淺談基于項目實踐的STEM教育實施策略

摘 要：在廣州市推進(jìn)STEM課程的過程中發(fā)現(xiàn)，該課程存在教學(xué)觀念滯后、跨學(xué)科知識融合困難和傳統(tǒng)分科教學(xué)慣性等問題。為提升教師跨學(xué)科融合素養(yǎng)，本文進(jìn)行了深入的理論探索與教學(xué)實踐，并開展了基于STEM教育項目開發(fā)與教學(xué)的研究與實踐。理論上打破認(rèn)識誤區(qū)，實踐上建立操作模式等對策，制訂了STEM項目實踐的策略與方法，構(gòu)建了STEM項目“跨學(xué)科融合”模式。研究成果多次參與全國、省、市和區(qū)級STEM課程推進(jìn)現(xiàn)場會、調(diào)研會及現(xiàn)場交流活動，檢驗了成果的應(yīng)用性和可靠性。

關(guān)鍵詞：STEM教育;跨學(xué)科教學(xué);融合素養(yǎng);培育策略

一、STEM教育的實施背景

（一）STEM教育的發(fā)展趨勢

STEM課程與教育的概念最早起源于美國20世紀(jì)50年代，并得到其他國家教育學(xué)者的普遍認(rèn)同。STEM教育的一般定義為：是一種以項目學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機(jī)地融為一體。2007年，美國國會又提出“針對STEM教育的活動計劃”，STEM教育被提升為美國國家級的教育改革舉措，對全球各國產(chǎn)生了更大的影響。近年中國STEM教育有了新進(jìn)展。2016年教育部出臺的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》明確指出有效利用信息技術(shù)推進(jìn)“眾創(chuàng)空間”建設(shè)，探索STEM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式，使學(xué)生具有較強(qiáng)的信息意識與創(chuàng)新意識，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)習(xí)慣，具備重視信息安全、遵守信息社會倫理道德與法律法規(guī)的素養(yǎng)。

2017年版教育部普通高中課程方案提出的課程“關(guān)聯(lián)性”原則，即要求“關(guān)注學(xué)科間的聯(lián)系與整合。增強(qiáng)課程內(nèi)容與社會生活、高等教育和職業(yè)發(fā)展的內(nèi)在聯(lián)系”。筆者認(rèn)為STEM教育的特點是跨學(xué)科融合性教育，并具備廣泛的課程輻射性。STEM教育已經(jīng)成為當(dāng)前國內(nèi)外教育的必然趨勢，也成為我國課程改革的一大方向，更成為課程改革的突破口。筆者所在學(xué)校承擔(dān)了一些STEM課程推進(jìn)任務(wù)，極大地推動了本校STEM教育的進(jìn)展[1]。

（二）STEM教育的主要作用

1.培育教師跨學(xué)科素養(yǎng)。教育教學(xué)動態(tài)系統(tǒng)中師生是一體化的，因此，要先研究如何使教師獲得跨學(xué)科素養(yǎng)。2.促進(jìn)學(xué)校教育深層發(fā)展。運用跨學(xué)科和行動研究方法，引領(lǐng)教師融合項目建設(shè)與實踐，大力提升教師跨學(xué)科素養(yǎng)，培育具有深厚跨學(xué)科素養(yǎng)的教師團(tuán)隊。進(jìn)行系統(tǒng)綜合，形成穩(wěn)定的、結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)性的跨學(xué)科素養(yǎng)培育策略與方法，推進(jìn)STEM教育系列項目建設(shè)向前發(fā)展。

二、STEM教育的實施條件

（一）以學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀作為基礎(chǔ)

根據(jù)學(xué)校自身發(fā)展特點，組建學(xué)校STEM教育團(tuán)隊，設(shè)計和推動STEM系列課程和教學(xué)實踐。基于本?？萍冀逃顒臃矫尕S富的資源和傳統(tǒng)，如開展18年之久的學(xué)生“我與化學(xué)”等活動。近年科技教育已經(jīng)擴(kuò)展到物理、生物、地理、信息和通用技術(shù)學(xué)科共同參與并形成互補(bǔ)。充分利用我校教師的科技教育資源，同時也為STEM項目建設(shè)提供了多樣性的科技活動資源。

（二）以現(xiàn)有的師資條件組建團(tuán)隊

經(jīng)過10多年的科技創(chuàng)新教育實踐，我校培養(yǎng)了一批富有青春氣息、團(tuán)結(jié)合作、具有較高研究水平的科技創(chuàng)新教育隊伍。在過去10多年的科技創(chuàng)新教育實踐活動中，本校教師組織學(xué)生參與多項科技創(chuàng)新探究實踐活動，積累了豐富的活動素材，開發(fā)了“我與科學(xué)”科技創(chuàng)新教育課程。尤其寶貴的是科技創(chuàng)新教育中取得的教師專業(yè)發(fā)展成就是本項目建設(shè)的重要人力資源基礎(chǔ)。

