立足本土的STEM教育發(fā)展經(jīng)驗(yàn)

[摘 要]很多學(xué)校都引進(jìn)和開設(shè)了STEM課程，但如何更好地理解STEM課程的內(nèi)涵，使STEM課程在中國(guó)學(xué)校很好的落地，讓課程發(fā)揮出最大的效益？北京市朝陽(yáng)區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)開設(shè)了STEM課程，對(duì)STEM課程本土化的方式方法進(jìn)行了探索，對(duì)課程實(shí)施中的問題進(jìn)行了分析和反思。

[關(guān)鍵詞]STEM；本土化；核心素養(yǎng)；創(chuàng)新

美國(guó)提出的21世紀(jì)核心素養(yǎng)中，把解決問題的能力和創(chuàng)新能力作為學(xué)習(xí)者的必備能力。而STEM教育以其創(chuàng)造性、新穎性、綜合性、實(shí)踐性的特點(diǎn)成為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。2016年9月，在“學(xué)在未來（北京）教育科技有限公司”朱博淵老師的推介下，在區(qū)教委領(lǐng)導(dǎo)的支持和幫助下，北京市朝陽(yáng)區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)聘請(qǐng)了美國(guó)北伊利諾伊大學(xué)的教師珍妮·加林多（Janine Galindo）來校授課，中方教師在外教的輔導(dǎo)下進(jìn)行教學(xué)或作為外教的助教參與授課。至今已有2年。

在與珍妮老師共同研討、備課、上課的過程中，教師們逐漸領(lǐng)會(huì)了STEM課程的教學(xué)思想和教學(xué)觀念，并逐步開始對(duì)STEM課程進(jìn)行本土化的實(shí)施。

一、教育理念的本土化

STEM課程注重多學(xué)科融合，注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。STEM教育提倡跨學(xué)科性，通過整合不同課程的教學(xué)方法，就日常生活中的真實(shí)問題設(shè)計(jì)和擬定具體并富有創(chuàng)意的解決方案，增強(qiáng)學(xué)生跨學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。結(jié)合這種理念，學(xué)校在探索和實(shí)施美國(guó)STEM課程的同時(shí)，也在開發(fā)本校的STEM課程。如在“有趣的模型”課程中，王可老師開發(fā)了《設(shè)計(jì)小車車身》；在“美妙的八音盒”課程中，田澤老師開發(fā)了探究凸輪結(jié)構(gòu)的《它是怎么動(dòng)起來的》；在“瘋狂的賽車”課程中，吳咸中老師開發(fā)了《齒輪傳動(dòng)》等。這些都是教師在STEM課程綜合性理念的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)和實(shí)施的活動(dòng)，目的是使學(xué)生在活動(dòng)與設(shè)計(jì)中培養(yǎng)創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。

二、教學(xué)方式的本土化

STEM課程的內(nèi)容主要分為兩類。一是科學(xué)探究類，學(xué)生一般要經(jīng)歷觀察、問題（即質(zhì)疑）、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)、結(jié)論的過程；二是工程類，學(xué)生要經(jīng)歷確定問題、頭腦風(fēng)暴和計(jì)劃、建造、反復(fù)修改和分享的過程（見圖1）。這兩種類型的研究過程與科學(xué)探究，都與學(xué)校早先指導(dǎo)學(xué)生開展的科技創(chuàng)新項(xiàng)目的研究過程有異曲同工之處。STEM課程將學(xué)生的科技創(chuàng)新由課余時(shí)間轉(zhuǎn)移到了課上，由家長(zhǎng)或教師的個(gè)別輔導(dǎo)變成班級(jí)指導(dǎo)，由個(gè)別學(xué)生自己隨意確定題目到班級(jí)學(xué)生共同研究一個(gè)項(xiàng)目，由學(xué)生自己尋找材料變成教師限定材料進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。于是，教師們將這種教學(xué)方式首先應(yīng)用在科技課程中。

以工程類課程“炫酷的小馬達(dá)”為例，任務(wù)是讓學(xué)生設(shè)計(jì)并制造一輛帶馬達(dá)的小車。教師在課上出示生活中的一些物品，如玩具小車、電風(fēng)扇等，指出它們之所以能夠跑起來、轉(zhuǎn)起來，是因?yàn)槎际褂昧艘粋€(gè)發(fā)動(dòng)裝置，那就是馬達(dá)（發(fā)動(dòng)機(jī)）。在引入課題后，師生共同探究馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和工作原理，然后讓學(xué)生以教師提供的材料設(shè)計(jì)圖紙，利用工程思維建立模型、進(jìn)行測(cè)試、發(fā)現(xiàn)問題，通過不斷調(diào)試和修改，完成作品并展示交流（見圖2）。

