淺談STEM理念對(duì)科技館的科學(xué)教育帶來的影響

關(guān)鍵詞：STEM;科學(xué)教育;科學(xué)探究課程

中圖分類號(hào)：G322.2;G633.98 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）06-0183-03

Keywords：STEM;science education;scientific inquiry course

1 ?STEM教育及其特點(diǎn)

1.1 ?STEM教育的概念

STEM教育是于2103年由美國(guó)提出并實(shí)施的新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)，從字面上分解，它是指科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics），在韋鈺院士譯著的《以大概念理念進(jìn)行科學(xué)教育》中對(duì)STEM四個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的定義解讀：

（1）科學(xué)：經(jīng)實(shí)證檢驗(yàn)的有關(guān)自然界的概念，它們?cè)诋a(chǎn)生這些概念的時(shí)間長(zhǎng)河和過程中不斷積累而成;

（2）技術(shù)：為服務(wù)于人類自身的需要和向往，由人類產(chǎn)生的系統(tǒng)、過程和人工制品;

（3）工程：為解決人類面對(duì)的問題，由科學(xué)知識(shí)支撐、具有設(shè)計(jì)目標(biāo)的、系統(tǒng)的和可重復(fù)的過程;

（4）數(shù)學(xué)：對(duì)模型和定量關(guān)系的研究，用數(shù)字的形式和形狀作為符號(hào)表達(dá)數(shù)和空間，并通過邏輯推理來證實(shí)。

從中可以看出一些關(guān)鍵詞，STEM教育是使學(xué)生鉆研與生活相關(guān)的現(xiàn)實(shí)任務(wù)，取得具體的學(xué)習(xí)成果，把教育與未來工作中碰到的問題直接掛鉤。如果把這項(xiàng)任務(wù)比作一項(xiàng)工程，那么這個(gè)工程就是應(yīng)用數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的概念來系統(tǒng)地解決現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的問題。

1.2 ?STEM教育的特點(diǎn)

STEM教育不是憑空出現(xiàn)的，而是已經(jīng)經(jīng)歷百年的發(fā)展。現(xiàn)代STEM教育的源頭被認(rèn)為是克伯屈的項(xiàng)目方法，其雛形的歷史被追朔到20世紀(jì)初的農(nóng)業(yè)手工培訓(xùn)和瑞典式的手工藝教育培訓(xùn)等，不論源于何種教育的雛形，可以看到今天的STEM教育已經(jīng)融合了探究、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以及手工藝實(shí)踐模式的特征，這些特征歸納起來可以從以下四方面進(jìn)行表述：

（1）STEM教育強(qiáng)調(diào)用工程項(xiàng)目的方式解決現(xiàn)實(shí)中的問題。包括現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)任務(wù)和學(xué)生通過設(shè)計(jì)要求掌握的與任務(wù)相關(guān)的知識(shí)兩個(gè)方面，在教師設(shè)定任務(wù)目標(biāo)時(shí)，學(xué)習(xí)的邊界或限定的條件都是基于實(shí)用性，強(qiáng)調(diào)解決實(shí)際問題的社會(huì)價(jià)值性與可操作性，彌補(bǔ)了探究式實(shí)用性不足的缺點(diǎn)，同時(shí)也為解決大學(xué)生與社會(huì)脫節(jié)的問題找到了一個(gè)方向。

（2）STEM教育是跨學(xué)科的融合。在探究式教學(xué)中，有時(shí)為了更有利于探究變量的控制或者實(shí)現(xiàn)探究問題的易實(shí)現(xiàn)性，往往會(huì)減少或不考慮跨學(xué)科性的問題，一些“STEM課程”易于望文生義，把各個(gè)學(xué)科內(nèi)容羅列在一節(jié)探究課中就當(dāng)做跨學(xué)科。實(shí)際上，STEM教育跨學(xué)科的融合不僅僅指跨學(xué)科內(nèi)容的羅列，更重要的是跨學(xué)科概念的運(yùn)用與理解。在STEM教育中提出的跨學(xué)科概念有利于闡明各學(xué)科核心概念的現(xiàn)象或問題，有助于把各學(xué)科之間邏輯地聯(lián)系到一起。同時(shí)核心科學(xué)概念的提出打通了跨學(xué)科融合的壁壘，而且基于跨學(xué)科通用的核心科學(xué)概念把各學(xué)科分支上的研究又匯總在了一條科學(xué)的主干道上。

