美國(guó)小學(xué)STEM課程設(shè)置的 實(shí)踐特色研究

呂偉妮 王晶瑩 何靜

【摘要】為保持國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的地位，美國(guó)全力推進(jìn)教育改革，融入STEM教育，使STEM教育覆蓋教育全過(guò)程，因此，培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)和工程素養(yǎng)的高科技人才，成為美國(guó)整個(gè)教育階段的核心任務(wù)。作為美國(guó)基礎(chǔ)教育階段的小學(xué)教育，是進(jìn)行STEM教育的關(guān)鍵階段，抓住學(xué)生的身心發(fā)展特點(diǎn)，開(kāi)展獨(dú)具特色的小學(xué)STEM課程教育，已成為美國(guó)教育任務(wù)的重中之重。

【關(guān)鍵詞】美國(guó)小學(xué)STEM特色教育？搖？搖？搖STEM工程教育？搖“收集課程”

由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)及美國(guó)教育部聯(lián)合出臺(tái)的STEM教育體系，旨在讓所有學(xué)生都能夠獲得優(yōu)質(zhì)的STEM教育，培養(yǎng)具有學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、問(wèn)題解決能力、溝通交流能力及協(xié)調(diào)合作能力的科技人才，被整個(gè)教育界公認(rèn)為最能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求的人才培養(yǎng)方案。

一、跨學(xué)科領(lǐng)域的美國(guó)STEM教育模式

STEM教育涵蓋科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四大領(lǐng)域的教育，是四大學(xué)科的簡(jiǎn)稱(chēng)，但并非四大學(xué)科的簡(jiǎn)單組合。[1]STEM課程強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識(shí)間的高度融合，注重學(xué)生跨學(xué)科的知識(shí)運(yùn)用，旨在為學(xué)生提供參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的平臺(tái)，在以學(xué)生為中心的課堂教學(xué)模式下，以發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、問(wèn)題式學(xué)習(xí)為主，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作，重視技術(shù)應(yīng)用，為學(xué)生提供豐富的信息資源，激發(fā)學(xué)生解決真實(shí)問(wèn)題的創(chuàng)造性，以培養(yǎng)出STEM領(lǐng)域的杰出人才。

STEM教育作為一項(xiàng)培養(yǎng)復(fù)合型人才的跨學(xué)科教育模式，更加注重核心課程融合，美國(guó)全國(guó)州長(zhǎng)協(xié)會(huì)中心（The National Governors Association Center，NGA）和各州教育長(zhǎng)官委員會(huì)（The Council of Chief State School Officers，CCSSO）共同頒發(fā)的州共同核心課程標(biāo)準(zhǔn)（CCSS），包括數(shù)學(xué)和英語(yǔ)語(yǔ)言藝術(shù)學(xué)科。[2]如圖所示，為STEM教育視角下美國(guó)中小學(xué)核心課程與科學(xué)課程的融合。

二、孕育STEM特色課程的美國(guó)幼小銜接教育

“收集課程”（Collections curriculum）由科里·巴迪奇（Kori Bardige）及幼小教育專(zhuān)家梅麗莎·拉塞爾（Melissa Russell）聯(lián)合創(chuàng)設(shè)，對(duì)“馬薩諸塞州學(xué)前教育指南”進(jìn)行仔細(xì)調(diào)整，涵蓋所有STEM發(fā)展領(lǐng)域，使每一項(xiàng)研究調(diào)查都符合馬薩諸塞州學(xué)前教育目標(biāo)體系。課程專(zhuān)門(mén)為4～5歲學(xué)齡前兒童而設(shè)，以?xún)和瘜?duì)理論或現(xiàn)象的疑惑為起點(diǎn)，在研究調(diào)查的實(shí)施過(guò)程中，不斷收集有效信息，發(fā)現(xiàn)兒童的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而確定下一次的研究主題、研究設(shè)計(jì)，以及活動(dòng)場(chǎng)地等。

（一）馬薩諸塞州“收集課程”特點(diǎn)

課程目標(biāo)涵蓋了馬薩諸塞州設(shè)定的所有學(xué)前教育目標(biāo)。課程中設(shè)置不同的主題供兒童進(jìn)行深入探究，遵循統(tǒng)一的探究模式，注重室內(nèi)外學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，讓兒童與外部世界充分接觸，觸發(fā)兒童的好奇心，激發(fā)創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，課程目標(biāo)涵蓋了馬薩諸塞州早期教育機(jī)構(gòu)所設(shè)定的所有學(xué)前教育目標(biāo)。

課程以科學(xué)方法論為導(dǎo)向。從研究STEM教育工具開(kāi)始，向兒童介紹科學(xué)方法，當(dāng)兒童和父母進(jìn)行合作探究式學(xué)習(xí)時(shí)，能夠靈活運(yùn)用科學(xué)方法，對(duì)已有理論和現(xiàn)象提出質(zhì)疑，使科學(xué)方法成為孩子們運(yùn)用已有知識(shí)進(jìn)行猜想假設(shè)、驗(yàn)證理論的有效途徑。

