美國STEM學(xué)習(xí)體會(huì)與思考

■江蘇省南京市東山小學(xué) 趙 凱

美國近年來高度重視STEM 教育，提出知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代下的教育目標(biāo)之一是培養(yǎng)具有STEM 素養(yǎng)的人才，并稱其為全球競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。同時(shí)，美國在STEM 教育方面不斷加大投入，鼓勵(lì)學(xué)生主修科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，培養(yǎng)其科技理工素養(yǎng)。美國的STEM 教學(xué)注重探究能力、基于真實(shí)問題情境解決能力的培養(yǎng)。

科技創(chuàng)新教育關(guān)乎一個(gè)國家科技創(chuàng)新與未來發(fā)展，美國在中小學(xué)積極開展STEM 學(xué)科教學(xué)，在大學(xué)積極開設(shè)STEM 的理工科專業(yè)，努力引導(dǎo)大學(xué)STEM 專業(yè)發(fā)展，就是為了確保未來國家的競(jìng)爭(zhēng)力。除了STEM 學(xué)科教學(xué)外，STEM 教育模式強(qiáng)調(diào)基于真實(shí)問題情境的跨學(xué)科研究性學(xué)習(xí)，著眼未來，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力、合作能力以及問題解決能力。

2016 年教育部頒布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM 教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)習(xí)慣，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，發(fā)揮信息化面向未來培養(yǎng)高素質(zhì)人才的支撐引領(lǐng)作用。

2018年12月，我有幸參加了南京市教育局組織的赴美骨干教師STEM 課程跟崗研習(xí)活動(dòng)，赴美國得克薩斯州福遍郡學(xué)習(xí)。通過此次美國STEM課程跟崗學(xué)習(xí)活動(dòng)，開闊了視野，提升了理念，收獲頗豐。

一、美國的STEM學(xué)科教學(xué)注重探究

在美國，我們聽了STEM 學(xué)科的課堂教學(xué)，包括科學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、化學(xué)等學(xué)科。通過觀摩不難發(fā)現(xiàn)，美國教師在課堂上講得相對(duì)少一些，強(qiáng)調(diào)探究，鼓勵(lì)學(xué)生自主建構(gòu)。比如在中學(xué)的數(shù)學(xué)課中，我們見到學(xué)生們利用圖形計(jì)算器控制小車運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證數(shù)學(xué)函數(shù)。在小學(xué)數(shù)學(xué)課中，哪怕是教授除法計(jì)算，教師也會(huì)通過教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)讓孩子們通過探究發(fā)現(xiàn)規(guī)律，而不是機(jī)械地傳授和灌輸?？茖W(xué)課教學(xué)中非常注重學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，在我聽過的科學(xué)課中，學(xué)生在課堂上都會(huì)親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。教師們都會(huì)提前給學(xué)生準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)器材，孩子們以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)分工與合作。此外，小組也會(huì)借助數(shù)字化工具進(jìn)行展示與匯報(bào)。

相比而言，我們國內(nèi)的理、化、生、通用技術(shù)、科學(xué)等學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的深度往往高于美國。課堂教學(xué)中教師講得多、灌輸多，學(xué)生自主探究較少，每一節(jié)課的教學(xué)容量比較大。國內(nèi)也存在一些學(xué)科教師懶于組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)象，不愿意組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，導(dǎo)致學(xué)生探究能力、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ蛔恪?/p>

二、發(fā)揮圖書館在STEM教育中的作用

在到訪的很多學(xué)校的圖書館里都能看到Makerspace（創(chuàng)客空間）的身影，其中會(huì)放置一些簡(jiǎn)單的設(shè)備、工具、材料以及一些STEM 方面的書籍。學(xué)生可以在這里學(xué)習(xí)、動(dòng)手實(shí)踐，教師也會(huì)對(duì)學(xué)生進(jìn)行必要的指導(dǎo)和幫助。

在到訪的一所學(xué)校的圖書館一角的Makerspace，我就見到了一個(gè)男生正在用3D 打印筆進(jìn)行創(chuàng)作。和圖書管理員交流后了解到，如果學(xué)生要到這里實(shí)踐，除了需要提前向圖書管理員預(yù)約外，還必須得到教師的同意。

圖書館里都配置了一定數(shù)量的電腦，這些電腦不僅可以查閱書籍、閱讀電子書，學(xué)生們也可以學(xué)習(xí)編程。在到訪的很多小學(xué)中，都可以見到學(xué)生們?cè)趫D書館里編程，使用諸如Scratch 或者Tynker、Code.Org 等編程平臺(tái)玩編程。圖書館里還可以見到教師在指導(dǎo)學(xué)生做STEM 項(xiàng)目研究，有的孩子在操控機(jī)器人，有的在進(jìn)行項(xiàng)目探究。在一所學(xué)校的圖書館里，我還見到了Zspace 供學(xué)生們進(jìn)行科學(xué)探究。有的圖書館中還擺放了一些小型的動(dòng)物標(biāo)本，供學(xué)生參觀。我深深滴感受到這些學(xué)校圖書館的科技氛圍非常濃郁，圖書館的應(yīng)用得到了拓展，并不僅僅局限于圖書的借閱。

三、需要提升課程開發(fā)能力

作為一種教育模式，STEM 教育核心是基于真實(shí)問題情境的跨學(xué)科研究性學(xué)習(xí)，注重培養(yǎng)問題解決能力，提升科學(xué)、技術(shù)、工程以及數(shù)學(xué)的素養(yǎng)和能力。在國內(nèi)的STEM 教育項(xiàng)目中，“橋”這個(gè)項(xiàng)目大家并不陌生?！皹颉边@個(gè)項(xiàng)目引進(jìn)國內(nèi)以來，經(jīng)過本土化的改造，在國內(nèi)中小學(xué)得到了廣泛的實(shí)施。