科學(xué)探究類課程以美國(guó)教師的“探究擺動(dòng)的快慢與什么因素有關(guān)”為例，教師設(shè)計(jì)的教學(xué)過程如下：首先明確課程的類型是科學(xué)探究課，然后讓學(xué)生觀察什么是“擺”并認(rèn)識(shí)周期。出示可能會(huì)影響擺動(dòng)周期的三個(gè)問題（線繩長(zhǎng)度、擺錘質(zhì)量、下落高度），各組選一個(gè)問題進(jìn)行研究（使每個(gè)問題都有小組在研究）；讓學(xué)生寫出自己的假設(shè)（教師會(huì)讓學(xué)生按照“如果……那么……”這樣的句式來寫出假設(shè)）、實(shí)驗(yàn)步驟（教師會(huì)強(qiáng)調(diào)越詳細(xì)越能夠幫助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)）、變量、要控制的量；提示學(xué)生收集數(shù)據(jù)的時(shí)候可以使用表格，同時(shí)給大家提供一些表格樣式，但是不作出限定。學(xué)生探究后得出并分享結(jié)論，在學(xué)生分享時(shí)，教師告訴學(xué)生一些可用于表達(dá)的句式。在第二次課上，教師出示生活中應(yīng)用擺的例子，讓學(xué)生繼續(xù)實(shí)驗(yàn)并回答一些相關(guān)問題，然后與其他組分享研究成果，最后全班討論哪個(gè)因素對(duì)擺動(dòng)的影響最大。對(duì)此，有的組認(rèn)為是擺線長(zhǎng)度，還有的認(rèn)為是擺錘質(zhì)量或擺動(dòng)幅度，教師最后會(huì)確認(rèn)：對(duì)擺動(dòng)快慢影響最大的因素是擺線長(zhǎng)短。但是對(duì)于質(zhì)量和起始高度是否與擺動(dòng)速度有關(guān)，教師沒有告訴學(xué)生答案，而是給學(xué)生提供了一個(gè)在線測(cè)試擺的程序，讓學(xué)生回去后自己驗(yàn)證結(jié)論。

從以上STEM教學(xué)案例中，可分析教師的教學(xué)方式。包括：明確告訴學(xué)生這是科學(xué)探究課，要經(jīng)歷觀察、問題、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)、結(jié)論的探究過程，并指導(dǎo)學(xué)生按照這個(gè)過程進(jìn)行探究；教師只告訴學(xué)生如何進(jìn)行探究，但具體到每個(gè)實(shí)驗(yàn)如何操作，通過實(shí)驗(yàn)得出什么樣的結(jié)論，由學(xué)生自己探究并找到答案?？梢娫赟TEM教學(xué)中，教師要教會(huì)學(xué)生的是一種方法，真正的探究過程要由學(xué)生自己完成。

在觀摩學(xué)習(xí)了美國(guó)教師的STEM教學(xué)后，中方教師也自主設(shè)計(jì)并實(shí)施了主題為“茶”的探究過程：教師先揭示課題，介紹本次課題是科學(xué)實(shí)驗(yàn)——茶的研究；接著，教師介紹科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“變量”，并以不同口味的口香糖味道消失時(shí)間長(zhǎng)短的研究為例，說明何為自變量和因變量——自變量是對(duì)不同口味口香糖的選擇，因變量是口香糖味道消失的時(shí)間；接下來介紹有關(guān)茶的知識(shí)，包括喝茶的益處等，并演示一段某茶葉商店賣茶的情景；隨后，出示幾種類型的茶，如黑茶、綠茶和紅茶，以及上課要用到的實(shí)驗(yàn)材料，即大燒杯、溫度計(jì)、秒表、電子稱、滴管、護(hù)目鏡、不同溫度的冷水、熱水等。每組學(xué)生選出自己小組要研究的問題，對(duì)研究問題進(jìn)行假設(shè)，按照“如果……那么……”的句式書寫，并記錄研究步驟、變量、控制的量。然后教師提問學(xué)生如何記錄數(shù)據(jù)，給學(xué)生列舉一些記錄數(shù)據(jù)的方法，包括以表格形式記錄數(shù)據(jù)的例子，同時(shí)學(xué)生也可以用其他方式記錄。教師提示學(xué)生安全問題，比如小心熱水等。實(shí)驗(yàn)之后，學(xué)生要將自己的研究以圖表的形式繪制出來，寫出結(jié)論；然后，學(xué)生匯報(bào)自己的發(fā)現(xiàn)，并說一說從當(dāng)天的實(shí)驗(yàn)中學(xué)到了什么。在課上，學(xué)生研究了茶量、水量、溫度、茶的種類以及泡茶時(shí)間等不同因素對(duì)品茶效果的影響，取得了豐富的研究結(jié)果。

