基于高階思維的小學(xué)STEM課程的實(shí)踐研究

光善慧

摘 要：STEM教育目前面臨諸多問題，尤其是缺乏高質(zhì)量的教材。我們在兩年的小學(xué)STEM課程開發(fā)過程中，逐步明確了小學(xué)STEM教材的研究思路、課程性質(zhì)、課程設(shè)計(jì)的基本理念、課程設(shè)計(jì)的依據(jù)、課程教學(xué)目標(biāo)、課程教學(xué)建議，形成了系統(tǒng)的小學(xué)STEM課程教學(xué)大綱，對(duì)教材的落地生根具有巨大的指導(dǎo)意義。我們的目標(biāo)是通過持續(xù)的理論結(jié)合實(shí)踐的研究，開發(fā)出適合中國學(xué)生的STEM課程。

關(guān)鍵詞：高階思維;小學(xué)STEM課程;實(shí)踐研究

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-0069（2019）05-0001-07

收稿日期：2019-06-18

一、引言

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）這四門學(xué)科的英文首字母縮寫。起源于美國的STEM教育，從2001年開始引入中國科技教育領(lǐng)域。STEM教育目前已經(jīng)進(jìn)入我國國家課程標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。2017年教育部發(fā)布的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》特地把STEM教育列為新課程標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容之一[1]。2017年6月，中國教育科學(xué)研究院發(fā)布《中國STEM教育白皮書》。

STEM教育強(qiáng)調(diào)的對(duì)知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用的能力和創(chuàng)新精神彌補(bǔ)了我國傳統(tǒng)基礎(chǔ)教育的短板，更有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。[2]因此，我們開展了小學(xué)STEM教材開發(fā)的實(shí)踐研究，目前1～6年級(jí)教材已經(jīng)出稿，本套小學(xué)STEM教材包括STEM教科書、STEM學(xué)生用書、STEM教師用書和STEM教學(xué)資源包（含教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)課件、器材套件使用微視頻、拓展資料等教學(xué)資源）四個(gè)部分，教師拿到教材，就能著手上課，有效解決了因?yàn)槿狈滩幕蛘哂薪滩膮s無從下手難以開課的困境。

二、小學(xué)STEM課程開發(fā)的研究思路

（一）發(fā)現(xiàn)問題

2017年，我們對(duì)全區(qū)48名科技創(chuàng)新輔導(dǎo)員教師就STEM問題進(jìn)行了問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明，81.25%的老師都沒接觸過STEM教育，18.75%的老師曾經(jīng)開展過STEM教育，但是也只是淺層次的，未曾深入了解。問卷顯示，59.8%的老師認(rèn)為開展STEM教育最大的困難是缺少課程，所以很多老師感覺備課壓力大。當(dāng)前全國各地出現(xiàn)了零星的教材版本，雖然各具特色，但是缺乏一定的科學(xué)規(guī)范和指導(dǎo)，而且大部分教材都類似造物說明書，離教材的標(biāo)準(zhǔn)還有一定距離。

（二）分析問題

教材開發(fā)者對(duì)STEM教育的性質(zhì)、理念、教學(xué)要求、評(píng)價(jià)要求不甚了解，教學(xué)目標(biāo)不明確，是造成教材質(zhì)量問題的主要原因。因此，只有真正走進(jìn)STEM教育的核心，了解STEM教育的真諦，才能做出符合STEM教育要求、符合中小學(xué)生思維發(fā)展特點(diǎn)、符合中國人才發(fā)展需求的STEM教材。STEM教育發(fā)展的關(guān)鍵是教師，有了專業(yè)精干的教師，才有開發(fā)課程的基礎(chǔ)，因此，我們把建設(shè)一支高質(zhì)量的STEM教師團(tuán)隊(duì)放在第一位。

（三）解決問題

1.教師培養(yǎng)“五個(gè)一”，抓好隊(duì)伍建設(shè)

2018年5月，52位教師申報(bào)了瑤海區(qū)首批STEM專業(yè)教師，申報(bào)者有一年考察期，需完成一個(gè)STEM課例，一篇STEM教學(xué)設(shè)計(jì)，一篇STEM教學(xué)反思，一個(gè)自己輔導(dǎo)的學(xué)生創(chuàng)客作品，一篇關(guān)于STEM或創(chuàng)客的教育論文。

