基于STEM教育理念的教學(xué)方法的選擇

鄭澤麗

(喀什大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，新疆喀什，844000)

STEM，即科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)的英文首字母的縮寫(xiě)。教育理念注重有效地培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)的素養(yǎng)、技術(shù)的素養(yǎng)、工程的素養(yǎng)與數(shù)學(xué)的素養(yǎng)，具有跨學(xué)科性、趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性等教育特征。[1]STEM教育注重提高學(xué)生問(wèn)題分析與解決的能力以及創(chuàng)新能力，有助于為21世紀(jì)培養(yǎng)一批創(chuàng)新型人才。在美國(guó)，STEM教育已經(jīng)發(fā)展30多年，近年來(lái)世界各國(guó)也逐漸開(kāi)始實(shí)施STEM教育。隨著STEM教育理念日漸深入實(shí)施，社會(huì)必然會(huì)對(duì)STEM的教師和學(xué)生提出更高的要求，STEM教師對(duì)教學(xué)方法的正確選擇是首要的。因此，在STEM現(xiàn)代教育理念日漸深入的情況下，STEM教師對(duì)教學(xué)方法的正確選擇在實(shí)踐中也變得尤為重要。

一、STEM教育實(shí)施的必要性

隨著信息時(shí)代的發(fā)展，STEM教育理念的實(shí)施有其必要性。一方面，從國(guó)際層面來(lái)看，各國(guó)為提高本國(guó)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，競(jìng)相培養(yǎng)21世紀(jì)技能人才。另一方面，從我國(guó)國(guó)情來(lái)看，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型發(fā)展需要合理的人才結(jié)構(gòu)和高質(zhì)量的人才。

(一)國(guó)際社會(huì)對(duì)21世紀(jì)技能人才的迫切需求

國(guó)際社會(huì)對(duì)21世紀(jì)技能人才的重視與迫切需求，使STEM教育有其實(shí)施的必要性。21世紀(jì)所要求的技能之一就是學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的技能。從宏觀上看，是否具有學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的技能被國(guó)際社會(huì)當(dāng)作區(qū)分學(xué)生是否已為21世紀(jì)越來(lái)越復(fù)雜的國(guó)際社會(huì)生活與工作環(huán)境做好準(zhǔn)備的一種認(rèn)證方式。從微觀上看，創(chuàng)造性、批判性思維、交流與溝通以及合作等是學(xué)生為未來(lái)國(guó)際社會(huì)做好準(zhǔn)備所必不可少的。[2]而STEM教育的實(shí)施有助于充分培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)與探究的能力、創(chuàng)新的意識(shí)、批判性的思維、信息技術(shù)的應(yīng)用能力等未來(lái)社會(huì)發(fā)展所必備的技能和創(chuàng)新能力。[3]因此，STEM教育的實(shí)施有助于21世紀(jì)的技能專(zhuān)業(yè)人才的再教育和培養(yǎng)，有助于滿(mǎn)足未來(lái)國(guó)際社會(huì)對(duì)技能人才的迫切需求。

(二)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)與教育的發(fā)展需要優(yōu)質(zhì)的STEM人才

我國(guó)在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的過(guò)程中存在著人才質(zhì)量不高、人才結(jié)構(gòu)有缺陷等問(wèn)題，教育領(lǐng)域中新時(shí)代核心素養(yǎng)對(duì)教育人才有了新的要求。所有這些問(wèn)題或要求均促進(jìn)我國(guó)STEM教育的開(kāi)展與實(shí)施。

1.社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型中人才結(jié)構(gòu)與質(zhì)量的現(xiàn)狀，以及社會(huì)對(duì)人才的需求

