當(dāng)代中國STEM教育發(fā)展現(xiàn)狀及可行性對策研究

劉一岑

摘 要：隨著STEM教育政策相繼出臺，STEM教育成為近幾年來備受關(guān)注的教育話題。但目前STEM教育發(fā)展尚不完善，在推進(jìn)過程中存在較多問題。本文從STEM教育對學(xué)生創(chuàng)造力的影響、教師的STEM教育教學(xué)素養(yǎng)和STEM課程研究出發(fā)，分析STEM教育的現(xiàn)狀，給出可行的解決方案。

關(guān)鍵詞：STEM教育; 創(chuàng)造力; 教師教學(xué)

中圖分類號：G623.6? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）9-039-002

STEM教育的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力以及實(shí)踐能力。STEM教育理念下科學(xué)教師教學(xué)素養(yǎng)同樣備受人們關(guān)注?？茖W(xué)教育工作者承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的職責(zé)，國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求對科學(xué)教師的教學(xué)素養(yǎng)提出了更高的要求。2017年教育部頒布了《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，增設(shè)了技術(shù)與工程領(lǐng)域，將STEM教育融入小學(xué)科學(xué)教育?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的出臺，也對小學(xué)科學(xué)教師的素養(yǎng)提出了新的要求。目前，國內(nèi)的STEM教育研究熱情高漲，但真正參與其中的人群較少，且尚未形成一個完整的體系。研究STEM教育的方法也較為單一。

一、基于當(dāng)代小學(xué)生現(xiàn)狀，重新定義STEM教育教學(xué)要求

STEM教育代表了課程組織方式的重大變革。目前中小學(xué)最廣泛應(yīng)用的課程模式是分科教學(xué)模式，即數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科教師負(fù)責(zé)教授各自科目，很少重視學(xué)科之間的聯(lián)系。因此，STEM教育的課程設(shè)計應(yīng)該使用“整合的課程設(shè)計模式”，即將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等整合在一起，強(qiáng)調(diào)對知識的應(yīng)用和對學(xué)科之間關(guān)系的關(guān)注。STEM教學(xué)是多學(xué)科融合、面向復(fù)雜學(xué)習(xí)的過程，其對創(chuàng)造能力的影響須借助嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，而非簡單體驗(yàn)或主觀判斷。

（一）當(dāng)下STEM教育對學(xué)生創(chuàng)造力的影響

目前來看，利用STEM教育進(jìn)行教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。STEM教育整合了原本分離的學(xué)科知識，讓學(xué)生更加系統(tǒng)的理解世界，并在發(fā)散思維——聚合思維的循環(huán)中發(fā)展出創(chuàng)新思維。此外，STEM教育在教學(xué)過程中，需要與自己的同伴多次合作，借此可以幫助學(xué)生進(jìn)行自我表達(dá)的鍛煉。在互通情感和相互激勵中的過程中完善自我認(rèn)知，塑造創(chuàng)新型人格與心理。STEM教育活動是一種創(chuàng)造性、開放式的問題解決過程，它能為學(xué)生提供創(chuàng)新實(shí)踐、綜合應(yīng)用相關(guān)學(xué)科知識的機(jī)會。STEM教育對小學(xué)生創(chuàng)造力提升較為顯著，主要表現(xiàn)在對學(xué)生簡潔思維、發(fā)散思維、邏輯思維和逆向思維的提升。所以，創(chuàng)新科技類課程最容易實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造力培養(yǎng)。

（二）當(dāng)代國情下，STEM教育教學(xué)新要求

降低學(xué)生在STEM教育中的認(rèn)知負(fù)荷是提高STEM教育順利推行的必經(jīng)之路。約翰·斯威勒提出的認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)理論可用于優(yōu)化STEM教學(xué)體系。例如用目標(biāo)自由的題目代替特定目標(biāo)的傳統(tǒng)題目，促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移的發(fā)生;向?qū)W習(xí)者提供問題解決樣例和部分解決方案，幫助學(xué)習(xí)者建立認(rèn)知圖式;利用口頭和多種視覺信息代替單一的書面文字，拓展有效工作記憶的容量等等。

科學(xué)探究和原型創(chuàng)造類教學(xué)主題對學(xué)生創(chuàng)造力的影響較為顯著。因此，STEM教學(xué)設(shè)計應(yīng)積極尋找跨學(xué)科、貼近現(xiàn)實(shí)的主題，并盡可能提升主題的可探究性。例如，從科學(xué)課的拓展內(nèi)容中尋找主題，通過觀察學(xué)生的日常行為發(fā)現(xiàn)代表性現(xiàn)象或問題，對社會熱點(diǎn)問題進(jìn)行篩選和梳理等【1】。