2.STEM發(fā)展“五個(gè)一”，抓好研究過程

在開發(fā)教材過程中，我們發(fā)現(xiàn)，單純依靠大學(xué)教授、博士或者企業(yè)，都存在一系列弊端，他們不了解小學(xué)生的心理特點(diǎn)、認(rèn)知規(guī)律和教學(xué)規(guī)律，開發(fā)出來的教材理論難度大，難以落地。所以，我們改變策略，緊緊依靠一線STEM教師，通過發(fā)放資源—磨課研討—展示探究—修改定稿這條技術(shù)路線，從實(shí)踐中來到實(shí)踐中去。同時(shí)，我們制定了創(chuàng)客及STEM發(fā)展“五個(gè)一“思路：每兩周開展一次STEM研討課，每年開展一次高端培訓(xùn)，每年建設(shè)一個(gè)創(chuàng)客空間，每年申報(bào)一個(gè)STEM研究課題，每年出版一本STEM教育案例集。

3.專家引領(lǐng)提升課程設(shè)計(jì)的高度

作為教育領(lǐng)域的新鮮事物，在大家都在摸索、沒有統(tǒng)一概念的背景下，頂層專家引領(lǐng)能讓研究少走彎路，更快更直接地切入STEM教育的核心。中國教育科學(xué)研究院STEM研究中心副主任羅夫運(yùn)一直對(duì)該課題跟蹤指導(dǎo)。華東師范大學(xué)的吳永和教授、中國電化教育雜志社許林社長也為我們的STEM研究做了專題指導(dǎo)，讓我們獲益匪淺。

三、小學(xué)STEM課程的性質(zhì)

兩周一次的STEM課堂教學(xué)實(shí)踐，為我們的研究提供了豐富的營養(yǎng)。我們在學(xué)生的思維發(fā)展中，在不斷的思維碰撞中，逐漸揭開了STEM課程神秘的面紗。

STEM課程是以學(xué)生實(shí)際生活情境和需求為基礎(chǔ)，以學(xué)生實(shí)際生活中發(fā)現(xiàn)的問題為契機(jī)，以體驗(yàn)、驗(yàn)證、探究、創(chuàng)新等方式解決問題為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力、科學(xué)探究能力、工程設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力為目標(biāo)，以培養(yǎng)高階創(chuàng)新人才、全面提升學(xué)生核心素養(yǎng)為目的的綜合實(shí)踐性課程[3]。

（一）科學(xué)性

STEM課程緊緊圍繞學(xué)生身邊發(fā)現(xiàn)的問題開展研究，運(yùn)用科學(xué)技術(shù)手段創(chuàng)新解決實(shí)際問題，是基于工程的思維設(shè)計(jì)。激勵(lì)學(xué)生在實(shí)踐中運(yùn)用已經(jīng)學(xué)習(xí)的科學(xué)知識(shí)，提出問題、作出假設(shè)、確定和控制變量、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)、采集數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、解釋數(shù)據(jù)、反復(fù)實(shí)驗(yàn)、得出結(jié)論，在批判與質(zhì)疑中，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考與判斷的能力，培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)、擁有實(shí)證意識(shí)和嚴(yán)肅求知的態(tài)度，養(yǎng)成多角度、辯證分析問題的思維，努力提高學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

（二）實(shí)踐性

通過具體的實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生可以更好地學(xué)習(xí)STEM課程。STEM教育充分鼓勵(lì)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新，課程設(shè)計(jì)也是以實(shí)踐創(chuàng)新過程為主要環(huán)節(jié)的，動(dòng)手動(dòng)腦、問題解決、技術(shù)運(yùn)用均得以充分體現(xiàn)。課程把驗(yàn)證、探究、制造、創(chuàng)造活動(dòng)當(dāng)成學(xué)生學(xué)習(xí)的主要形式，讓學(xué)生親自體驗(yàn)既動(dòng)手又動(dòng)腦的實(shí)踐活動(dòng)，既掌握科學(xué)研究的方法，也會(huì)運(yùn)用工程設(shè)計(jì)的技巧，發(fā)現(xiàn)實(shí)際生活中存在的問題并及時(shí)提出，運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)、用科學(xué)和工程的獨(dú)特方式來解決問題，在具體實(shí)施過程中豐富認(rèn)識(shí)社會(huì)、改造社會(huì)的體驗(yàn)，擁有科學(xué)家與工程師的雙重思維，最終成為一名未來社會(huì)所需要的創(chuàng)新型人才——?jiǎng)?chuàng)客（Maker）。

