數(shù)字化時(shí)代區(qū)域STEM教育的思考與實(shí)踐

凌秋虹

在數(shù)字化技術(shù)迅猛發(fā)展、信息社會(huì)面臨重大變革的當(dāng)下，教育要如何迎接機(jī)遇與挑戰(zhàn)呢？近年來(lái)，我們一直在探索和反思如何運(yùn)用STEM教育賦予學(xué)生更多素養(yǎng)。憑借著獨(dú)有的“蘇式”風(fēng)韻，歷經(jīng)七年實(shí)踐與研究，從STEM課程開(kāi)發(fā)、STEM教室創(chuàng)建，到STEM與創(chuàng)客教育融合，再到創(chuàng)造性地將數(shù)字化技術(shù)融入STEM教育，我們形成了具有區(qū)域特質(zhì)的STEM教育。目前，STEM教育已經(jīng)成為區(qū)域教育亮點(diǎn)，我們經(jīng)過(guò)反思與總結(jié)形成了以下認(rèn)知與經(jīng)驗(yàn)。

豐富內(nèi)涵，STEM教育的新認(rèn)知

隨著時(shí)代的進(jìn)步，數(shù)字化技術(shù)越來(lái)越深刻地影響著人類的學(xué)習(xí)、工作、思維和交往方式，催生了現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界并存的社會(huì)形態(tài)，創(chuàng)造出更為豐富的文化生態(tài)。未來(lái)，通過(guò)STEM教育所培養(yǎng)的學(xué)生跨學(xué)科思維方式將成為他們?nèi)粘Ｉ詈蛯W(xué)習(xí)必備的思維能力。學(xué)生運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)、利用各種數(shù)字化工具探究跨學(xué)科問(wèn)題將成為常態(tài)，因此，在數(shù)字化時(shí)代背景下，STEM教育成為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展、順應(yīng)國(guó)家人才培養(yǎng)目標(biāo)所必需的教育途徑。STEM教育具有跨學(xué)科、藝術(shù)性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性六大特點(diǎn)，通過(guò)多年思考與實(shí)踐，我們將STEM與數(shù)字化技術(shù)緊密結(jié)合，賦予了STEM教育更多的內(nèi)涵。

1.跨學(xué)科

跨學(xué)科是STEM最重要的核心特征，其技術(shù)是人類為實(shí)現(xiàn)社會(huì)需要而創(chuàng)造和發(fā)展起來(lái)的手段、方法和技能的總和。在數(shù)字化時(shí)代，在實(shí)施STEM教育中突顯技術(shù)的作用，將信息技術(shù)融入到工程、數(shù)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域，引導(dǎo)學(xué)生更有效地運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)去便捷、科學(xué)、創(chuàng)新地完成學(xué)習(xí)。

2.體驗(yàn)性

STEM教育不僅主張通過(guò)自學(xué)或教師講授習(xí)得抽象知識(shí)，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦參與學(xué)習(xí)過(guò)程。在數(shù)字化時(shí)代背景下，學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)內(nèi)容、思維方式和解決問(wèn)題的方法都面臨極大的挑戰(zhàn)，運(yùn)用“昨天的知識(shí)”已無(wú)法培養(yǎng)“明天的人才”，因此，我們認(rèn)為STEM教育研究領(lǐng)域應(yīng)更寬、更廣、更新。我們對(duì)原STEM教育研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了擴(kuò)展，融入了各類硬件與技術(shù)，如將樂(lè)高搭建、機(jī)器人、智造項(xiàng)目、3D打印、數(shù)碼雕刻等融入其中，讓學(xué)生研究、體驗(yàn)，讓活動(dòng)內(nèi)容更豐富、更多元、更超前。

3.情境性

STEM教育強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生具有將知識(shí)進(jìn)行情境化應(yīng)用的能力。通過(guò)情境性問(wèn)題的解決，可以讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)的生活，獲得社會(huì)性成長(zhǎng)。在數(shù)字化時(shí)代，我們讓學(xué)生了解前沿技術(shù)、超前理念，把學(xué)生的視野引入未來(lái)世界，嘗試智能化項(xiàng)目的研究與開(kāi)發(fā)，體驗(yàn)弱人工智能項(xiàng)目給未來(lái)生活帶來(lái)的神秘與新奇。