（三）以學(xué)校的優(yōu)勢資源構(gòu)建項目

因地制宜，充分利用學(xué)校依山傍水的中草藥資源條件建設(shè)STEM教育項目。融合芳香類中草藥產(chǎn)品有形生產(chǎn)的四大特點，即綜合運用知識技術(shù)、經(jīng)歷完整創(chuàng)造過程、強(qiáng)化規(guī)劃設(shè)計意識和提高創(chuàng)意物化能力，將與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的芳香類中草藥系列產(chǎn)品的生產(chǎn)制作作為STEM教育的主要項目，并構(gòu)建了項目化與系列化的STEM教育實踐體系[2]。

三、STEM教育存在的問題及解決對策

（一）STEM教育中遇到的問題

1.課程與教學(xué)觀念滯后。STEM項目實施中，多數(shù)教師課程觀念滯后，導(dǎo)致STEM項目實踐中遇到“神秘化”和“困難化”問題。因此，必須進(jìn)行STEM課程理念及教學(xué)方法的學(xué)習(xí)、感悟與實踐。本項目的針對性措施是：理論上打破認(rèn)識誤區(qū)，在實踐的基礎(chǔ)上建立操作模式。

2.跨學(xué)科思想融合困難。STEM項目主要障礙不是學(xué)科知識的困難，而是建立跨學(xué)科融合性觀念。這些問題產(chǎn)生于對融合STEM教育核心特征的理解：如跨學(xué)科、體驗性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計性、技術(shù)性和融合性等。從教育科學(xué)原理的角度使教師認(rèn)識到：STEM項目培養(yǎng)的主要是跨學(xué)科遷移與融合能力[3]。

3.技術(shù)工程素養(yǎng)的缺乏。從課程教育的角度看，除S、A和M課程領(lǐng)域之外，課程教育中被我們長期忽視的課程領(lǐng)域是什么？它們就是：T（技術(shù)類課程）與E（工程類課程）。因此，必須加強(qiáng)教師的技術(shù)與工程素養(yǎng)培育。

（二）STEM教育問題解決策略

1.促進(jìn)跨學(xué)科課程融合。STEM教育本質(zhì)上是學(xué)科思維及方法在技術(shù)與工程觀念下的融合教育。為突破傳統(tǒng)分科課程教學(xué)的慣性，采用學(xué)科教學(xué)基礎(chǔ)上的示范、觀摩和研討等方式，真實體驗跨學(xué)科融合式教學(xué)。學(xué)科融合不僅是學(xué)科知識的融合，更重要的是跨學(xué)科智慧融合。

2.培育技術(shù)工程素養(yǎng)。鑒于教師普遍缺乏技術(shù)與工程素養(yǎng)的現(xiàn)狀，運用跨學(xué)科融合教育智慧，在各學(xué)科訓(xùn)練和培養(yǎng)一批關(guān)注跨學(xué)科教育的教師。特別重視跨學(xué)科的培訓(xùn)以具體活動呈現(xiàn)，培育師生在制造工藝、社會服務(wù)、生產(chǎn)應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益等技術(shù)工程方面的觀念與素養(yǎng)，為我校STEM項目推進(jìn)發(fā)揮了很大作用。

3.項目驅(qū)動與團(tuán)隊合作。STEM項目跨學(xué)科融合最核心、最重要的工作是項目或問題的設(shè)計。STEM項目的發(fā)展必須具有穩(wěn)定性和可持續(xù)性，根據(jù)系統(tǒng)論演化觀建立了STEM活動項目生成理論，稱作“STEM項目樹狀生成模式”。整合方式是通過活動項目形成連貫、有組織的課程結(jié)構(gòu)。制訂“STEM課程教學(xué)設(shè)計表”，科學(xué)地指導(dǎo)教師進(jìn)行良好結(jié)構(gòu)化的STEM項目設(shè)計。

四、STEM教育內(nèi)容組織與實施過程

（一）STEM教育內(nèi)容的組織策略

對項目進(jìn)行了“有形化”、情境化和融合化的系統(tǒng)組織，使得項目形成系統(tǒng)層次性與結(jié)構(gòu)化的整體功能。

1.有形化。STEM就是一個項目，必須產(chǎn)出有形的產(chǎn)品，否則不能稱作STEM。這里的“有形”具有技術(shù)、工程與藝術(shù)方面的豐富含義。STEM項目的技術(shù)與工程設(shè)計素養(yǎng)是目前STEM教育的短板，是我校STEM項目建設(shè)的重大挑戰(zhàn)。