（三）綜合性

了解自然現(xiàn)象、處理現(xiàn)實(shí)問題都會(huì)用到不同范疇的知識(shí)和方法。我們設(shè)計(jì)的STEM課程涉及物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球和宇宙科學(xué)、技術(shù)和工程四個(gè)板塊，綜合數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)、科學(xué)等跨學(xué)科知識(shí)，重視培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題的綜合實(shí)踐能力，體現(xiàn)多種知識(shí)范疇的教育效用和思維培育價(jià)值，著力提升學(xué)生的工程師思維和動(dòng)手、動(dòng)腦、社會(huì)實(shí)踐等綜合能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

（四）協(xié)同性

協(xié)作與分享，是創(chuàng)客精神的重要體現(xiàn)。STEM課程在收集資料、制作思維導(dǎo)圖、分析項(xiàng)目、制作作品、展示成果等環(huán)節(jié)，都離不開團(tuán)隊(duì)合作，學(xué)生在相互配合的行動(dòng)中逐步培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作能力，在分享成果的過程中讓別人也了解到自己的感受，在合作分享中找到成就感、獲得感和幸福感。同時(shí)鼓勵(lì)企業(yè)、社會(huì)、政府等多方合作，積極參與，協(xié)同創(chuàng)新。

（五）創(chuàng)新性

STEM課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、勇于探究、敢于創(chuàng)新。在STEM課程設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)里，要求學(xué)生能夠大膽發(fā)揮好奇心和想象力，為了解決問題，能夠不畏困難，比如前期的準(zhǔn)備工作——查資料、作調(diào)查，后期的反復(fù)實(shí)踐測試，鼓勵(lì)學(xué)生堅(jiān)持鍥而不舍的探究精神，大膽創(chuàng)新，積極尋求有效的問題解決方法。

四、小學(xué)STEM課程設(shè)計(jì)的基本理念

（一）以人為本，為每一個(gè)學(xué)生終身發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)

要想讓學(xué)生具備良好的科學(xué)素質(zhì)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，STEM課程具有舉足輕重的實(shí)用主義價(jià)值。不管學(xué)生的差異有多大，比如地域、民族不同，或是經(jīng)濟(jì)、文化背景之間存在相當(dāng)大的鴻溝，抑或是性別、個(gè)性等個(gè)體條件存在差異，STEM課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)都是為全體學(xué)生提供恰當(dāng)、公平學(xué)習(xí)和進(jìn)步的機(jī)會(huì)，力圖讓每個(gè)學(xué)生終身受益，成為未來社會(huì)需要的新型人才。STEM課程應(yīng)該是普惠性教育而不是精英教育，這是STEM課程的基礎(chǔ)。

（二）倡導(dǎo)PBL項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主，改變學(xué)生傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位

傳統(tǒng)的課堂，學(xué)生和老師都缺乏“任務(wù)驅(qū)動(dòng)—解決問題”的激情，死記硬背遏制了教育的生機(jī)！項(xiàng)目學(xué)習(xí)（project-based learning，簡稱PBL）與以往靜態(tài)的學(xué)習(xí)方法有所不同，它是以學(xué)生為中心，選取跨學(xué)科的主題內(nèi)容，讓學(xué)生基于現(xiàn)實(shí)情境，解決實(shí)際問題。在這個(gè)過程中學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生在處理問題中呈現(xiàn)出的方法和能力受到更多關(guān)注。學(xué)生學(xué)習(xí)方法的調(diào)整，在相當(dāng)程度上可以推動(dòng)教師改進(jìn)教學(xué)行為，從而促進(jìn)基礎(chǔ)教育改革的發(fā)展。