二、STEM理念下小學(xué)科學(xué)教師教學(xué)素養(yǎng)發(fā)展對策

現(xiàn)階段小學(xué)科學(xué)教師數(shù)量一直在逐年增加，不同區(qū)域的科學(xué)教師教學(xué)素養(yǎng)存在較大差異。由于多方面的原因，小學(xué)科學(xué)教師配備長期不足，一直有部分教師非科學(xué)相關(guān)專業(yè)畢業(yè)或兼任多個學(xué)科，他們對STEM教育理念的認(rèn)知和素養(yǎng)參差不齊。

（一）STEM理念下小學(xué)科學(xué)教師教學(xué)素養(yǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.教學(xué)策略不足

STEM教學(xué)需要運(yùn)用科學(xué)知識和多種探究方法，來解決實(shí)際問題和改善生活。項(xiàng)目的發(fā)明通常需要了解一定的科學(xué)原理，如何設(shè)計出一個滿足人們所需的產(chǎn)品，需要學(xué)生進(jìn)行大量的思考。在課堂教學(xué)中，當(dāng)教師直接出示現(xiàn)成的產(chǎn)品讓學(xué)生照做時，忽略了課程的探究性，沒有給學(xué)生思考的空間。這種重動手輕思考的機(jī)械教學(xué)，讓學(xué)生的邏輯思維能力以及對科學(xué)原理的理解應(yīng)用能力無法得到訓(xùn)練。

當(dāng)學(xué)生完成一項(xiàng)工程建造后，需要對產(chǎn)品進(jìn)行測試并優(yōu)化。在此教學(xué)環(huán)節(jié)中，講述法的教學(xué)形式司空見慣，教師很少讓學(xué)生在聽的過程中提出問題，并給出修改建議。學(xué)生間沒有經(jīng)過認(rèn)知沖突，就不會碰撞出思維的火花。用講述法進(jìn)行教學(xué)的同時，學(xué)生對制作的產(chǎn)品失去洞察力，學(xué)生解決問題與創(chuàng)新思維的能力得不到發(fā)展。

2.教學(xué)缺乏互助合作

STEM教育更加關(guān)注學(xué)生在實(shí)踐過程中的學(xué)習(xí)、理解和運(yùn)用。它的設(shè)計都是與任務(wù)解決相關(guān)聯(lián)的一系列實(shí)踐活動，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中更加有目的、有意義。這些學(xué)習(xí)與實(shí)踐活動雖然圍繞同一主題，但是涉及多個學(xué)科，需要多學(xué)科背景或各個學(xué)科的教師組成教學(xué)團(tuán)隊(duì)，相互配合，保證學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中都能得到每個學(xué)科專業(yè)教師的指導(dǎo)和幫助。

如STEM課例《意面高塔》要求設(shè)計并制作一個又高又穩(wěn)的“摩天大樓”。本節(jié)課通過帶領(lǐng)孩子們欣賞國內(nèi)外知名建筑，啟發(fā)孩子們?nèi)ニ伎己吞剿?，如何提高建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并運(yùn)用于自主搭建的“摩天大樓”中。充分發(fā)揮創(chuàng)造力和動手能力。通過不斷嘗試和改良，從而設(shè)計和搭建理想中的“摩天大樓”。這是一項(xiàng)在孩子們能初步綜合運(yùn)用力學(xué)的有關(guān)知識，簡單的計算，工程的初步理念等完成建高塔模型的任務(wù)，是本課重點(diǎn)。本課要利用有限材料、有限時間完成項(xiàng)目。經(jīng)過個人構(gòu)思設(shè)計與小組交流分享，并進(jìn)行工程實(shí)踐制作，最后參觀項(xiàng)目成果的過程。

但由于各校從事STEM教育教師少，教研氛圍不濃，STEM教師往往都是孤軍奮戰(zhàn)，缺乏互助合作氛圍。對STEM的教法與學(xué)法、評價量化的問題的研究也是有限的，對教學(xué)中遇到問題，雖有反思，但也難以得到解決。

3.教師信息技術(shù)應(yīng)用手段傳統(tǒng)