我國(guó)目前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人才結(jié)構(gòu)與勞動(dòng)力質(zhì)量的實(shí)際變化情況，需要我國(guó)積極實(shí)施STEM教育。第一，我國(guó)于2015年提出“中國(guó)制造2025”，力爭(zhēng)在新中國(guó)成立一百年時(shí)，綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力進(jìn)入世界制造產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)的前列。[4]2016年頒布的《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》進(jìn)一步提出了國(guó)家分三步走，到2050年建成世界制造業(yè)和科技創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略。[5]所有這些發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)都意味著需要?jiǎng)?chuàng)新型人才的有力支撐。但從目前的人才發(fā)展情況來(lái)看，創(chuàng)新型專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才、高水平技能人才的匱乏將會(huì)成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要瓶頸。[6]第二，中國(guó)制造業(yè)人才的競(jìng)爭(zhēng)力和水平有待進(jìn)一步提高。比如，中國(guó)目前勞動(dòng)力數(shù)量的排名處于世界第一，而研發(fā)技術(shù)人員的數(shù)量在120多個(gè)國(guó)家中的排名仍然比較靠后。第三，經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型對(duì)制造業(yè)人才的結(jié)構(gòu)也提出了更高的要求。中國(guó)的人才數(shù)量雖然是在逐步增長(zhǎng)的，但是中國(guó)人才的結(jié)構(gòu)仍然是有缺陷的。[6]在2019年的《世界人才報(bào)告》中，我國(guó)“熟練的工人的可獲得性”“金融技能的可獲得性”以及“高級(jí)管理人才的可獲得性”的指標(biāo)雖較2018年排名有所靠前，但在63個(gè)國(guó)家中均列于25名之后。 而“滿(mǎn)足企業(yè)需求的語(yǔ)言技能”及“高級(jí)管理人員的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)”這兩個(gè)指標(biāo)的排名在63個(gè)國(guó)家中卻仍列40名之后。[7]因此，在我國(guó)要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)持續(xù)轉(zhuǎn)型升級(jí)、人才結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化以及質(zhì)量提高的背景下，STEM教育變得尤為重要。

2.教育領(lǐng)域新時(shí)代核心素養(yǎng)的要求

我國(guó)STEM教育對(duì)人才的培養(yǎng)與新時(shí)代核心素養(yǎng)的發(fā)展要求不謀而合。新時(shí)代核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展，需要引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)的社會(huì)生活情境中學(xué)習(xí)和運(yùn)用相關(guān)的知識(shí)、技能，而不只聚焦于純粹、單一的某個(gè)學(xué)科內(nèi)容或主題中。這就要求教育者在選取課程內(nèi)容和進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行有效的跨學(xué)科內(nèi)容或主題教學(xué)。而目前STEM已在全球范圍內(nèi)發(fā)展成為重要的跨學(xué)科主題，且為學(xué)生創(chuàng)造了跨學(xué)科的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和體驗(yàn)。[8]此外，核心素養(yǎng)的核心之一是創(chuàng)造性的思維能力[9]，而STEM教育有助于更好地培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維與自主創(chuàng)新能力。因此，為應(yīng)對(duì)新時(shí)代核心素養(yǎng)的發(fā)展要求，我國(guó)亟須積極培養(yǎng)一批STEM教育人才。

二、STEM教育理念下的教學(xué)方法

教學(xué)方法作為現(xiàn)代教學(xué)論學(xué)科研究領(lǐng)域的重要研究范疇，直接影響著整個(gè)學(xué)校教育的質(zhì)量。[10]STEM教育理念需要教師有一套合適的教學(xué)方法。STEM教育運(yùn)用了跨學(xué)科的創(chuàng)造性思維和跨學(xué)科知識(shí)的融合幫助學(xué)生解決真實(shí)世界和情境中的問(wèn)題，從而有效培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)造力和STEM素養(yǎng)。因此，STEM教育對(duì)教師的理論專(zhuān)業(yè)性和實(shí)踐能力的要求更高，要求教師具備良好的跨學(xué)科知識(shí)的融合運(yùn)用能力、創(chuàng)新思維能力、工程與信息技術(shù)理論和實(shí)踐的能力、STEM參與教學(xué)實(shí)施的能力等。[11]為了充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和STEM潛力，教師必須完善和改進(jìn)其教學(xué)方法。以下簡(jiǎn)單介紹三種常用的STEM教學(xué)方法。

(一)跨學(xué)科教學(xué)法

跨學(xué)科教學(xué)是培養(yǎng)全面發(fā)展人才的一條有效途徑。教師通過(guò)跨學(xué)科的方法對(duì)STEM教育進(jìn)行指導(dǎo)，使學(xué)生能夠建立與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系，并為就業(yè)做準(zhǔn)備。

常用的幾種基于跨學(xué)科的教學(xué)法主要有知識(shí)移植法、輻射法、實(shí)踐法及跨學(xué)科綜合法等。其一，知識(shí)移植教學(xué)法的目的是，通過(guò)借鑒或綜合引用其他跨學(xué)科知識(shí)為本學(xué)科的課堂服務(wù)，幫助學(xué)生解決影響本學(xué)科課堂教學(xué)的問(wèn)題。這種跨學(xué)科的知識(shí)遷移法旨在促進(jìn)學(xué)生對(duì)本學(xué)科中某些具體知識(shí)點(diǎn)的深入理解和綜合運(yùn)用，或?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)設(shè)特定的課堂教學(xué)實(shí)踐情境等。[12]其二，輻射法是指以某一學(xué)科研究的對(duì)象為基礎(chǔ)和中心，對(duì)學(xué)生所研究的內(nèi)容從各個(gè)不同的知識(shí)角度或側(cè)面進(jìn)行發(fā)散性的深入思考與系統(tǒng)性的實(shí)踐，擴(kuò)散運(yùn)用到其他學(xué)科中，充分發(fā)揮跨學(xué)科核心知識(shí)的“輻射”驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，逐步實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)整體的發(fā)展。[12]其三，實(shí)踐教學(xué)法是指基于跨學(xué)科的STEM課程，在充分融合教師和學(xué)生已經(jīng)掌握的現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一系列STEM的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)并提高學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的意識(shí)和能力，提升學(xué)生溝通與合作的能力，培養(yǎng)學(xué)生開(kāi)拓創(chuàng)新的精神。[12]其四，綜合法是指多種科學(xué)理論和方法的有機(jī)綜合運(yùn)用，將分析與綜合、歸納與邏輯演繹、定量與定性等多種科學(xué)方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)統(tǒng)一的綜合法整體。[12]