（三）堅(jiān)持學(xué)生獨(dú)立思考與積極實(shí)踐相統(tǒng)一，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的價(jià)值觀

STEM課程的項(xiàng)目形成，都是為了解決生活中給人們帶來不便的問題，通過學(xué)生的獨(dú)立思考和積極實(shí)踐，對(duì)問題重新考量，通過創(chuàng)新解決生活中的難題。如和平東校的周文娟老師設(shè)計(jì)的課例“智能盲杖”，就是為了解決盲人生活的不便提出的，學(xué)生通過電子模塊、編程、傳感器等技術(shù)，設(shè)計(jì)出智能盲杖、智能晴雨表、智能家具等一系列物品，讓盲人的生活也充滿光明。

（四）整合課程資源，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合

跨學(xué)科理念有利于學(xué)生在面對(duì)現(xiàn)實(shí)問題時(shí)全面客觀地解決問題。在STEM課程教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題，確定自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，建立適宜的學(xué)習(xí)情景，指引學(xué)生積極研究，促進(jìn)學(xué)生活躍思想，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)到的知識(shí)和技巧加以歸納、思考，使學(xué)生逐步學(xué)會(huì)在各種資源中選擇，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合，努力形成一個(gè)與傳統(tǒng)課堂相輔相成的、顛覆傳統(tǒng)教學(xué)方式的教學(xué)模式，提升學(xué)生核心素養(yǎng)，形成教育新生態(tài)。[4]

五、小學(xué)STEM課程設(shè)計(jì)依據(jù)

（一）依據(jù)小學(xué)生的心理及思維發(fā)展特點(diǎn)設(shè)置課程難度

處于低年級(jí)的小學(xué)生，想象往往是模仿和簡單再現(xiàn)，具有直觀具體的特點(diǎn)，升入高年級(jí)，他們對(duì)具體形象的依賴會(huì)漸漸削弱，創(chuàng)造性想象逐漸萌芽并發(fā)展壯大。他們的思維從以形象思維為主，逐漸發(fā)展到以抽象思維為主。因此，我們在課程內(nèi)容的設(shè)置上采取由易到難、螺旋上升的方式，每個(gè)單元縱向思維和知識(shí)的橫向邏輯均逐步遞進(jìn)，適合不同學(xué)段學(xué)生的知識(shí)水平、認(rèn)知與行為能力水平。

（二）依據(jù)STEM教育的性質(zhì)和特點(diǎn)設(shè)置知識(shí)板塊

結(jié)合STEM教育的性質(zhì)和特點(diǎn)，參考美國《K-12年級(jí)科學(xué)教育框架》和中國2017年《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，我們將課程具體設(shè)置成物質(zhì)科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、生命科學(xué)、技術(shù)與工程四大板塊，關(guān)鍵在于吸引學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，養(yǎng)成獨(dú)特的思維方式以及良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。[5]

（三）依據(jù)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律和教學(xué)目標(biāo)設(shè)置課程類型

根據(jù)不同學(xué)段學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，STEM課程把實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的類型分為驗(yàn)證型、制造型、探究型、創(chuàng)造型，但它們不是孤立存在的，而是根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)和學(xué)生年齡特點(diǎn)互相聯(lián)系，相輔相成，課程整體內(nèi)容連續(xù)，由簡單到復(fù)雜，由基礎(chǔ)到提高，根據(jù)難易程度螺旋式設(shè)計(jì)，以滿足小學(xué)階段各個(gè)年級(jí)學(xué)生不同的生理和心理發(fā)育水平。[6]如下表所示。

六、小學(xué)STEM課程教學(xué)目標(biāo)

小學(xué)STEM課程設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和興趣，讓學(xué)生擁有科學(xué)研究的思維和工程設(shè)計(jì)的意識(shí)，努力成為一名具備科學(xué)家與工程師的思維方法的、具備解決問題能力的、具有創(chuàng)造力的人，讓他們有意識(shí)地堅(jiān)持學(xué)習(xí)，為成為合格公民、做到終身發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

STEM教育旨在在課程引導(dǎo)和幫助下，使學(xué)生達(dá)到以下幾個(gè)方面的目標(biāo)：

（一）知識(shí)目標(biāo)