課程實(shí)施過(guò)程中，重視家長(zhǎng)參與。家庭是兒童早期教育計(jì)劃中不可或缺的組成部分，鼓勵(lì)家長(zhǎng)和孩子一起探索，分享孩子的相關(guān)問(wèn)題。由此，教師不僅能夠捕捉到孩子們的STEM學(xué)習(xí)的興趣點(diǎn)，為課程設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備，更有利于對(duì)兒童進(jìn)行全面評(píng)估。此外，家長(zhǎng)參與課程計(jì)劃，也有利于兒童通過(guò)家庭活動(dòng)拓展課堂學(xué)習(xí)。

課程注重兒童敢于質(zhì)疑的精神。研究起源于對(duì)已有結(jié)論和現(xiàn)象的質(zhì)疑，教師根據(jù)兒童的疑惑，引導(dǎo)兒童及其父母確定STEM相關(guān)概念，隨著概念問(wèn)題的出現(xiàn)，教師設(shè)計(jì)相應(yīng)的活動(dòng)幫助他們進(jìn)一步研究，調(diào)查最終豐富了兒童的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，兒童在研究過(guò)程中分享學(xué)習(xí)體驗(yàn)，感受與父母合作學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。

課程強(qiáng)調(diào)教師STEM專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)的積累與運(yùn)用。教師作為課程計(jì)劃的設(shè)計(jì)者，不僅要為兒童提供指導(dǎo)，參與游戲，更要掌握并熟練運(yùn)用STEM相關(guān)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，例如：引導(dǎo)兒童進(jìn)行比較的詞匯，引導(dǎo)兒童進(jìn)行問(wèn)題解決的詞匯，激發(fā)兒童數(shù)學(xué)思維的詞匯，等等。

課程注重課堂內(nèi)外學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)。學(xué)習(xí)環(huán)境被教育者稱(chēng)為“第三位教師”，對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)是突出STEM教育理念的有效途徑。環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，首先要滿(mǎn)足不同類(lèi)型的STEM探究活動(dòng)的需要，場(chǎng)地的選取也要便于組織；其次，學(xué)習(xí)環(huán)境中應(yīng)包含研究調(diào)查中所需的全部素材和資源，并根據(jù)需要定期輪換，以鼓勵(lì)兒童的探索精神；最重要的是，環(huán)境氛圍能夠激發(fā)兒童STEM學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在幼小銜接階段奠定對(duì)后續(xù)STEM研究的興趣基礎(chǔ)。

（二）“收集課程”的格式化實(shí)施建議

該課程中所進(jìn)行的調(diào)查研究，每一次的調(diào)查都是對(duì)前一次調(diào)查的進(jìn)一步研究，旨在幫助該階段教師在研究活動(dòng)過(guò)程中，深入了解兒童，確定下一次活動(dòng)主題?！笆占n程”的每一次調(diào)查研究，教師都遵循相同的模式進(jìn)行調(diào)查活動(dòng)設(shè)計(jì)。大致格式化要求：1. 構(gòu)成調(diào)查研究框架，初步構(gòu)思研究過(guò)程。2. 確定詳細(xì)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，盡管教師要負(fù)責(zé)評(píng)估兒童所涉及的所有領(lǐng)域，但是對(duì)選取的學(xué)習(xí)單元或主題，一定要是兒童感興趣的，要滿(mǎn)足兒童個(gè)性化發(fā)展需求。3.在調(diào)查中進(jìn)行問(wèn)題反思，反思性的問(wèn)題旨在幫助教師深入思考某個(gè)主題。在已完成調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究思路的拓展，根據(jù)兒童的興趣點(diǎn)，思考他們下一步想要學(xué)習(xí)什么，在哪里學(xué)等問(wèn)題，進(jìn)而增添學(xué)習(xí)材料，選擇適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境，完善課程設(shè)計(jì)。4. 帶領(lǐng)兒童到戶(hù)外，鼓勵(lì)兒童探索自然環(huán)境，這也是教師進(jìn)行研究反思的主要部分。5. 通過(guò)STEM相關(guān)術(shù)語(yǔ)的介紹，幫助孩子加深對(duì)STEM領(lǐng)域的了解，增強(qiáng)對(duì)研究主題的理解。課程實(shí)施建議老師可以將單詞添加到單詞墻上，并用作環(huán)境裝飾品，以提高孩子們的寫(xiě)作和閱讀興趣，當(dāng)然STEM相關(guān)術(shù)語(yǔ)也會(huì)因興趣和不同的研究方向而有所不同。6.每項(xiàng)研究記錄都設(shè)有筆記頁(yè)面，供教師在調(diào)查過(guò)程中添加筆記，記錄便于后續(xù)研究的信息，同時(shí)也便于問(wèn)題反思與經(jīng)驗(yàn)分享。此外，每個(gè)教師都配備“工具箱”，記錄并收集調(diào)查過(guò)程中產(chǎn)生的附加信息，以便進(jìn)行個(gè)別化教學(xué)。