小學(xué)科學(xué)教師大多只進(jìn)行過Word、Excel、PPT等簡單的信息技術(shù)學(xué)習(xí)，學(xué)校雖然也會對教師進(jìn)行職后相關(guān)信息技術(shù)能力的培訓(xùn)，但對真正能輔助STEM教育的一些信息技術(shù)手段，很多教師是沒有學(xué)習(xí)過的。因此，在課上教師也只會用一些傳統(tǒng)的信息技術(shù)手段輔助教學(xué)，一些交互、靈活、智能的信息技術(shù)手段不能靈活使用，甚至有些學(xué)校根本沒有相應(yīng)硬件設(shè)施。

（二）STEM理念下小學(xué)科學(xué)教師教學(xué)素養(yǎng)發(fā)展對策

1.教學(xué)策略素養(yǎng)發(fā)展對策

傳統(tǒng)教師專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)中設(shè)置有關(guān)講座及聽評課活動，教師親自實(shí)踐相對缺乏，針對性不強(qiáng)，不能確保學(xué)以致用?；赟TEM教育理念的學(xué)習(xí)不能停留在傳統(tǒng)聽課、看課的層面。要求學(xué)生做的，采取讓教師先做一遍作為培訓(xùn)的形式，讓教師也在“做中學(xué)”，在實(shí)踐體驗(yàn)中感悟。因此，為提高教師的教學(xué)策略素養(yǎng)，構(gòu)建了STEM教師工作坊，讓教師也像學(xué)生一樣動手設(shè)計制作，把學(xué)生的課堂當(dāng)練兵場，讓教師多親歷真實(shí)的STEM實(shí)踐活動。常反思學(xué)生學(xué)習(xí)的困惑，促使每一位參與STEM學(xué)習(xí)的教師能夠在真實(shí)的體驗(yàn)與反思中進(jìn)一步形成對STEM教育本質(zhì)的理解與理念提升，面對不同群體的學(xué)生都能進(jìn)行有效的教學(xué)。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容及其資源開發(fā)大多是以指向單一學(xué)科知識體系的分科課程為主。作為跨學(xué)科綜合教育形態(tài)的STEM教育，以何種形式的教育資源為依托和載體、通過什么途徑來建構(gòu)資源，直接決定了STEM教育這一教育理念能否轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。小學(xué)科學(xué)教師可以充分利用多方資源，依據(jù)課標(biāo)、立足教材、基于科技活動、基于生活熱點(diǎn)，依托人工智能，開發(fā)STEM課程資源，將自己的生活、經(jīng)驗(yàn)、智慧、理解、問題、困惑、情感等融入課程中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也不斷提升自身課程整合和課程教學(xué)策略模式凝練能力。

2.教學(xué)合作素養(yǎng)發(fā)展對策

教師作為STEM課程的開發(fā)者、組織者和實(shí)施者，是課程實(shí)施的核心力量。如果缺少專業(yè)教師的合作，跨學(xué)科的工作就會面臨巨大的失敗風(fēng)險。因此應(yīng)在學(xué)?；騾^(qū)域組建跨學(xué)科的工作團(tuán)隊(duì)和協(xié)作團(tuán)隊(duì)。通過合作與互助，教師在開展STEM課程時也提升了專業(yè)水平。與社會資源進(jìn)行協(xié)作即把課標(biāo)要求之外的一些好的資源和服務(wù)，經(jīng)過某種服務(wù)方式和學(xué)校教育有機(jī)對接起來，既作為學(xué)校教育的延伸，又可以讓學(xué)校和學(xué)生暢通地享受高精尖技術(shù)帶來的視野和能力的躍升以及以此為載體帶來的人際交流范圍的擴(kuò)大，為其以后走入社會和生活奠定基礎(chǔ)。

3.信息技術(shù)素養(yǎng)發(fā)展對策

通過信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)STEM教育環(huán)境，提高課堂教學(xué)效率，可以從以下幾方面進(jìn)行落實(shí)。（1）充分借助各類平臺資源。如，巧建文獻(xiàn)資源平臺引導(dǎo)需求分析;制作微課資源輔助、跟蹤記錄學(xué)習(xí);運(yùn)用平板大范圍即時展示學(xué)習(xí)動態(tài);借助智能軟件提升學(xué)生的STEM學(xué)習(xí)能力;利用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)測試評價。（2）利用信息技術(shù)翻轉(zhuǎn)STEM學(xué)習(xí)環(huán)境，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性體驗(yàn)、提升教師和學(xué)生交互式學(xué)習(xí)的參與感體驗(yàn)、提升教師和學(xué)生身臨其境受關(guān)注的體驗(yàn)。同時，老師要學(xué)會希沃白板、希沃助手、班級優(yōu)化大師等與學(xué)生互動的教學(xué)軟件。（3）教師和學(xué)生還要懂得運(yùn)用機(jī)器人編程軟件，對高塔的抗震性進(jìn)行檢測【2】。