初步學(xué)習(xí)技術(shù)與工程，如用電子積木模塊制作蜂鳴器報(bào)警裝置、制作食物包裝盒、設(shè)計(jì)博物館警報(bào)器、設(shè)計(jì)智能盲杖、設(shè)計(jì)MORSE CODE（摩斯密碼）發(fā)報(bào)機(jī)、了解橋梁的秘密、設(shè)計(jì)便捷取物器等。

了解地球與宇宙相關(guān)知識(shí)，如陸地與海洋、月相、降雨、風(fēng)向與風(fēng)速、地球的運(yùn)動(dòng)、水質(zhì)等。通過體驗(yàn)與探究，開闊視野，懂得自然界的自然規(guī)律;明白人類之所以能夠生存下來，與自然環(huán)境是息息相關(guān)的;知道現(xiàn)在嚴(yán)峻的環(huán)境問題和其產(chǎn)生的原因;知曉與保護(hù)環(huán)境有關(guān)的信息。

了解生命科學(xué)相關(guān)知識(shí)，如植物生命狀態(tài)、草木扎染、校園植物的土壤環(huán)境、動(dòng)物生命狀態(tài)、人體體征探究、水藻的呼吸與光合作用等與學(xué)生認(rèn)識(shí)水平相符合的科學(xué)常識(shí)，懂得生命的可貴。

學(xué)習(xí)物質(zhì)科學(xué)相關(guān)知識(shí)，如液體密度與溶解、書籍與紙張、磁鐵、尤克里里、吸熱與放熱、連接電路、太陽鏡、蔬菜水果的特性等，對(duì)神奇的大自然永葆一顆好奇心，有充沛的熱情和精力開展探究活動(dòng)。

了解數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)、藝術(shù)、科學(xué)等多學(xué)科知識(shí)、技能與方法，注重知識(shí)積累。

（二）能力目標(biāo)

培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力、批判性思考能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力，以及與他人交流時(shí)恰當(dāng)運(yùn)用科學(xué)語言的能力;形成尊崇實(shí)際、積極探索、與他人合作的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。[7]

具有問題意識(shí)，敢于批判質(zhì)疑;培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立判斷能力。[8]

具有工程思維，思維縝密，能多角度、批判性分析問題，從而做出選擇和決定?？梢詮臒o形的創(chuàng)意和方案延伸出有形的物品，或者能夠?qū)σ呀?jīng)成形物品進(jìn)一步改進(jìn)。[9]

能夠與時(shí)俱進(jìn)，學(xué)會(huì)搜集、處理、運(yùn)用多種信息化技術(shù)的方法，提高技術(shù)素養(yǎng)，能夠積極適應(yīng)信息化社會(huì)。

（三）情感、態(tài)度、價(jià)值觀

在跨學(xué)科綜合學(xué)習(xí)中，理解個(gè)體成長與國家、社會(huì)的關(guān)系，樹立國家意識(shí)和全球意識(shí)，拓寬國際視野。

通過解決身邊的問題，理解自然環(huán)境和人類自身生存息息相關(guān)，通過自己的創(chuàng)新，改善環(huán)境，愛護(hù)環(huán)境，培養(yǎng)勤儉節(jié)約、珍惜資源的好習(xí)慣。

通過STEM工程實(shí)踐，形成熱愛勞動(dòng)、關(guān)心實(shí)踐、尊重科學(xué)、自立自強(qiáng)、勇于競爭、積極合作、大膽創(chuàng)新的優(yōu)秀品質(zhì)。[10]

在積極參加勞動(dòng)生產(chǎn)、公益活動(dòng)等社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中，形成不斷改善和革新勞動(dòng)方法、提升勞動(dòng)效率的意識(shí)。[11]

發(fā)掘自身潛力，用創(chuàng)新思維應(yīng)對(duì)所有問題，成長為有堅(jiān)定的人生方向、具備優(yōu)良的生活質(zhì)量、擁有愛國情懷的負(fù)責(zé)任的人。