4.協(xié)作性

STEM教育強(qiáng)調(diào)在群體協(xié)同中相互幫助、相互啟發(fā)，進(jìn)行群體性知識(shí)建構(gòu)。因此我們認(rèn)為，在數(shù)字化時(shí)代，學(xué)生必須具有互聯(lián)網(wǎng)思維，零距離、慧分享、便操作、惠眾生是其顯著特點(diǎn)，各種便捷的交流工具，線上、線下多元的溝通模式，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地交流與分享，為學(xué)生提供時(shí)時(shí)可學(xué)、時(shí)時(shí)可研的環(huán)境，從而培養(yǎng)學(xué)生和而不同、共生共榮的互聯(lián)網(wǎng)精神。

5.數(shù)字化

在數(shù)字化時(shí)代，特別是人工智能時(shí)代，必須讓學(xué)生具有很強(qiáng)的數(shù)字化意識(shí)與能力，能靈活應(yīng)用各類數(shù)字化技術(shù)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、獲取資源、解決問(wèn)題，掌握計(jì)算機(jī)編程能力，具有互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)思維以及高階思維。為此，STEM教育要把重點(diǎn)放在感悟“智能、智慧”的大數(shù)據(jù)時(shí)代上，引導(dǎo)學(xué)生的思維方式從自然思維轉(zhuǎn)向智能思維。在數(shù)字化時(shí)代，STEM教育應(yīng)致力于培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)字化技術(shù)去創(chuàng)新、去分享。

多元實(shí)踐，區(qū)域STEM教育的新策略

1.動(dòng)手實(shí)踐與思維培養(yǎng)并舉

在開(kāi)展STEM教育活動(dòng)中，我們借助了形式豐富的動(dòng)手實(shí)踐課程作為培養(yǎng)學(xué)生興趣的外殼，將教會(huì)學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維方式作為STEM教育的核心目標(biāo)。在項(xiàng)目實(shí)施中，我們以智能化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研究、創(chuàng)作為出發(fā)點(diǎn)，以“思維教學(xué)”為主線，不僅強(qiáng)調(diào)學(xué)生基于認(rèn)知能力的動(dòng)手實(shí)踐、科學(xué)探究、工程思維、解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，還增加和突顯運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、計(jì)算思維和交互思維的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)概念性知識(shí)、方法性知識(shí)和價(jià)值性知識(shí)的教學(xué)，注重教原理、教統(tǒng)籌、教大觀點(diǎn)等不可替代的知識(shí)。

實(shí)施路徑：創(chuàng)設(shè)情境、提出任務(wù)—科學(xué)探究、整體分析—多元認(rèn)知、學(xué)科融合—師生互動(dòng)、調(diào)試糾錯(cuò)—拓展創(chuàng)新、個(gè)性發(fā)展。

2.編程培養(yǎng)與生活情境并重

編程思維對(duì)學(xué)生的重要性不言而喻，編程教育本是科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)與數(shù)學(xué)的最佳結(jié)合體，學(xué)編程不是為了讓學(xué)生成為程序員，而是教會(huì)學(xué)生如何思考。根據(jù)多元智能理論，學(xué)習(xí)編程可培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、數(shù)學(xué)理解、嚴(yán)謹(jǐn)理念、解決問(wèn)題能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)造力。

我們的做法如下：基于Scratch編程軟件，源于生活情境，每年舉辦新編龜兔賽跑、新編小貓釣魚(yú)、蛋的故事、未來(lái)家具等動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)和游戲創(chuàng)作;連續(xù)五年開(kāi)展“每周編程一小時(shí)”活動(dòng)，讓學(xué)生編游戲、編動(dòng)畫(huà)、編故事。目前，在教育云平臺(tái)上已收集了4萬(wàn)個(gè)學(xué)生編程作品，其中某位學(xué)生的作品已有2萬(wàn)多人次進(jìn)行收藏與訪問(wèn)。

實(shí)施路徑：創(chuàng)設(shè)情境、任務(wù)分析—整體架構(gòu)、邏輯設(shè)計(jì)—?jiǎng)?chuàng)意設(shè)計(jì)、分步搭建—糾錯(cuò)分析、個(gè)性張揚(yáng)。