（3）STEM教育強(qiáng)化了實(shí)踐的流程化和迭代性。在科學(xué)探究學(xué)習(xí)過程中，我們知道探究模式，在傳統(tǒng)的科學(xué)教育中會(huì)嚴(yán)格按此模式用于探究教學(xué)。雖然在STEM教育中依然有一定的模式：提出問題、設(shè)計(jì)方案、執(zhí)行方案、測(cè)試結(jié)果、改進(jìn)方法、重新制定方案、交流討論，但是工程設(shè)計(jì)模式的線性關(guān)系和迭代性在很大程度上依賴于學(xué)生在解決問題的過程中學(xué)習(xí)并吸收新的知識(shí)，并運(yùn)用迭代模式改進(jìn)或優(yōu)化所做的方案，不像在科學(xué)探究往往只是限定現(xiàn)學(xué)知識(shí)和已經(jīng)觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行判斷和理解。

（4）STEM教育本質(zhì)是基于實(shí)踐的探究?？茖W(xué)的本質(zhì)是探究，從美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》提出的三個(gè)維度（科學(xué)與工程實(shí)踐、跨學(xué)科概念和學(xué)科核心概念）的框架來看，不論是強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐性還是跨學(xué)科的概念都屬于科學(xué)探究的范疇，而STEM教育正是基于科學(xué)與工程實(shí)踐的跨學(xué)科探究式學(xué)習(xí)，所以探究就是STEM教育基本屬性，但同時(shí)增加了一個(gè)實(shí)踐的前提。

2 ?STEM對(duì)科技館的科學(xué)教育活動(dòng)的影響

在科技館傳統(tǒng)展教活動(dòng)中的專題講解、科學(xué)秀和相互式探究活動(dòng)中，挖掘展品的聯(lián)系點(diǎn)就是找到其體現(xiàn)的某個(gè)科學(xué)知識(shí)或科學(xué)原理，如果一件綜合的展品表現(xiàn)的原理比較復(fù)雜，或者是由幾個(gè)原理或知識(shí)組成的，可能有些無從下手，這是因?yàn)橹v解教育與科學(xué)探究活動(dòng)擅長(zhǎng)點(diǎn)的講解與探究，以展品配套活動(dòng)為點(diǎn)，可以抓住展品的特點(diǎn)加以實(shí)施，把各展區(qū)的展品串聯(lián)為一個(gè)系列式的、跨學(xué)科的科學(xué)教育活動(dòng)，但是需要注意，正是由于STEM的跨學(xué)科的特點(diǎn)，所以很容易把看似幾個(gè)不相關(guān)的點(diǎn)連成線。。

2.1 ?STEM理念下展教活動(dòng)的系統(tǒng)化與獨(dú)立性的統(tǒng)一

在現(xiàn)有的展教活動(dòng)中，每個(gè)展品的主題活動(dòng)是相對(duì)獨(dú)立的，課程間沒有必然的聯(lián)系。在STEM課程的設(shè)計(jì)中，大多數(shù)課程通過跨學(xué)科概念與學(xué)科核心概念構(gòu)建成一個(gè)完整的課程系統(tǒng)。由于其跨學(xué)科的特點(diǎn)，勢(shì)必需要串聯(lián)起不同知識(shí)區(qū)域的展品，同時(shí)因?yàn)檎箯d教育活動(dòng)對(duì)象具有易于流動(dòng)性與臨時(shí)性的特點(diǎn)，所以不一定能夠有足夠的耐心與時(shí)間完成一個(gè)系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)，這就需要我們把每個(gè)活動(dòng)設(shè)計(jì)得具有相對(duì)獨(dú)立性。單個(gè)課程是獨(dú)立的，由多個(gè)單一課程又能組成一個(gè)完整的STEM系列課程。