七、小學(xué)STEM課程實(shí)施教學(xué)建議

實(shí)現(xiàn)STEM課程目標(biāo)的重要途徑和基礎(chǔ)環(huán)節(jié)在于教學(xué)。組織具體的教學(xué)活動(dòng)、實(shí)施規(guī)定的教學(xué)步驟，應(yīng)該全面貫徹黨的教育方針，以全面培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，堅(jiān)持STEM課程的理念和要求，貫徹STEM教學(xué)原則，改進(jìn)STEM教學(xué)的實(shí)踐效果，遵循中小學(xué)生身心發(fā)展的規(guī)律，加快創(chuàng)新思維的產(chǎn)生和發(fā)展。

（一）STEM教師培養(yǎng)建議

2018年5月8日，中國教育科學(xué)研究院STEM研究中心發(fā)布了《STEM教師能力等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》。由于STEM課程的綜合跨學(xué)科特點(diǎn)，目前沒有專業(yè)的STEM教師，都是由有興趣的各學(xué)科教師兼任，為更好地落實(shí)STEM課程，必須依據(jù)《STEM教師能力等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，培養(yǎng)適合STEM教學(xué)的“五?！苯處熂磳Ｂ毷谡n、專注研究、專門培訓(xùn)、專業(yè)學(xué)習(xí)、專于創(chuàng)新的新型教師。

在具體的教學(xué)活動(dòng)中，STEM教師需要意識(shí)到課程的綜合性特點(diǎn)，精準(zhǔn)把控，以學(xué)生高階思維、創(chuàng)新能力提升必須面對(duì)的重要關(guān)系為突破口，將工程、技術(shù)、科學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，通過科學(xué)設(shè)計(jì)將這些內(nèi)容完美融合在一起，分板塊、分領(lǐng)域展開教學(xué)活動(dòng);應(yīng)深刻理解STEM課程所具備的綜合性和科學(xué)性的特征，不要將教授和背誦知識(shí)的環(huán)節(jié)簡單地概念化和孤立化，而應(yīng)出于對(duì)學(xué)生高階思維提升的需求開展對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)。[12]

（二）教學(xué)目標(biāo)建議

培養(yǎng)學(xué)生的高階思維、促進(jìn)國家創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是STEM課程的宗旨。小學(xué)時(shí)期開始STEM教學(xué)，是為從小培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣、實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)，為培養(yǎng)未來的工程師打基礎(chǔ)的。STEM教師需要把培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力當(dāng)成教學(xué)設(shè)計(jì)和最終實(shí)施的最高標(biāo)準(zhǔn)。在制定教學(xué)目標(biāo)時(shí)不僅要重視不同學(xué)科的知識(shí)，還要關(guān)注有利于實(shí)踐創(chuàng)新的平臺(tái)設(shè)置與資源應(yīng)用，注重各方面目標(biāo)的整合與平衡。

高階思維、科學(xué)素養(yǎng)的形成是長期的，只有通過連貫、進(jìn)階的STEM學(xué)習(xí)與躬行實(shí)踐才能達(dá)成。STEM教師應(yīng)從課程整體出發(fā)，掌握課程標(biāo)準(zhǔn)、教材設(shè)計(jì)的思考路徑，梳理課程標(biāo)準(zhǔn)、教材在培養(yǎng)STEM能力方面的縱向、橫向脈絡(luò)，包括和眾多不同學(xué)科的橫向關(guān)系，明晰每一堂課的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)期目標(biāo)、課程目標(biāo)的關(guān)系，從而合理確定課程的教學(xué)目標(biāo)。[13]

（三）教學(xué)活動(dòng)建議

為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，STEM教師要為學(xué)生提供多樣化的活動(dòng)、實(shí)踐和探究機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在合作探究、思維碰撞中提升核心素養(yǎng)。

