美國PLTW機構的STEM課程在中小學實施的模式與思考

左銀

(江蘇省南京市鳳凰數字傳媒有限公司,江蘇 南京 210000)

1 引言

STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics)教育是近年來許多國家教育改革的熱點，尤其以美國為代表的發達國家的教育界人士已經認識到，K-12階段的學生在STEM相關學科的學習表現，已影響到一個國家經濟發展的基礎，亦是維系國家競爭力的重要來源。美國將“培養所有學生的STEM素養”視為中小學階段的教育目標之一，在中小學階段成立了遍布全美的以STEM為核心的學校。PLTW(Project Lead The Way，項目引路)是教育行業中一個快速發展的非營利組織，該機構為全美K-12階段學生和教師提供STEM教育課程，目標是提高學生對工程學和其他與STEM相關專業和職業的興趣。

2 PLTW項目介紹

PLTW機構是全美領先的K-12 STEM課程項目提供商，向美國50個州和哥倫比亞特區的8000多所中、小學提供STEM課程。PLTW機構擁有豐富的STEM課程、高質量的教師專業發展模式以及一個有很多教育者和企業參與的合作伙伴網絡。

目前，包括紐約州、印第安納州、愛荷華州和南卡羅來納州在內的州政府已經向PLTW提供資金以支持其發展。2015年美國大學理事會與PLTW合作，當學生成功通過至少三次考試(一次AP考試，一次PLTW考試，另一次AP或PLTW考試)后有資格獲得計算機科學、工程和生物醫學科學中一項或多項的AP+PLTW證書。

3 項目實施路徑

3.1 建立科學的課程體系

表1 PLTW項目課程

3.2 課程的實施方法

3.2.1 小學的實施方法

PLTW建議在小學階段可以采用以下方法來實施課程：第一種方法是每個年級選擇1個課程項目，比較適合學校全面性開展STEM課程。第二種方法是一到二年級每個年級選擇1個課程項目，三到五年級每個年級選擇3-5個課程項目，尤其是三到五年級，這種選擇會讓學生們為中學階段的STEM課程做好充分的準備。第三種是每個年級都開展多個課程項目，這會使學生有更多的STEM課程體驗，但是這種方式對學校和老師的要求也會比較高。第四種是定制化的課程，針對后期的計算機科學、工程或生物醫學專題來定制課程。

3.2.2 初中的實施方法

PLTW建議在初中階段可選兩種實施方法：第一種是順序實施，從基礎課程項目開始，然后再實施一個或多個專業化課程項目。這種選擇讓學生在學習更專業化的課程之前，先在工程設計上打下堅實的基礎。第二種是定制化實施專業化課程項目，有的學校所在地區或所在的州可能會有一些特色方向和特殊需求，在專業化課程項目里選擇一個符合學校和地區需求的課程項目，并在此基礎上進行二次開發，和自己學校的方向結合得更為緊密。例如當地高中有成熟的航天航空的STEM課程，學校可以選擇飛行與宇宙這個課程項目，并根據高中的一些課程方向對初中課程進行進一步開發拓展。

3.2.3 高中的實施方法

PLTW在高中階段的實施方法如表2所示。

表2 PLTW在高中階段的實施方法

3.3 啟動PLTW項目

在學校已經為學生選擇了最佳的課程實施方案后，就需要啟動PLTW項目，該項目為學校提供了詳細的啟動流程(如圖1)。

圖1

在此過程中，學校需要在網絡上注冊并簽訂協議。協議簽訂后，學校開始選擇PLTW培訓教師，PLTW教師有豐富的背景和經驗，主要由大學教授和碩士學位以上的教師組成，專業的PLTW教師團隊將會幫助學校成功實施STEM課程。PLTW的教師培訓分為三個階段：準備階段、核心訓練階段和持續學習階段，一旦教師完成核心培訓，他們就可以訪問在線資源和學習社區，進行更多的持續培訓學習，加強與其他PLTW教師的交流。PLTW還為學校提供教學過程中必要的課程設備、軟件和其他資源，為學生提供更多的實踐經驗和機會，購買設備的時候學校也可以參考PLTW提供的設備供應商。