(二)項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)法

項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)法是以真實(shí)的項(xiàng)目任務(wù)為基礎(chǔ)，要求學(xué)生在項(xiàng)目中運(yùn)用多種方法和技能解決一系列問(wèn)題，進(jìn)而完成最終確定項(xiàng)目的一種教學(xué)方法。基于真實(shí)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的STEM融合課程，即開(kāi)放式的STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供了開(kāi)放式的真實(shí)模擬項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)掌握和運(yùn)用有關(guān)STEM的跨學(xué)科知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能，解決多個(gè)項(xiàng)目相關(guān)的問(wèn)題，最終的目標(biāo)是幫助學(xué)生順利完成所要求的真實(shí)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的任務(wù)?；谡鎸?shí)項(xiàng)目的STEM融合學(xué)習(xí)旨在通過(guò)讓學(xué)生參與真實(shí)的STEM項(xiàng)目，使學(xué)生學(xué)習(xí)、運(yùn)用并充分調(diào)動(dòng)自身科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等各種跨領(lǐng)域?qū)W科知識(shí)，形成所要求的真實(shí)項(xiàng)目的整體解決方案，同時(shí)指導(dǎo)學(xué)生如何予以設(shè)計(jì)和實(shí)施，最終幫助學(xué)生完成所要求的項(xiàng)目和產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)所要求的學(xué)習(xí)目標(biāo)和期望。[13]基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)法注重“做中學(xué)”，并鼓勵(lì)學(xué)生在完善自己的知識(shí)體系的同時(shí)發(fā)展新的知識(shí)。

(三)問(wèn)題解決法

問(wèn)題解決法的過(guò)程一般由六個(gè)主要步驟組成：(1)仔細(xì)分析問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行表征。即遇到任何一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，先對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行主動(dòng)建構(gòu)與分析理解，這是后續(xù)解決問(wèn)題的重要基礎(chǔ)。(2)有效提出多種可以解決問(wèn)題的方案。在基本了解了一個(gè)問(wèn)題后，通過(guò)分析比較其現(xiàn)狀與預(yù)期中所要達(dá)成的發(fā)展目標(biāo)之間的差距，就能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)其發(fā)展的趨勢(shì)，依據(jù)這個(gè)趨勢(shì)可以有效提出不止一種解決問(wèn)題的方案。(3)選擇最優(yōu)的解決方案。在充分考慮了時(shí)間、人力、物力、財(cái)力等各種因素后，從多種問(wèn)題的制訂和解決方案中選擇最優(yōu)的一種解決方案。(4)制訂和實(shí)施方案。將選定好的問(wèn)題解決方案在實(shí)際的情境中加以實(shí)施。(5)評(píng)價(jià)方案的效果。一是評(píng)價(jià)問(wèn)題解決方案實(shí)施的整個(gè)過(guò)程，確認(rèn)方案是否嚴(yán)格遵循了規(guī)范、是否存在錯(cuò)誤步驟或者遺漏了步驟等。二是評(píng)價(jià)問(wèn)題解決方案實(shí)施后所產(chǎn)生的實(shí)際效果，確認(rèn)方案能否產(chǎn)生預(yù)期的效果，成功地解決問(wèn)題，順利地達(dá)到目標(biāo)。(6)對(duì)方案內(nèi)容進(jìn)行修正。若評(píng)價(jià)方案效果不理想，教師就要先進(jìn)一步分析其原因，再對(duì)方案的內(nèi)容進(jìn)行修改，之后重復(fù)第四步驟，直至出現(xiàn)的問(wèn)題最終得到了圓滿(mǎn)解決。[14]為了能夠更好更深入地解決課堂教學(xué)問(wèn)題并提出最優(yōu)解決辦法，具有真實(shí)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的STEM教育工作者需要熟練掌握這種以學(xué)生實(shí)際需求為導(dǎo)向的獨(dú)特教學(xué)法。