1.設(shè)計(jì)好項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是STEM學(xué)習(xí)的主要方式，它把學(xué)生作為教學(xué)實(shí)踐的核心，提供素材建立特定的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生分組成立團(tuán)隊(duì)，在特定環(huán)境里解決開放式問題，從而自主探究學(xué)習(xí)。教師要注意安排好以下環(huán)節(jié)：學(xué)生合理分組、指導(dǎo)技術(shù)使用、合作設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖、探究制作項(xiàng)目、分享成果、評(píng)價(jià)。教師要幫助學(xué)生克服畏難心理，采用多種方式激勵(lì)學(xué)生，加深他們對(duì)問題的領(lǐng)會(huì)程度。項(xiàng)目式教學(xué)不同于傳統(tǒng)意義上的填鴨式教學(xué)，它需要教師花費(fèi)更多時(shí)間備課，準(zhǔn)備足夠的材料帶領(lǐng)每個(gè)小組展開探究，發(fā)散、創(chuàng)新、拓展是課堂必不可少的環(huán)節(jié)。這種學(xué)習(xí)有助于培育小學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、實(shí)踐能力、決策和實(shí)施具體項(xiàng)目的能力，從而成就學(xué)生的高階思維。

2.開展好活動(dòng)，動(dòng)手動(dòng)腦練思維

STEM課與其他課的主要差別在于，STEM課是通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)來解決問題，學(xué)生主要是親自實(shí)踐展開學(xué)習(xí)活動(dòng)，例如展開實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)作模型，觀察、測量，種植，考察、記錄，等等。這些活動(dòng)作為獨(dú)特的學(xué)習(xí)方式，不僅深受學(xué)生喜愛，也可以幫助學(xué)生更好理解科學(xué)、工程、技術(shù)等抽象概念。教師設(shè)計(jì)課程時(shí)，要搭建平臺(tái)，讓學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦相結(jié)合。一邊動(dòng)手一邊思考問題，讓雙方相互支撐，相輔相成。

3.開展合作探究式學(xué)習(xí)

合作探究式學(xué)習(xí)是STEM教育的主要學(xué)習(xí)方式，這種學(xué)習(xí)方式契合小學(xué)生的天性，可以在一定程度上喚起小學(xué)生的求知欲，有利于他們對(duì)科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等跨學(xué)科概念的理解。

指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作探究式學(xué)習(xí)，應(yīng)注意以下問題：

（1）關(guān)注探究活動(dòng)的所有要素?？茖W(xué)探究包括提出問題、做出假設(shè)、制訂與實(shí)施研究方案、得出結(jié)論、表達(dá)交流等要素。每個(gè)要素都與不同的學(xué)科思維方式相關(guān)聯(lián)，因此要盡量避免程序化、形式化的科學(xué)探究。只有給予學(xué)生足夠的運(yùn)用跨學(xué)科思維方式的機(jī)遇，才能使學(xué)生最終具備跨學(xué)科整合的思維方式。

（2）精心設(shè)置探究問題。探究問題的來源有三個(gè)途徑：學(xué)生身邊發(fā)現(xiàn)的問題，項(xiàng)目學(xué)習(xí)中所必須探究的問題，課堂教學(xué)中生成的問題。無論問題來自何方，都要求符合學(xué)生自身探究能力的層次。控制好課堂探究的時(shí)間、問題的結(jié)構(gòu)、效果及結(jié)論，對(duì)于啟迪學(xué)生思維、促進(jìn)創(chuàng)新因子發(fā)展有非常重要的價(jià)值。

（3）安排好STEM學(xué)習(xí)中學(xué)生和教師的角色關(guān)系。STEM探究式教學(xué)要求把學(xué)生作為教學(xué)的主體，但教師也要起到適當(dāng)指導(dǎo)的作用。教師角色——引導(dǎo)者，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)意靈感;參與者，學(xué)生邊動(dòng)手，教師邊指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維;倡導(dǎo)者，評(píng)價(jià)學(xué)生成果，倡導(dǎo)創(chuàng)客精神，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新興趣和欲望。學(xué)生角色——發(fā)起人，學(xué)生在教師引導(dǎo)下自主探索、發(fā)現(xiàn)問題、提出問題;創(chuàng)造者，將自己的想法和創(chuàng)意制造成作品，變?yōu)楝F(xiàn)實(shí);學(xué)習(xí)者，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，需要自己做主，通過閱讀、觀察、研究、實(shí)踐等多種方式促進(jìn)個(gè)體的持續(xù)變化。教師的指導(dǎo)要富于啟發(fā)，要啟發(fā)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，所有過程都應(yīng)該是生成式學(xué)習(xí)。