總之，我們的編程教育注重系統(tǒng)性思維的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)在對(duì)問(wèn)題本質(zhì)、周圍環(huán)境充分認(rèn)知后，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，進(jìn)而借助編程這一手段更有效地解決實(shí)際問(wèn)題。

3.技術(shù)應(yīng)用與人文教育并生

我們認(rèn)為，如果只是一味地追求STEM教育的“創(chuàng)”“新”，追求向“上”生長(zhǎng)，而丟掉了STEM教育跨學(xué)科的人文內(nèi)涵，那么這樣的STEM教育是沒(méi)有生命力的。因此，我們?cè)赟TEM教育中融入?yún)^(qū)域豐厚的文化底蘊(yùn)，這也是我們所享有的得天獨(dú)厚的資源寶庫(kù)，讓學(xué)生不單單在這座城市中生活、成長(zhǎng)，更傳承吳地文化，汲取傳統(tǒng)精華。為此，我們開(kāi)展了為期兩個(gè)月的具有區(qū)域特質(zhì)的“師生溯源·水韻姑蘇”紙電路STEM教育活動(dòng)。整個(gè)活動(dòng)過(guò)程如下：實(shí)地采集資料、電腦繪畫(huà)設(shè)計(jì)、22米長(zhǎng)卷繪制、裝裱制作實(shí)踐、紙電路創(chuàng)意設(shè)計(jì)、學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)編程、交流與展示。

在該項(xiàng)目實(shí)施中，我們注重學(xué)生運(yùn)用新技術(shù)融合能力，促進(jìn)數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)、社會(huì)學(xué)、人文學(xué)和藝術(shù)學(xué)之間的通聯(lián)、交融與創(chuàng)新，給學(xué)生提供完整的知識(shí)背景，使其在系統(tǒng)化的知識(shí)體系中加深對(duì)每個(gè)學(xué)科內(nèi)容的理解。最終，師生合力復(fù)原了蘇州古城的全貌，把靜態(tài)的古城畫(huà)卷演繹成既還原歷史又具有現(xiàn)代感的動(dòng)態(tài)、交互的長(zhǎng)卷，學(xué)生全程參與其中，镕古鑄今，實(shí)現(xiàn)了傳承與創(chuàng)新，這是STEM活動(dòng)最深層的價(jià)值所在。

實(shí)施路徑：走進(jìn)社會(huì)、收集資源—運(yùn)用技術(shù)、整體構(gòu)建—科學(xué)探究、解決問(wèn)題—團(tuán)隊(duì)合作、展示個(gè)性。

4.學(xué)科融合和全科教育并聯(lián)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家急需高科技、全能型、創(chuàng)新型人才，因此“全科教育”在我國(guó)逐漸產(chǎn)生。為此，我們嘗試在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行試點(diǎn)性的學(xué)科通聯(lián)教學(xué)和全科教育規(guī)劃，以主題化的方式開(kāi)展多學(xué)科通聯(lián)整合教學(xué)，將對(duì)各學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的教育融入貫穿到自然主題內(nèi)容教學(xué)中，還學(xué)生一個(gè)“原生態(tài)”的教育。

在數(shù)字化創(chuàng)新時(shí)代，許多知識(shí)體系遠(yuǎn)不是單一學(xué)校課程設(shè)置所能囊括，需要學(xué)生更多地學(xué)會(huì)方法，有針對(duì)性地實(shí)踐問(wèn)題，自主分析、自主學(xué)習(xí)、自主探究和自主創(chuàng)造，教育的側(cè)重點(diǎn)應(yīng)該更多地對(duì)學(xué)生這方面能力的培養(yǎng)，而不是禁錮在課本標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)體系下。為此，我們嘗試了以下活動(dòng)主題：設(shè)計(jì)老人智能燈、智能摩天輪、AR開(kāi)發(fā)游戲、動(dòng)物總動(dòng)員等。

實(shí)施路徑：生活需求、提出任務(wù)—科學(xué)規(guī)劃、學(xué)科融合—科學(xué)探究、解決問(wèn)題—真實(shí)檢測(cè)、糾錯(cuò)完善—藝術(shù)包裝、提升品質(zhì)—產(chǎn)品認(rèn)定、效果評(píng)價(jià)。

