當(dāng)前我國STEM教育存在的問題探究

謝琪 邵佳靚

摘要：STEM教育已成為各國的戰(zhàn)略并受到普遍重視，作者結(jié)合STEM教育的特征以及國內(nèi)外的實施情況，指出目前的STEM教育實踐在課程的設(shè)計、課程的實施以及師資等方面存在的一系列問題，并建議從STEM教育的核心素養(yǎng)的建立、科學(xué)的課程體系的開發(fā)、評價體系的研發(fā)和教學(xué)方法的研究四個方面入手來加以解決。

關(guān)鍵詞：STEM教育;問題;對策

中圖分類號：G434? 文獻標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2019）21-0100-04

● STEM教育的特征

STEM代表科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics），它是培養(yǎng)綜合運用STEM知識解決現(xiàn)實問題的能力的教育。

美國學(xué)者Yakman增加了藝術(shù)（Arts）學(xué)科，提出了STEAM金字塔結(jié)構(gòu)框架，并總結(jié)出跨學(xué)科、藝術(shù)性、情境性、設(shè)計性、團隊協(xié)作性5個特點。[1]余勝泉和胡翔指出STEM教育中四門學(xué)科的教學(xué)必須緊密相連，以整合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生掌握知識和技能，并能進行靈活遷移應(yīng)用于解決真實世界的問題，提出跨學(xué)科、趣味性、體驗性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計性、藝術(shù)性、實證性和技術(shù)增強性9個特征。[2]

2017年2月，教育部頒布《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，首次以科學(xué)課為依托，提出STEM教育的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)STEM教育的核心是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式。隨后，2017年6月發(fā)布的《中國STEM教育白皮書》指出，應(yīng)將STEM教育納入國家創(chuàng)新型人才培養(yǎng)戰(zhàn)略。

● STEM教育的實踐情況

1.機器人學(xué)習(xí)

歐洲國家及美國采用機器人學(xué)習(xí)作為STEM學(xué)習(xí)的項目之一，主要是使用工具包建造和編程機器人[3];美國麻省理工學(xué)院在1994年設(shè)立了“設(shè)計和制造LEGO機器人”課程，終身幼兒園（Lifelong Kindergarten）與樂高公司合作，設(shè)計了視覺化程序編輯工具——RCX Code，結(jié)合硬件組成了樂高機器人，到2007年又推出Scratch編程軟件，學(xué)生能夠使用積木式編程軟件實現(xiàn)對機器人的設(shè)計、制作和控制。美國加州項目引路計劃（PLTW）開發(fā)的STEM課程，要求學(xué)生能夠設(shè)計、構(gòu)建機器人。[4]Mataric和Koenig等人搭建了適合各個年齡段學(xué)生的機器人試驗臺和編程方法，詳細介紹和描述了機器人項目工作簿和試驗臺，提供項目中機器人的軟件、硬件以及材料，為機器人教育工作者提供了參考。[5]美國卡耐基梅隆大學(xué)發(fā)布了5門機器人課程，以鍛煉學(xué)生的科學(xué)、技術(shù)素養(yǎng)。[6]

我國的機器人教學(xué)2000年在北京景山學(xué)校率先開展，主要是進行機器人競賽培訓(xùn)，內(nèi)容包括了解機器人概況、熟悉機器人硬件、掌握機器人編程、設(shè)計并開發(fā)機器人項目等。2018年11月，推出了小學(xué)到高中的首套人工智能教材，并于2019年在上海投入使用。