要多采用能吸引學(xué)生注意力、符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，以及可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的教學(xué)方案和教學(xué)策略，使學(xué)生愿意主動(dòng)學(xué)習(xí)。如做創(chuàng)客小導(dǎo)師、創(chuàng)造模型、辯論會(huì)、小組競賽等，這些新穎的教學(xué)方法都能促進(jìn)學(xué)生對(duì)STEM的進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)。[14]

（四）STEM學(xué)習(xí)場所建議

創(chuàng)客空間、教室都可以成為STEM學(xué)習(xí)的地方，除此之外，還有更廣闊的STEM學(xué)習(xí)天地，如校園、家庭、科技館、青少年科普實(shí)踐基地等，處處是創(chuàng)造之地，時(shí)時(shí)是創(chuàng)造之時(shí)。需要教師根據(jù)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的需要精心選題、精心策劃。安排學(xué)生去之前，設(shè)計(jì)好任務(wù)清單，考察任務(wù)、目標(biāo)、內(nèi)容、問題都要清晰，才能真正讓這些空間成為STEM教育的鮮活資源。

（五）STEM教育創(chuàng)客器材建議

STEM教育是一種新的教育理念，它最主要是基于項(xiàng)目引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)。學(xué)生通過項(xiàng)目綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等方面知識(shí)，解決現(xiàn)實(shí)世界中的問題是它主要的特點(diǎn)。其中的“創(chuàng)”是核心。完成項(xiàng)目的工具主要有創(chuàng)客編程軟件Scratch、3D打印、Arduino實(shí)施平臺(tái)、知識(shí)檢索資源庫、各類傳感器、通用工程工具設(shè)備等，現(xiàn)在又引進(jìn)人工智能等新技術(shù)。在發(fā)揮新技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)，不應(yīng)忽視真實(shí)情境、直接經(jīng)驗(yàn)對(duì)小學(xué)生的重要作用。

八、結(jié)語

實(shí)踐證明，沒有教材的創(chuàng)客空間難以走長遠(yuǎn)。目前，我們課題組的小學(xué)STEM教育1～6年級(jí)12冊教材已經(jīng)成稿，最終將形成適合中國小學(xué)生思維培養(yǎng)的STEM教育地方教材。初中、高中STEM教育教材也在持續(xù)開發(fā)之中。

“工欲善其事，必先利其器。”最好的教育，就是讓孩子們自己去發(fā)現(xiàn)、去創(chuàng)造。STEM及創(chuàng)客教育不僅僅是信息化創(chuàng)新，也不僅僅是課程創(chuàng)新、方式創(chuàng)新，更是社會(huì)在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代對(duì)教育的召喚。一個(gè)人人皆學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)、處處能學(xué)的環(huán)境，一個(gè)人人皆創(chuàng)、時(shí)時(shí)可創(chuàng)、處處能創(chuàng)的社會(huì)已經(jīng)來臨?，幒TEM及創(chuàng)客教育研究一直在路上，期望隨著信息技術(shù)進(jìn)步的浪潮不斷前行，期望能為基礎(chǔ)教育的改革與創(chuàng)新貢獻(xiàn)出力所能及的力量！

參考文獻(xiàn)

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com/view/1f706e6d59fb770bf78a6529647d27284b7337d9.html.

（責(zé)任編輯 孫震華）

Practical Research on Primary School STEM Curriculum Based on Higher-order Thinking

GUANG Shanhui

（Education and Sports Bureau of Yaohai District，Hefei，Anhui，China 230011）

Abstract： STEM education currently is faced with many problems，especially the key lack of high quality teaching materials.During the two-year STEM curriculum development process，we gradually clarified the research ideas，the nature of the curriculum，the basic concepts of curriculum design，the basis of curriculum design，the teaching objectives of the curriculum，and the teaching suggestions of the curriculum.Accordingly，we formed a systematic primary school STEM curriculum.The syllabus of the course has great guiding significance for the birth of the teaching materials.Our goal is to develop a STEM curriculum suitable for Chinese students through continuous theory and practical research.

Key words： higher-order thinking;primary school STEM curriculum;practical research