《中國移動互聯網發展報告(2017)》藍皮書調查數據顯示，我國移動互聯網用戶規模連續三年保持11%左右增長率。2016年一季度，移動端閱讀人數較桌面電腦端多2 000萬人。隨著移動通信技術的研發與應用，主流移動手機終端己具備流暢接收與處理圖片、音頻、視頻等多媒體資源的能力。人們可以不受時空限制獲取信息，學習形式呈現碎片化特點，移動學習(M-Learning)興起。移動學習是利用無線網絡技術，通過智能手機、個人數字助理PDA等無線移動通信設備獲取教育信息、教育資源和教育服務的一種新型數字化學習形式[2]。

3.4 建立PLTW社區

在學校已經成功開啟PLTW課程后，可以選擇加入PLTW社區，讓更多的老師和學生通過互聯網連接起來。PLTW社區加強了學生的學習體驗，為學生提供更多的機會，與其他學校、本地的工商業更好地聯系起來。

學校構建和發展PLTW社區可采取以下方法：

(1) 參與本地商業活動，學生可以在當地實習并和當地團隊合作來獲取更多的經驗。

(2) 推廣學校的PLTW項目，通過媒體宣傳讓學校能夠脫穎而出，并獲得社會認可。

(3) 使用在線平臺，在STEM Premier在線平臺上讓學生展示他們的STEM技能，并可以和教育工作者交流。

(4) 舉辦學生活動和比賽，學生可以通過活動和比賽來應用他們學到的知識和技能。

4 STEM課程在中小學成功實施的思考

PLTW機構經過多年的運營后，成就得到美國教育部、大學聯盟和各類社會機構的廣泛認可。從PLTW的成功案例里我們可以看到中小學實施STEM課程的關鍵如下。

(1) 擁有完整優質的課程系統

PLTW提供了完整的課程系統，從幼兒園到高中，有多樣的基礎課程、專業課程可供學校選擇，PLTW的課程有完整的課程目標、結構、設置、內容、實施和評價，為學校順利實施課程提供了基本保障。

(2) 注重教師培訓

STEM教師是課程實施過程中的關鍵因素，教師專業素質直接影響課程實施的質量。PLTW將STEM教育的教師培訓和STEM教學方法的推廣作為機構主旨之一，構建了基于課程、基于實踐的教師培訓體系，投入大量的時間與經費，在全美范圍內開展基于PLTW課程的STEM教師專業發展培訓。STEM教師在教學中不僅要注重實踐，而且要求教師擁有豐富的專業知識和跨學科的知識和技能。

(3) 提供課程配套資源

由于STEM課程的特殊性，在實施STEM教育時離不開器材和環境的支持。PLTW創造了一個與眾不同的課堂環境，提供了大量配套課程的基礎軟件、硬件，并建設了可供選擇的器材平臺，讓學校可以方便地采購和拓展教學資源，讓學生通過探索挑戰現實，能夠更好地設計和開發項目。

(4) 多元化的社會拓展

PLTW項目自成立以來，得到了美國和各州教育部等政府機構、美國航天局等科技機構以及高等院校、社會組織和企業的支持。PLTW通過這些合作伙伴，為參與自己項目的學校和學生提供了豐富的社會實踐活動，讓學生從STEM課程中獲得的知識和經驗得到更多的實踐和認可。

STEM教育在我國基礎教育領域已經從理論階段走向實踐階段，越來越多的中小學已經開始開設STEM課程，但是STEM課程依然很難在學校落地，大多數學校還是缺乏宏觀系統規劃和具體實施方案。希望PLTW的模式和經驗對我國中小學在實施STEM課程時有所啟示。