三、教學(xué)內(nèi)容的本土化

在實(shí)施STEM課程時(shí)，教師對(duì)美方的課程內(nèi)容根據(jù)學(xué)情進(jìn)行了調(diào)整，使其更適合本土學(xué)生。比如“制作紙板假手”一課，美國(guó)教師在引入新課后，直接讓學(xué)生對(duì)照參考書中的制作步驟制作一支假手；中方教師發(fā)現(xiàn)，這一內(nèi)容可與中方教材中“人體運(yùn)動(dòng)”一課結(jié)合研究骨骼、關(guān)節(jié)、肌肉的關(guān)系，因此修改了原設(shè)計(jì)，請(qǐng)學(xué)生先設(shè)計(jì)一支生理手，再創(chuàng)造一支機(jī)械手。又如“深海生物”一課，外教在講授了大海中不同水深的生物后，讓學(xué)生用紙黏土設(shè)計(jì)一種深海中新的生物；中方教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)深海環(huán)境的理解有困難，于是改變了原設(shè)計(jì)，先讓學(xué)生研究不同環(huán)境中的生物與其環(huán)境相適應(yīng)的特點(diǎn)，再讓學(xué)生創(chuàng)造深海生物，收到了更好的效果。

四、材料與實(shí)施對(duì)象的本土化

在教學(xué)中，教師將國(guó)外所使用的材料替換成了在國(guó)內(nèi)更易獲得的材料，并對(duì)材料的使用進(jìn)行了更嚴(yán)格的約束，以減少浪費(fèi)。如用留聲機(jī)黑膠唱片做彈力小車的輪子，這種唱片在美國(guó)很常見且便宜，但在中國(guó)情況恰恰相反，于是就將其替換成用廢棄光盤做材料。此外，教師發(fā)現(xiàn)有些材料直接替換成其他材料時(shí)效果更好，也做出了調(diào)整。

美國(guó)的STEM課堂上一般只有十幾個(gè)學(xué)生，但我國(guó)班級(jí)中人數(shù)較多，因此更多地采取了3人一組合作完成項(xiàng)目的方式。此外，還可以篩選一部分對(duì)科學(xué)和工程技術(shù)感興趣并有一定操作水平的學(xué)生，采取同質(zhì)分組，實(shí)施分班教學(xué)。

五、對(duì)STEM課程實(shí)施的反思

一是要使目標(biāo)更匹配。STEM課程是綜合型課程，因此目標(biāo)也是綜合性的，具體到課程，需要依據(jù)我國(guó)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。比如“長(zhǎng)頸鹿數(shù)學(xué)”一課，由于中國(guó)學(xué)生的數(shù)學(xué)水平普遍較高，六年級(jí)的絕大多數(shù)學(xué)生已經(jīng)能夠很好地掌握比例運(yùn)算，那么這一課就不必再把比例運(yùn)算作為目標(biāo)，而是在明確了課程的教學(xué)目標(biāo)后，與我國(guó)的課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)和匹配。

二是需進(jìn)一步關(guān)注每個(gè)學(xué)生的實(shí)際獲得。由于班級(jí)人數(shù)較多，勢(shì)必會(huì)影響每位學(xué)生在課程中的實(shí)際獲得，因此還要繼續(xù)提升STEM課程的實(shí)效性，關(guān)注到每個(gè)學(xué)生。

三是要加強(qiáng)設(shè)施設(shè)備建設(shè)。在課程實(shí)施中常常需要學(xué)生使用能夠連網(wǎng)搜索資料的電腦，但在STEM教室里，還達(dá)不到每人一臺(tái)電腦的水平，甚至達(dá)不到每個(gè)小組一臺(tái)電腦并能上網(wǎng)的程度。因此需要加強(qiáng)設(shè)施設(shè)備建設(shè)。

四是要開發(fā)符合本國(guó)國(guó)情的案例。目前的STEM課程案例，多直接來自或參考美國(guó)課程，更符合美國(guó)國(guó)情。比如“計(jì)算教室能裝多少大米”。在美國(guó)的學(xué)校，真的會(huì)有這樣一間教室用于在地震時(shí)儲(chǔ)存大米。但我國(guó)的學(xué)生就會(huì)覺得很奇怪，因?yàn)槲覈?guó)通常沒有這種情況。包括STEM課程的產(chǎn)生，也是美國(guó)發(fā)現(xiàn)自己的國(guó)家在工程領(lǐng)域的人才越來越少了，需要采取措施改變這種情況，解決國(guó)家真實(shí)存在的問題。所以，在開發(fā)案例時(shí)，學(xué)校要結(jié)合國(guó)情、校情、學(xué)情，以及社會(huì)的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題開發(fā)案例，讓真實(shí)問題進(jìn)入STEM課程。當(dāng)然，這也對(duì)師資提出了挑戰(zhàn)。

總之，任何好的課程和方案，都要適合本國(guó)本土的條件和學(xué)生特點(diǎn)，才能達(dá)到良好的效果。所以，STEM教育要在立足本士的基礎(chǔ)上對(duì)先進(jìn)理念與方法進(jìn)行吸納和借鑒。

（責(zé)任編輯 郭向和）