2.外展活動

一些學(xué)校采用了“外展（outreach）活動”開展STEM教育，活動由STEM公司執(zhí)行，人員是K-12學(xué)生及其教師。開展形式有：研究機構(gòu)（公立或私立）專家的客座課程;工業(yè)實驗室邀請學(xué)生到其工作環(huán)境中，展示他們的工作方式，或由業(yè)內(nèi)專家開發(fā)作業(yè)，由教師執(zhí)行必須在公司內(nèi)部解決的真正問題。在荷蘭，已經(jīng)啟動了一個“青年和技術(shù)網(wǎng)絡(luò)”（Jet-Net），以便STEM行業(yè)與高中合作創(chuàng)建活動，展示高中科學(xué)（STEM）如何適用于學(xué)生的世界觀。2012年，Jet-Net模型也在丹麥推行。在美國，項目引路計劃、New Tech高中和pTech項目是整合學(xué)校學(xué)科和現(xiàn)實世界學(xué)科的最大工業(yè)合作范例。

3.3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)

許多國家和機構(gòu)正積極探索3D打印技術(shù)和STEM教育的融合，以推動技術(shù)驅(qū)動教學(xué)創(chuàng)新。從資助類別來看分為兩類：一類是由政府直接撥款主導(dǎo)而發(fā)展起來的教育項目，典型的有英國3D打印教育試點工程、澳大利亞3D打印教育推廣項目;另一類是政府引導(dǎo)，社會機構(gòu)、公司資助開發(fā)或自行開發(fā)的一系列活動或課程，如美國PLTW部分項目、日本DHM項目、Stratasys 3D打印課程等。[7]目前開展的3D打印使用情況分為六個類別：①學(xué)生的3D打印學(xué)習(xí);②教育者的3D打印培訓(xùn);③作為教學(xué)中的輔助技術(shù);④以學(xué)習(xí)為目標(biāo)的工藝成品;⑤創(chuàng)建輔助技術(shù);⑥支持外展活動。[8]

● 存在的不足

盡管國內(nèi)外對STEM教育已經(jīng)進行了比較多的探索，但目前國內(nèi)的STEM教育還存在若干急需要解決的問題。

1.國內(nèi)科學(xué)的STEM課程設(shè)置的欠缺

STEM教育目前正處于初步發(fā)展階段，教師只知道STEM的含義，卻不知道如何整合課程。目前存在三種類型的“STEM課程”：第一種是從國外購買，照搬和翻譯國外學(xué)校STEM教育的課程資源和設(shè)置體系;第二種是由本校的信息技術(shù)教師按照自己的經(jīng)驗直接開發(fā)，這種形式是國內(nèi)較為常見的形式，絕大多數(shù)是依托Scratch創(chuàng)意編程、Arduino創(chuàng)意電子等進行開發(fā);第三種是公司為了銷售硬件的需要開設(shè)配套的STEM課程，或者公司委托高校來開發(fā)相關(guān)設(shè)備銷售的配套教材，用于社會的培訓(xùn)。由此，課程標(biāo)準(zhǔn)便顯得尤為重要，它作為教育者從事教育工作的“指揮棒”，是教師明確課程性質(zhì)、課程目標(biāo)及實施建議的參考性文本，是教師進行理念轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)性文件。若無課程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定，教師無法真正理解STEM教育，則無法保證教學(xué)質(zhì)量和水平，各學(xué)校冠以“STEM教育”的頭銜就無法真正達到培養(yǎng)人的目標(biāo)。

2.國內(nèi)STEM教學(xué)資源稀缺

以美國為主的發(fā)達國家已進行了較長時間的STEM教學(xué)，并產(chǎn)生了較多實用的課堂案例，國內(nèi)的教師目前大多處于模仿階段，且迫于學(xué)校的課時安排，極少能夠抽出超過兩節(jié)課的時間完成一堂完整的STEM課。目前有陳如平、李佩寧編寫的《美國STEM課例設(shè)計》一書，其中包含美國中小學(xué)課堂中的50個課例，可以供國內(nèi)的教師學(xué)習(xí)研究。但僅有此類課例是不夠的，真正適合我國的教學(xué)設(shè)計應(yīng)該是符合我國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的，做到立德樹人，實踐、探索真正符合我國發(fā)展的教學(xué)案例。