2.情境化。STEM項目主要從學(xué)生生活中產(chǎn)生，在真實情境中學(xué)習(xí)。根據(jù)教育科學(xué)原理，STEM項目培養(yǎng)的主要是遷移能力。讓學(xué)生在STEM課程活動中把一個情境中學(xué)到的學(xué)科知識與思維方法運用到另一種情境，把知識與智慧遷移到其他領(lǐng)域或未來的活動中。

3.融合化。STEM項目轉(zhuǎn)化為教學(xué)活動的“跨學(xué)科融合”機(jī)制的建立?？鐚W(xué)科融合STEM項目設(shè)計與教學(xué)實施概括為一個動態(tài)化流程（“”表示各環(huán)節(jié)之間的動態(tài)反饋）：項目生成跨學(xué)科融合STEM教學(xué)。

（二）STEM教育實施過程與方法

STEM項目的跨學(xué)科融合最核心、最重要的工作是項目或問題的設(shè)計。SIEM教育項目的發(fā)展必須具有系列性、穩(wěn)定性和動態(tài)生成性，才能夠具有可持續(xù)性，所以根據(jù)系統(tǒng)論演化觀建立STEM的課程項目生成模式，稱之為“樹狀生成”。

STEM項目依據(jù)學(xué)校課程資源，體現(xiàn)學(xué)校課程特色，滿足學(xué)生個性差異發(fā)展。STEM項目引導(dǎo)中，發(fā)展了行之有效的主題引導(dǎo)策略“自主選題（視角策略）→反饋評價（發(fā)現(xiàn)策略）→自主發(fā)展（特長策略）”，取得顯著實踐成效。

STEM項目要有一定的“深度”才更有價值。本項目充實對跨學(xué)科知識的統(tǒng)整、融合和運用，使探究更加延伸和深化。項目一旦啟動就會不斷發(fā)展和變化，生成新穎的STEM項目。其敏感性在于如何在新分支中捕捉并篩選出最有探究價值的課題。

（三）STEM教育項目的教學(xué)實踐

我校STEM項目實施中首先進(jìn)行STEM視野下學(xué)科思想內(nèi)涵的深度開發(fā)，再將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)和藝術(shù)等內(nèi)容以特定項目牽頭整合，設(shè)計結(jié)構(gòu)化課程，轉(zhuǎn)化為教學(xué)實施。如下面兩個例子：

一是在STEM教育中進(jìn)行了創(chuàng)客（Maker）領(lǐng)域的探索與實踐。例如，Arduino超聲波報警器的制作、參加全國青少年車輛模型教育競賽、組織STEM課程教師參加全國優(yōu)秀科技模型教學(xué)設(shè)計等。進(jìn)行了STEM教育視域下的IAB（信息技術(shù)，人工智能，生物醫(yī)藥）項目教學(xué)探索與實踐，構(gòu)建基于芳香類中草藥的STEM活動項目化實踐體系。還進(jìn)行了勞動教育的項目化創(chuàng)新路徑的探索與實踐，有力推進(jìn)了學(xué)校和區(qū)域勞動教育的發(fā)展，在教學(xué)實踐中鍛煉與提升了教師的跨學(xué)科融合素養(yǎng)。

二是拓展了STEM項目數(shù)學(xué)思維的創(chuàng)造性應(yīng)用。針對芳香類中草藥產(chǎn)品制作STEM項目創(chuàng)新設(shè)計的需要，運用數(shù)學(xué)思維與信息智能技術(shù)，構(gòu)建STEM項目的“Ω模型”“ф模型”和“H模型”等數(shù)學(xué)思維模型。運用信息技術(shù)創(chuàng)建了對應(yīng)的“Ω程序”“ф程序”和“H程序”等軟件。將這些數(shù)學(xué)模型和信息技術(shù)用于STEM項目方案的創(chuàng)意設(shè)計，有力地推動了教師跨學(xué)科融合素養(yǎng)與STEM教育能力的提升。