三、以STEM工程教育為起點(diǎn)的美國(guó)小學(xué)課堂

（一）小學(xué)STEM工程教育實(shí)踐基礎(chǔ)

美國(guó)在K-12教育階段的改革中，強(qiáng)調(diào)STEM教育的融入，尤其強(qiáng)調(diào)技術(shù)素養(yǎng)與工程素養(yǎng)的滲透。[3]工程素養(yǎng)是指理解技術(shù)的工程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程，工程設(shè)計(jì)主要是將科學(xué)與數(shù)學(xué)的相關(guān)原理創(chuàng)造性地應(yīng)用于實(shí)踐，其核心是整合多門(mén)學(xué)科知識(shí)，將難以理解的概念與實(shí)際生活聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題的興趣。小學(xué)教育階段作為STEM教育的基礎(chǔ)階段，更加強(qiáng)調(diào)提升學(xué)生的工程素養(yǎng)，STEM工程教育強(qiáng)調(diào)與數(shù)學(xué)、科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系，由美國(guó)科學(xué)出版社根據(jù)美國(guó)最新科學(xué)教育大綱（NGSS）編寫(xiě)的《科學(xué)的維度》中，第一個(gè)維度即科學(xué)與工程實(shí)踐，意在說(shuō)明學(xué)生需要做什么。具體來(lái)講，學(xué)生學(xué)科學(xué)、學(xué)工程的前提，就是要學(xué)會(huì)八件事：學(xué)會(huì)問(wèn)問(wèn)題，清楚自己要解決的問(wèn)題是什么，學(xué)會(huì)建立并應(yīng)用模型，學(xué)會(huì)進(jìn)行調(diào)查研究，具有數(shù)學(xué)和算法思維，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案并解釋相關(guān)科學(xué)現(xiàn)象，學(xué)會(huì)用證據(jù)證明自己的觀點(diǎn)，學(xué)會(huì)獲取信息并分析表達(dá)。上述八件事作為美國(guó)小學(xué)STEM工程教育的核心要素，也是小學(xué)階段STEM工程教育的實(shí)踐基礎(chǔ)。

（二）小學(xué)STEM工程教育教學(xué)實(shí)踐

動(dòng)手實(shí)踐、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是STEM教育的核心要求，也是STEM教育落到實(shí)處的有效策略。STEM工程教育以工程項(xiàng)目為單元，強(qiáng)調(diào)對(duì)所學(xué)概念、原理的綜合運(yùn)用，以小學(xué)四到六年級(jí)的工程教育課為例，分析美國(guó)小學(xué)階段STEM工程教育理念。例如：四年級(jí)的STEM工程教育，通過(guò)電磁單元的學(xué)習(xí)，了解電路類(lèi)型，以理解科學(xué)概念為前提條件，設(shè)計(jì)出普通電路板，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行午餐鬧鐘的設(shè)計(jì)，專(zhuān)門(mén)定制的鬧鐘語(yǔ)音提醒，需要擁有語(yǔ)言天賦的合作伙伴；五年級(jí)階段，學(xué)生根據(jù)要求，利用給定材料，設(shè)計(jì)系統(tǒng)模型，如記錄氣象數(shù)據(jù)的儀器、水循環(huán)系統(tǒng)、水過(guò)濾系統(tǒng)、火星探測(cè)器的著陸系統(tǒng)等；六年級(jí)階段關(guān)于橋梁的工程設(shè)計(jì)，從材料的選取、購(gòu)買(mǎi)，到橋梁各部分的比例以及整體架構(gòu)，全部由學(xué)生完成。

綜合分析不同年級(jí)的STEM工程實(shí)踐課，體現(xiàn)了數(shù)學(xué)、科學(xué)、語(yǔ)言藝術(shù)與工程實(shí)踐的密切融合，四年級(jí)更加注重工程、科學(xué)與語(yǔ)言藝術(shù)的綜合應(yīng)用，而高年級(jí)階段則更注重工程與科學(xué)、數(shù)學(xué)的融合，強(qiáng)調(diào)科學(xué)方法的運(yùn)用、模型建構(gòu)以及數(shù)學(xué)運(yùn)算思維，并且年級(jí)越高要求越高。雖然不同年級(jí)STEM工程教育的側(cè)重點(diǎn)不同，但共通之處在于：促進(jìn)學(xué)生批判性思維和創(chuàng)造性思維的發(fā)展，提升學(xué)生合作交流能力，每一項(xiàng)有意義的工程項(xiàng)目，都遵循統(tǒng)一的設(shè)計(jì)過(guò)程：確定所要解決的問(wèn)題及要求；構(gòu)想并確定最佳解決方案，制訂操作計(jì)劃并執(zhí)行；反復(fù)操作，完善解決方案；等等。