綜上，隨著之后教學(xué)研究的不斷深入，除上述的STEM教學(xué)常用的幾種教學(xué)方法外，教育界應(yīng)該還會(huì)不斷涌現(xiàn)出多種適合于STEM教育的教學(xué)方法。

三、STEM教學(xué)方法的選擇依據(jù)與運(yùn)用

任何教學(xué)方法的正確選擇與綜合運(yùn)用都應(yīng)當(dāng)遵循一定的依據(jù)。第一，教學(xué)目的和任務(wù)。教學(xué)任務(wù)對(duì)教學(xué)方法的正確選擇和運(yùn)用具有方向性的指導(dǎo)意義。教學(xué)方法的選擇要根據(jù)不同的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行。在基本明確教學(xué)目標(biāo)之后，教師要對(duì)各種教學(xué)方法完成教學(xué)目標(biāo)的可能性和影響進(jìn)行綜合分析，然后結(jié)合實(shí)際情況選擇最佳的教學(xué)方法。第二，在教學(xué)內(nèi)容的具體性質(zhì)和特點(diǎn)方面，不同的教學(xué)內(nèi)容決定了所采用教學(xué)方法的不同，教師要根據(jù)不同學(xué)科的具體性質(zhì)和教材的具體特點(diǎn)選擇一套合適的教學(xué)方法。第三，在考慮到學(xué)生的年齡特征對(duì)教學(xué)方法選擇的影響這一方面，教師要注重學(xué)生的實(shí)際發(fā)展情況，特別是學(xué)生的心理特征和知識(shí)基礎(chǔ)。除上述影響因素外，STEM還受教學(xué)手段、教學(xué)環(huán)境、教師自身的能力和素質(zhì)、課程內(nèi)容和重難點(diǎn)、教學(xué)時(shí)間和效率等因素的影響和制約。這就要求教師要全面、具體、綜合地分析、考慮各種有關(guān)的因素，進(jìn)行綜合權(quán)衡和取舍。[15]

STEM教學(xué)方法的選擇和運(yùn)用還應(yīng)注重其綜合性、靈活性、創(chuàng)造性及時(shí)代性等特征。綜合性是指根據(jù)實(shí)際的教學(xué)任務(wù)和教學(xué)內(nèi)容，綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法，避免長(zhǎng)期單獨(dú)使用一種教學(xué)方法。靈活性是指從實(shí)際的教學(xué)情況出發(fā)，隨時(shí)對(duì)現(xiàn)有教學(xué)方法進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和調(diào)整。創(chuàng)造性是指根據(jù)教學(xué)需要和實(shí)踐的具體實(shí)施情況，在準(zhǔn)確把握和運(yùn)用現(xiàn)有各種教學(xué)方法的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)造。[15]時(shí)代性則是指現(xiàn)有教學(xué)方法的運(yùn)用要做到與時(shí)俱進(jìn)，開(kāi)拓創(chuàng)新。此外，我國(guó)STEM教師在進(jìn)行各種STEM的教學(xué)時(shí)，要兼顧學(xué)生身心發(fā)展的順序性、階段性、差異性與不均衡性，還要嚴(yán)格遵循直觀性、啟發(fā)性、量力性、思想性、實(shí)踐性、科學(xué)性相統(tǒng)一，理論聯(lián)系實(shí)際，因材施教等一系列教學(xué)原則，選擇一套適合學(xué)生學(xué)與自身教的最有效的STEM教學(xué)方法。

四、結(jié)語(yǔ)

在這個(gè)信息、科技和社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的新的歷史時(shí)期，教育的發(fā)展是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的根本。而對(duì)教師的培養(yǎng)是學(xué)生成才的關(guān)鍵因素，教師對(duì)教學(xué)方法的正確選擇直接影響著學(xué)生上課的積極性和主動(dòng)性。高明的教師的教學(xué)方法的整體構(gòu)成總是豐富多彩和千變?nèi)f化的，且包含著能體現(xiàn)教師個(gè)性和教學(xué)特色的一些獨(dú)創(chuàng)性因素。[16]因此，我國(guó)需要進(jìn)一步大力加強(qiáng)STEM創(chuàng)新型教師人才的培養(yǎng)，培養(yǎng)其跨領(lǐng)域多學(xué)科綜合教學(xué)能力、信息科學(xué)技術(shù)綜合應(yīng)用能力，開(kāi)拓其創(chuàng)新教學(xué)的思維，從而真正有助于教師選擇一套適合自身教和學(xué)生學(xué)的有獨(dú)特風(fēng)格的科學(xué)的STEM教學(xué)方法。