五、STEM教育的實施效果

（一）STEM教育促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的提升

通過STEM項目教育，引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)科知識與生活經(jīng)驗相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生科技特長發(fā)展。僅2018年第十九屆“我愛祖國海疆”全國青少年航海模型教育競賽全國總決賽中，我校學(xué)生就獲獎21項，其中一等獎8項。學(xué)生在“四模一電”STEM創(chuàng)客項目全國比賽中摘金奪銀，屢獲大獎。同時STEM項目也促進(jìn)了學(xué)生學(xué)業(yè)發(fā)展。凡是STEM課程開展得越真實，越有深度和力度，學(xué)生在各種學(xué)科的學(xué)業(yè)成績越好，發(fā)展后勁越足。如我校連續(xù)7年獲廣州市普通高中畢業(yè)班工作一等獎。

（二）STEM教育促進(jìn)學(xué)校文化品位的提升

本校結(jié)合中華優(yōu)秀傳統(tǒng)中醫(yī)藥文化與學(xué)校資源條件構(gòu)建了“芳香類中草藥產(chǎn)品生產(chǎn)”STEM項目系列，涉及學(xué)科領(lǐng)域有中藥、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、美術(shù)、技術(shù)與工程等方面。運用STEM理念開展中草藥種植、加工、芳香油提取、產(chǎn)品制作及應(yīng)用等，構(gòu)建STEM跨學(xué)科課程，實踐STEM教育。積極運用自己創(chuàng)建的數(shù)學(xué)思維模型進(jìn)行芳香油科學(xué)探究，依靠信息智能技術(shù)處理項目技術(shù)工程問題并制訂并實施方案，展示了橙皮苷提取利用等20多個課例。促進(jìn)了教師跨學(xué)科創(chuàng)新教學(xué)能力的提升，感受到項目真實性是STEM教育得以不斷生長的土壤。

（三）STEM教育促進(jìn)學(xué)校辦學(xué)質(zhì)量的提升

本校的STEM教育成果多次參加省、市級學(xué)術(shù)推廣交流，吸引本省內(nèi)多所學(xué)校前來學(xué)習(xí)交流。筆者設(shè)計的STEM教育課例還多次進(jìn)行線上教研觀摩，深受師生好評。因?qū)W校的STEM教育項目鮮明的時代特征和符合學(xué)生認(rèn)知的個性化特色，受到社會關(guān)注，近兩年先后被廣東電視臺、廣東教育公眾號、廣州電視臺、羊城晚報、增城日報和增城電視臺等多家媒體專題報道，引起熱烈反響。筆者的研究與實踐成果之一“信息技術(shù)支持的STEM項目跨學(xué)科教學(xué)”成果參加“第一屆中小學(xué)（含中職）優(yōu)秀STEM教學(xué)案例獎評選活動”并獲獎，被專家評價為“教學(xué)案例高度契合STEM教育理念，充分體現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)特點，為全國各學(xué)校推進(jìn)STEM教育提供了優(yōu)質(zhì)經(jīng)驗[4]”。

結(jié)束語

盡管我校在STEM教育中進(jìn)行了辛勤探索，積累了一些經(jīng)驗，取得了一定成績，但是還存在不少困難和問題。在軟件建設(shè)方面，部分教師對STEM教育還缺乏深刻認(rèn)識，承擔(dān)STEM教育教學(xué)的師資隊伍素質(zhì)還需提高，學(xué)校STEM教育領(lǐng)軍人才還比較少;在學(xué)校層面，對STEM教育的課程體系構(gòu)建還需要強(qiáng)化和深入，還需加強(qiáng)科學(xué)規(guī)劃與硬件建設(shè)，以充分發(fā)揮STEM教育的功能。未來要在STEM項目師資隊伍建設(shè)和STEM項目理論與實踐研究方面進(jìn)行加強(qiáng)，并形成系統(tǒng)性成果。

參考文獻(xiàn)

[1]邱德峰，全曉潔，李顏希.國外STEM教育的研究熱點與前沿探析[J].教師教育學(xué)報，2020（7）：5，11-21.

[2]夏雪梅.學(xué)科項目化學(xué)習(xí)設(shè)計：融通學(xué)科素養(yǎng)和跨學(xué)科素養(yǎng)[J].教育研究與評論（中學(xué)教育教學(xué)），2018（9）.

[3]段春紅.我國STEM教育研究特征與趨勢探析[J].中小學(xué)電教，2020（9）：3-5.

[4]段春紅.我國STEM教育研究特征與趨勢探析[J].中小學(xué)電教，2020（9）：3-5.

作者簡介：周麗紅（1970— ），女，漢族，廣東增城人，廣州市增城區(qū)高級中學(xué)，中學(xué)高級，本科。研究方向：中學(xué)教育教學(xué)改革。

本文系廣州市增城區(qū)教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度重大課題基金項目“基于STEM教育提升教師跨學(xué)科融合素養(yǎng)的策略研究”（編號：zc2019001）的研究成果。