān)計(jì)算等，綜合考查了他們?cè)诳茖W(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)方面的知識(shí)。在科普攝影活動(dòng)中，學(xué)生利用DV等拍攝出符合條件的科普作品。在科普漫畫(huà)（如圖2）中，學(xué)生充分發(fā)散了他們的思維，將未來(lái)的科技設(shè)想展現(xiàn)在漫畫(huà)之中。這些設(shè)想要符合科學(xué)的要求，也是鍛煉學(xué)生的STEM素養(yǎng)的好辦法。

少年強(qiáng)則國(guó)強(qiáng)，科技強(qiáng)則國(guó)強(qiáng)，科技教育要從小抓起，教師要以STEM教育理念作為引領(lǐng)，加強(qiáng)對(duì)青少年的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的早期綜合培養(yǎng)，探索出一套適合科技教育的新路子，為學(xué)生未來(lái)走上社會(huì)提供技術(shù)支撐，為國(guó)家培養(yǎng)所需的后備科技人才。我相信，只要堅(jiān)持以STEM教育理念為引領(lǐng)的科技教育，在所有科技教師的共同努力下，實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)指日可待，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的“中國(guó)夢(mèng)”也就不遙遠(yuǎn)了。

點(diǎn)評(píng)

就中小學(xué)科學(xué)教師和校內(nèi)外科技輔導(dǎo)員而言，要想在科學(xué)教育中有所創(chuàng)新，一方面要堅(jiān)持中國(guó)教育模式的深入實(shí)踐和探索，另一方面則要注意吸收國(guó)外特別是一些發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)教育理念或教育模式。本文作者即是以源于美國(guó)的STEM教育理念為指導(dǎo)，結(jié)合自身實(shí)踐從3個(gè)層面進(jìn)行了探索：以STEM理念為引領(lǐng)，探索科技制作活動(dòng)的教育新路子；以STEM理念為引領(lǐng)，探索科技調(diào)查活動(dòng)的教育新路子；以STEM理念為引領(lǐng)，探索其他科技活動(dòng)形式的教育新路子。論文敘述相對(duì)清晰，所描述“跨學(xué)科”培養(yǎng)青少年綜合素養(yǎng)之做法，對(duì)廣大科技輔導(dǎo)員具有一定的參考價(jià)值。

如果作者在上述論文中，能夠?qū)λ罁?jù)的STEM教育理念有更深入的分析，對(duì)自身實(shí)踐和探索的效果有科學(xué)數(shù)據(jù)予以支撐，則本文的科學(xué)性和學(xué)術(shù)性還有望獲得提升。

——翟立原（中國(guó)青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會(huì)理論工作委員會(huì)副主任委員，第25屆全國(guó)青少年科技輔導(dǎo)員論文征集活動(dòng)評(píng)審委員會(huì)主任委員）