《為未來供電—挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)》載于《中國科技教育》雜志2012 年第2 期，是一篇國外的針對(duì)八年級(jí)的STEM 教學(xué)案例。該案例有效地將跨學(xué)科知識(shí)進(jìn)行了融合，而且使用的材料和工具非常簡(jiǎn)單。制作轉(zhuǎn)子的材料包括軟木塞、硬紙板、紙、卡片等，還有小馬達(dá)用作發(fā)電機(jī)。電風(fēng)扇用于提供風(fēng)力，進(jìn)行發(fā)電測(cè)試，萬用表用來表測(cè)量輸出的電壓?？v觀整個(gè)案例，不難發(fā)現(xiàn)其實(shí)施成本并不高，卻有效地進(jìn)行了STEM教學(xué)。

在到訪的學(xué)校中，我發(fā)現(xiàn)很多學(xué)校的硬件設(shè)施并不是很突出，但是學(xué)校教師能夠合理地利用現(xiàn)有的資源進(jìn)行課程的開發(fā)與實(shí)施。在國內(nèi)，很多學(xué)校一實(shí)施STEM 教育馬上就會(huì)想到機(jī)器人、各種高科技的硬件，這種只注重硬件不注重課程設(shè)計(jì)的狀況也導(dǎo)致國內(nèi)STEM 教育的實(shí)施成本要高于國外。同時(shí)由于課程設(shè)計(jì)能力低下，也必將導(dǎo)致國內(nèi)一些學(xué)校所配置的STEM硬件資源得不到充分應(yīng)用。

四、注重設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

在技術(shù)教育中，或者在基于技術(shù)、工程的STEM項(xiàng)目教學(xué)中，美國的教師非常注重“設(shè)計(jì)”這一環(huán)節(jié)。在項(xiàng)目實(shí)施中，我們都能見到學(xué)生們正在進(jìn)行設(shè)計(jì)或前期已經(jīng)完成的設(shè)計(jì)方案，學(xué)生們使用稿紙進(jìn)行手工繪圖或者使用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，小組的合作也是必不可少的。很多學(xué)校在STEM 教學(xué)中提倡TED 教學(xué)模式，就是將Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）和Design（設(shè)計(jì)）進(jìn)行有效融合。

在杜勒斯中學(xué)，我見到的“房間保暖系統(tǒng)”項(xiàng)目中，孩子們首先進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選擇保溫材料，搭建并填充保溫材料后利用傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集分析。這個(gè)項(xiàng)目充分發(fā)揮了設(shè)計(jì)在STEM 教育中的作用，培養(yǎng)了孩子們的創(chuàng)造性和設(shè)計(jì)思維。

五、結(jié)合生活，培養(yǎng)問題解決能力

“把學(xué)習(xí)帶到現(xiàn)實(shí)中，讓孩子用自己的力量創(chuàng)造改變，可以直接提升他們的幸福感和競(jìng)爭(zhēng)力?！边@是“全球孩童創(chuàng)意行動(dòng)”的發(fā)起人——Kiran Sethi 在TED 演講時(shí)說的一句話，這個(gè)行動(dòng)旨在引導(dǎo)中小學(xué)生主動(dòng)尋找現(xiàn)實(shí)問題，并創(chuàng)造性地解決它，這種能力對(duì)于今天的孩子來說可謂至關(guān)重要，世界經(jīng)濟(jì)論壇今年發(fā)布的“2020 年人才市場(chǎng)最看重的10 項(xiàng)技能”就把“Complex Problem Solving（解決復(fù)雜問題）”放在了第一位。

學(xué)生是社會(huì)中的人，學(xué)生有一天終將會(huì)離開校園、步入社會(huì)，他們一定會(huì)面臨各種各樣的問題。所以現(xiàn)在的教育不能只是著眼于校園，不應(yīng)該與社會(huì)、生活相割裂，不能只是著眼于當(dāng)下而忽視了未來。

在美國學(xué)習(xí)期間，我們也能發(fā)現(xiàn)他們的STEM學(xué)科教學(xué)、STEM 項(xiàng)目學(xué)習(xí)的問題情境往往都基于真實(shí)生活。

我們還看到美國一所中學(xué)的孩子們正在進(jìn)行一個(gè)關(guān)于建筑供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，首先進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)及供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，再搭建房屋結(jié)構(gòu)，最后利用紅、藍(lán)兩色的吸管分別進(jìn)行冷熱水管道的架設(shè)。美國的孩子們長(zhǎng)期浸潤(rùn)在這樣的課程學(xué)習(xí)中，這是學(xué)生問題解決能力得以提升的一個(gè)重要因素。

六、結(jié)語

STEM 教育的實(shí)施關(guān)系到未來學(xué)生的能力發(fā)展，關(guān)乎國家的未來。面對(duì)STEM 教育發(fā)展的浪潮和教育新理念，廣大教育工作者必須認(rèn)真面對(duì)、思考、實(shí)踐。在STEM 課程資源開發(fā)建設(shè)、STEM 教育師資培養(yǎng)、STEM 課程實(shí)施模式乃至STEM 教育的相關(guān)政策等方面，教育主管部門也應(yīng)該從頂層設(shè)計(jì)上加以考慮。只有教育主管部門與一線教師一起努力，上下攜手，才能共同推動(dòng)STEM 教育的有效實(shí)施。