四、美國(guó)小學(xué)STEM教育特色

STEM教育作為四門(mén)學(xué)科的綜合課程體系，以綜合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提升學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。面向于K？鄄12教育階段的STEM教育，其特征表現(xiàn)為：跨學(xué)科性、趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性、藝術(shù)性、實(shí)證性，以及技術(shù)性。[4]而美國(guó)小學(xué)階段的STEM教育，其特征則更傾向于跨學(xué)科性、批判性、協(xié)作探究性、實(shí)踐操作性四大方面。

一是跨學(xué)科性?？鐚W(xué)科性是美國(guó)小學(xué)階段STEM教育的核心特征。STEM作為一種融合科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)為一體的綜合課程，其教育理念從根本上就體現(xiàn)多門(mén)學(xué)科的整合性，[5]數(shù)學(xué)和科學(xué)作為進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的實(shí)踐基礎(chǔ)和概念原理，而技術(shù)卻始終貫穿于工程設(shè)計(jì)的全過(guò)程，支撐著工程項(xiàng)目的開(kāi)展。STEM教育的跨學(xué)科性，旨在希望學(xué)生能夠利用數(shù)學(xué)與科學(xué)的基本原理，對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題加以解決，強(qiáng)調(diào)不同學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。

二是批判性。美國(guó)21世紀(jì)學(xué)習(xí)合作組織，認(rèn)為將要進(jìn)入21世紀(jì)勞動(dòng)力市場(chǎng)的學(xué)生，必須掌握必要的關(guān)鍵能力，在該組織制定的“21世紀(jì)學(xué)習(xí)框架”（Framework for 21st Century Learning）中，要求學(xué)生所具備的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新技能（4Cs）中，包括批判性思維與問(wèn)題解決意識(shí)，注重提升學(xué)生的批判性思維意識(shí)與問(wèn)題解決能力。[6]通過(guò)對(duì)美國(guó)小學(xué)教育階段STEM課程的闡述，可以看出，關(guān)于STEM學(xué)習(xí)項(xiàng)目的選擇，并非憑空而來(lái)，而是在充分了解各學(xué)段學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，抓住學(xué)生對(duì)問(wèn)題的質(zhì)疑點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的質(zhì)疑進(jìn)行引導(dǎo)，進(jìn)而決定STEM課程中的研究項(xiàng)目。

三是協(xié)作探究性。美國(guó)“21世紀(jì)學(xué)習(xí)框架”學(xué)習(xí)成果部分的4Cs技能中，還強(qiáng)調(diào)學(xué)生的溝通技能與合作技能。STEM注重項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方法的應(yīng)用，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)被美國(guó)小學(xué)教育階段普遍采用，在匯集學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)的關(guān)鍵素材，引導(dǎo)學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)共同解決問(wèn)題。學(xué)習(xí)過(guò)程注重對(duì)學(xué)生合作溝通能力的培養(yǎng)，幫助學(xué)生形成團(tuán)隊(duì)意識(shí)，以及在合作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題并深入探究的意識(shí)。更值得一提的是，美國(guó)幼小銜接階段的STEM特色課程，不僅關(guān)注兒童間的合作，更注重兒童與家長(zhǎng)間的協(xié)作探究，進(jìn)而彌補(bǔ)兒童課堂學(xué)習(xí)的不足。

四是實(shí)踐操作性。STEM強(qiáng)調(diào)對(duì)理論知識(shí)的綜合運(yùn)用，教材中的理論源于實(shí)踐，并且需要實(shí)踐來(lái)不斷驗(yàn)證。美國(guó)小學(xué)階段的STEM課程，更加注重學(xué)生的課堂主體地位，教師僅僅引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，幫助學(xué)生明確所要解決的問(wèn)題，為學(xué)生提供詳盡的研究素材，學(xué)生按照要求動(dòng)手操作，反復(fù)實(shí)踐。例如小學(xué)階段STEM工程教育課程中，對(duì)語(yǔ)音鬧鐘、橋梁等設(shè)計(jì)中，無(wú)形中要求學(xué)生不斷試驗(yàn)，持續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)，在實(shí)踐操作過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題、解決新問(wèn)題，最終呈現(xiàn)完美的工程設(shè)計(jì)方案。

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（作者單位：①青島大學(xué)師范學(xué)院；②北京市北達(dá)資源中學(xué) ？搖責(zé)任編輯：朱蘊(yùn)茝）