三、全方位持續(xù)發(fā)展STEM課程

（一）我國STEM教育課程研究問題聚焦

2008年至今，國內(nèi)研究STEM教育的熱情在不斷增加，但在課程開發(fā)研究中也存在一些問題。

從研究內(nèi)容來看，從最初的理論研究，對STEM教育本身的解讀和分析到今日的實(shí)踐研究，即如何將STEM教育與我國教育改革相結(jié)合。已有的研究主要都涉及在與我國教育的銜接和改進(jìn)上，但是對于研究別國STEM教育的文獻(xiàn)數(shù)量較少，這樣就缺少了可借鑒的有益經(jīng)驗(yàn)的研究。

目前國內(nèi)研究STEM教育的方法多以個案述評和文獻(xiàn)法居多，國內(nèi)已有的研究中質(zhì)性分析占總量的49.3%以上，案例研究占文獻(xiàn)總數(shù)的35.9%。訪談法、問卷調(diào)查法、比較研究法、行動研究等方法使用頻率較低;且絕大多數(shù)研究缺少信度、效度等質(zhì)量指標(biāo)的檢測，研究結(jié)果可靠性、準(zhǔn)確性有待考量。

STEM教育發(fā)展至今還沒有形成一個連通密集的合作網(wǎng)絡(luò)。研究力量主要是一些師范院校的研究者，力量還是比較弱，研究群體不大，很多位居一線的中小學(xué)教師還未投入到STEM研究中。從已有研究的文獻(xiàn)來看，雖然涉及研究領(lǐng)域很廣，但缺乏系統(tǒng)化，研究內(nèi)容、研究機(jī)構(gòu)、研究方法、研究視角都處于“碎片化”狀態(tài)。

（二）我國未來STEM教育課程研究展望

STEM教育在我國的教育改革中越來越受重視，它作為一種新理念為我國的教育改革提供新思路，新方法，為我國從幼兒園教育到高等教育的課程設(shè)計和開發(fā)都提供了平臺。展望未來，STEM教育不僅僅是四門課程的簡單融合，更是一種符合時代發(fā)展的新思想、新理念。STEM教育研究內(nèi)容形式需要不斷的演變和豐富。

針對目前研究方法單一的問題，可以借鑒國外的STEM教育研究方法，將多種方法相結(jié)合從而提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。STEM教育本身就具有跨學(xué)科性、整合性等特點(diǎn)。綜合運(yùn)用訪談法、問卷調(diào)查法、比較研究法、行動研究等方法將是我國STEM教育研究發(fā)展的應(yīng)然要求。

通過文獻(xiàn)閱讀可看出國內(nèi)對于STEM教育的研究體系主要在STEM教育本身和我國教育改革的借鑒上。但是對于國外STEM教育研究的文獻(xiàn)比較少。然而，研究STEM教育不僅要將立足點(diǎn)放在STEM本身，也需要看他國的STEM教育研究。如何借鑒他國STEM教育研究，從而獲得更多的啟示將是我國STEM教育研究系統(tǒng)化努力的方向之一。

支持和引導(dǎo)基礎(chǔ)教育實(shí)踐者去研究STEM教育，在我國當(dāng)前的STEM教育研究中尤為重要。因此，豐富未來STEM教育，壯大研究隊(duì)伍是教育國際化的實(shí)然要求。同時，STEM教育研究要立足國情，促使STEM教育本土化。不同的文化土壤，對STEM教育在教育改革中的方式作用就會不同。所以在以后的研究中無論是從理論方面還是實(shí)踐層面都需要以我國本土文化發(fā)展為基礎(chǔ)，融入我國教育文化特色，與我國教育改革發(fā)展相適應(yīng)。建設(shè)具有中國教育文化特色的STEM教育將是我國STEM教育研究的重要突破口【3】。

參考文獻(xiàn)：

[1]周榕，李世瑾.STEM教學(xué)能提高學(xué)生創(chuàng)造力——基于42項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究的元分析[J]開放教育研究， 2019（3）：60-71

[2]張彩琴.STEM理念下科學(xué)教師教學(xué)素養(yǎng)現(xiàn)狀及對策[J]教育評論，2019（12）

[3]張春海，葉海燕.融合與共生：我國STEM教育研究進(jìn)展及展望[J]當(dāng)代教育與文化，2019，011（003）：24-31