以STEM理念主導(dǎo)課程設(shè)計(jì)勢(shì)必大大增強(qiáng)課程的系統(tǒng)性，同時(shí)又強(qiáng)調(diào)每個(gè)子課程的獨(dú)立性，這打破了原有展廳科學(xué)教育活動(dòng)各自為戰(zhàn)的局面，一些好像不相關(guān)的展品或活動(dòng)會(huì)被串聯(lián)起來，形成一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)課程。

2.2 ?通過STEM深化現(xiàn)有的科學(xué)探究課程

原有的科學(xué)教育活動(dòng)是我們現(xiàn)有展教科學(xué)教育活動(dòng)的基礎(chǔ)，從探究課程到完全的STEM課程是一個(gè)逐步分階的過程，完全符合STEM框架的新課程要求，不可能一蹴而就，如何處理新舊課程過渡的問題，不僅僅是研究的時(shí)間成本問題，同樣還有展品改造成本等因素，所以我們可以在原有的課程基礎(chǔ)上運(yùn)用STEM關(guān)于“三個(gè)維度”對(duì)現(xiàn)在科學(xué)教育活動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化與改造，我們且稱之為STEM深化的過程。

配套展品開展教育活動(dòng)的課程很多，不是所有課程都適應(yīng)STEM的深化，我們應(yīng)該緊緊抓住STEM的特點(diǎn)、展品及活動(dòng)來尋找可利用深化改造的課程。其主要基于三個(gè)層面的考慮：基于反應(yīng)實(shí)際問題的展品及其相關(guān)活動(dòng)、跨學(xué)科聯(lián)系的寬度、近期沒有展品有改造計(jì)劃。

水廠和電網(wǎng)是許多科技館常有的傳統(tǒng)展項(xiàng)，與我們的生活息息相關(guān)，以《水的凈化》課程案例為例，比如在廣西科技館的二期改造時(shí)保留了有關(guān)于水廠純化水源的工序流程的一個(gè)展品。此課程結(jié)合科技館的科學(xué)工作室中《水的凈化》一課成為與展品配套呈現(xiàn)的經(jīng)典科學(xué)教育活動(dòng)課程。通過STEM框架深化課程的操作如表1所示，以此為例通過闡述如何通過STEM框架深化課程。此課程設(shè)計(jì)參考引用了《STEM教學(xué)設(shè)計(jì)》書中案例《水，到處都是水，可是沒有一滴能喝》的一些思路與現(xiàn)在的一些展品內(nèi)容相融合。由表1可以看出，通過STEM深化的課程中跨學(xué)科的方向是有效地聯(lián)接各展品的結(jié)點(diǎn)，這一系列的活動(dòng)設(shè)計(jì)有效地把科技館的幾個(gè)主題展區(qū)的相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系在一起，通過一個(gè)STEM系列課程把單一知識(shí)點(diǎn)展品的配套科學(xué)探究活動(dòng)拓展成為一個(gè)系統(tǒng)化的課程體系。

科學(xué)教育活動(dòng)的STEM是針對(duì)展品配套的活動(dòng)在一定時(shí)間內(nèi)沒有改變，所以采取的升級(jí)軟件的辦法。從科學(xué)探究活動(dòng)到STEM的轉(zhuǎn)化是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，也不是所有活動(dòng)都需要進(jìn)深化，如何深化與如何選擇都需要據(jù)根當(dāng)下展品與展覽教育活動(dòng)的情況而定。

3 ?結(jié) ?論

可以看到，在STEM教育全球流行的今天，科技館作為科學(xué)技術(shù)教育前沿的科普陣地，應(yīng)當(dāng)及時(shí)響應(yīng)科學(xué)教育的最新理念，科技館引用STEM的進(jìn)程勢(shì)在必行。運(yùn)用STEM理念對(duì)展覽設(shè)計(jì)與教育進(jìn)行有益的改造，將是科技館未來一段時(shí)間內(nèi)需要大膽嘗試與認(rèn)真探索的一項(xiàng)任務(wù)，希望STEM教育為我們打開的一扇窗口能成為科技館轉(zhuǎn)型升級(jí)的拐點(diǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：張祖興（1981.04-），男，漢族，廣西北海人，講師，在職研究生，主要研究方向：青少年科技教育與產(chǎn)品研發(fā)。