通過(guò)主題化的設(shè)計(jì)并融合多學(xué)科教學(xué)的理念，自生活需求出發(fā)、回歸需求問(wèn)題的解決而形成作品方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品輸出的教育目標(biāo)，形成更為科學(xué)實(shí)際的應(yīng)用，它是STEM教學(xué)真正落地的一種有效途徑。

5.STEM教育與人工智能并進(jìn)

在做好傳統(tǒng)STEM課程實(shí)施基礎(chǔ)上，我們關(guān)注前沿技術(shù)的發(fā)展，特別是人工智能時(shí)代已到來(lái)，我們必須用發(fā)展的眼光來(lái)實(shí)施STEM教育，讓STEM教育擁抱人工智能。我們通過(guò)百度智能云、騰訊云提供各類開(kāi)放平臺(tái)，開(kāi)展了圖像識(shí)別、文字識(shí)別、人機(jī)交互、大數(shù)據(jù)的相關(guān)科學(xué)探究活動(dòng)，在活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)學(xué)生“動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)心”的結(jié)合，突出“人工智能+”的教育特色，避免“為學(xué)人工智能而學(xué)人工智能”。

實(shí)施路徑：關(guān)注技術(shù)、主動(dòng)學(xué)習(xí)—聯(lián)系生活、提出創(chuàng)意—借助資源、整體設(shè)計(jì)—科學(xué)探究、動(dòng)手實(shí)踐—糾錯(cuò)分析、完善作品。

服務(wù)“育人”，區(qū)域STEM教育的新收獲

通過(guò)江蘇省STEM教育實(shí)驗(yàn)區(qū)的構(gòu)建，我們?cè)谙嚓P(guān)教育理念、前沿領(lǐng)域、師資培養(yǎng)、活動(dòng)創(chuàng)新、環(huán)境構(gòu)建、課程開(kāi)發(fā)、師生成長(zhǎng)等方面碩果累累，“立德樹(shù)人”的教育擔(dān)當(dāng)與責(zé)任首位度不斷凸顯。

1.集團(tuán)隊(duì)智慧，開(kāi)發(fā)區(qū)域SETM課程

形成具有區(qū)域特質(zhì)的區(qū)域SETM課程并正式出版教材。同時(shí)引入相關(guān)高階課程，實(shí)現(xiàn)課程資源共享，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)區(qū)域STEM課程的普及化、均衡化。

2.聚區(qū)域力量，創(chuàng)設(shè)STEMx教育環(huán)境

這里的“x”代表未知因素，SETM是一個(gè)開(kāi)放、無(wú)限的視域。區(qū)域整體規(guī)劃，打造沉浸式創(chuàng)新學(xué)習(xí)空間，百花齊放、一校一品，構(gòu)建起區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化STEMx教育環(huán)境新樣態(tài)。目前我們擁有省級(jí)STEM領(lǐng)航學(xué)校1所、市種子學(xué)校4所、市級(jí)實(shí)驗(yàn)學(xué)校4所、省市級(jí)項(xiàng)目學(xué)校9所，形成綠色積極的STEM教育樣本群。

3.重內(nèi)涵發(fā)展，構(gòu)建STEM教學(xué)模式

通過(guò)實(shí)踐與研究已構(gòu)建了STEM教學(xué)模式，其中以江蘇省教研課題“Scratch編程教育與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)踐與研究”為引領(lǐng)開(kāi)展的STEM教學(xué)模式的研究與實(shí)踐，研究成果獲2018江蘇省教育科研成果一等獎(jiǎng)。

4.強(qiáng)隊(duì)伍建設(shè)，供能教師持續(xù)成長(zhǎng)

我們的教師團(tuán)隊(duì)在“做中學(xué)習(xí)”，在“做中成長(zhǎng)”，一批懂技術(shù)、善思考、能創(chuàng)造、會(huì)學(xué)習(xí)的STEM新銳教師群體正在崛起。

STEM教育是新興領(lǐng)域，它所面臨的挑戰(zhàn)與問(wèn)題仍然處于不斷變化之中。在數(shù)字化時(shí)代背景下，STEM教育正在成為已有教育體系中的關(guān)鍵組成部分，正在深度影響著教師的教學(xué)方式，改變著學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，重構(gòu)著教學(xué)組織和對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)體系，未來(lái)STEM教育將會(huì)有更長(zhǎng)足的發(fā)展。