美國小學STEM課程設置的 實踐特色研究

呂偉妮 王晶瑩 何靜

【摘要】為保持國際競爭中的地位，美國全力推進教育改革，融入STEM教育，使STEM教育覆蓋教育全過程，因此，培養具有科學素養和工程素養的高科技人才，成為美國整個教育階段的核心任務。作為美國基礎教育階段的小學教育，是進行STEM教育的關鍵階段，抓住學生的身心發展特點，開展獨具特色的小學STEM課程教育，已成為美國教育任務的重中之重。

【關鍵詞】美國小學STEM特色教育？搖？搖？搖STEM工程教育？搖“收集課程”

由美國國家科學基金會及美國教育部聯合出臺的STEM教育體系，旨在讓所有學生都能夠獲得優質的STEM教育，培養具有學習能力、創新創造能力、問題解決能力、溝通交流能力及協調合作能力的科技人才，被整個教育界公認為最能適應時代發展要求的人才培養方案。

一、跨學科領域的美國STEM教育模式

STEM教育涵蓋科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四大領域的教育，是四大學科的簡稱，但并非四大學科的簡單組合。[1]STEM課程強調學科知識間的高度融合，注重學生跨學科的知識運用，旨在為學生提供參與學習活動的平臺，在以學生為中心的課堂教學模式下，以發現學習、項目式學習、問題式學習為主，強調團隊合作，重視技術應用，為學生提供豐富的信息資源，激發學生解決真實問題的創造性，以培養出STEM領域的杰出人才。

STEM教育作為一項培養復合型人才的跨學科教育模式，更加注重核心課程融合，美國全國州長協會中心（The National Governors Association Center，NGA）和各州教育長官委員會（The Council of Chief State School Officers，CCSSO）共同頒發的州共同核心課程標準（CCSS），包括數學和英語語言藝術學科。[2]如圖所示，為STEM教育視角下美國中小學核心課程與科學課程的融合。

二、孕育STEM特色課程的美國幼小銜接教育

“收集課程”（Collections curriculum）由科里·巴迪奇（Kori Bardige）及幼小教育專家梅麗莎·拉塞爾（Melissa Russell）聯合創設，對“馬薩諸塞州學前教育指南”進行仔細調整，涵蓋所有STEM發展領域，使每一項研究調查都符合馬薩諸塞州學前教育目標體系。課程專門為4～5歲學齡前兒童而設，以兒童對理論或現象的疑惑為起點，在研究調查的實施過程中，不斷收集有效信息，發現兒童的學習興趣，進而確定下一次的研究主題、研究設計，以及活動場地等。

（一）馬薩諸塞州“收集課程”特點

課程目標涵蓋了馬薩諸塞州設定的所有學前教育目標。課程中設置不同的主題供兒童進行深入探究，遵循統一的探究模式，注重室內外學習環境的創設，讓兒童與外部世界充分接觸，觸發兒童的好奇心，激發創造性思維，培養創新能力，課程目標涵蓋了馬薩諸塞州早期教育機構所設定的所有學前教育目標。

課程以科學方法論為導向。從研究STEM教育工具開始，向兒童介紹科學方法，當兒童和父母進行合作探究式學習時，能夠靈活運用科學方法，對已有理論和現象提出質疑，使科學方法成為孩子們運用已有知識進行猜想假設、驗證理論的有效途徑。

課程實施過程中，重視家長參與。家庭是兒童早期教育計劃中不可或缺的組成部分，鼓勵家長和孩子一起探索，分享孩子的相關問題。由此，教師不僅能夠捕捉到孩子們的STEM學習的興趣點，為課程設計做準備，更有利于對兒童進行全面評估。此外，家長參與課程計劃，也有利于兒童通過家庭活動拓展課堂學習。

課程注重兒童敢于質疑的精神。研究起源于對已有結論和現象的質疑，教師根據兒童的疑惑，引導兒童及其父母確定STEM相關概念，隨著概念問題的出現，教師設計相應的活動幫助他們進一步研究，調查最終豐富了兒童的學習經歷，兒童在研究過程中分享學習體驗，感受與父母合作學習的樂趣。

課程強調教師STEM專業術語的積累與運用。教師作為課程計劃的設計者，不僅要為兒童提供指導，參與游戲，更要掌握并熟練運用STEM相關專業術語，例如：引導兒童進行比較的詞匯，引導兒童進行問題解決的詞匯，激發兒童數學思維的詞匯，等等。

課程注重課堂內外學習環境的創設。學習環境被教育者稱為“第三位教師”，對學習環境的設計是突出STEM教育理念的有效途徑。環境的創設，首先要滿足不同類型的STEM探究活動的需要，場地的選取也要便于組織；其次，學習環境中應包含研究調查中所需的全部素材和資源，并根據需要定期輪換，以鼓勵兒童的探索精神；最重要的是，環境氛圍能夠激發兒童STEM學習興趣，使學生在幼小銜接階段奠定對后續STEM研究的興趣基礎。

（二）“收集課程”的格式化實施建議

該課程中所進行的調查研究，每一次的調查都是對前一次調查的進一步研究，旨在幫助該階段教師在研究活動過程中，深入了解兒童，確定下一次活動主題。“收集課程”的每一次調查研究，教師都遵循相同的模式進行調查活動設計。大致格式化要求：1. 構成調查研究框架，初步構思研究過程。2. 確定詳細的學習目標，盡管教師要負責評估兒童所涉及的所有領域，但是對選取的學習單元或主題，一定要是兒童感興趣的，要滿足兒童個性化發展需求。3.在調查中進行問題反思，反思性的問題旨在幫助教師深入思考某個主題。在已完成調查的基礎上，進行研究思路的拓展，根據兒童的興趣點，思考他們下一步想要學習什么，在哪里學等問題，進而增添學習材料，選擇適宜的學習環境，完善課程設計。4. 帶領兒童到戶外，鼓勵兒童探索自然環境，這也是教師進行研究反思的主要部分。5. 通過STEM相關術語的介紹，幫助孩子加深對STEM領域的了解，增強對研究主題的理解。課程實施建議老師可以將單詞添加到單詞墻上，并用作環境裝飾品，以提高孩子們的寫作和閱讀興趣，當然STEM相關術語也會因興趣和不同的研究方向而有所不同。6.每項研究記錄都設有筆記頁面，供教師在調查過程中添加筆記，記錄便于后續研究的信息，同時也便于問題反思與經驗分享。此外，每個教師都配備“工具箱”，記錄并收集調查過程中產生的附加信息，以便進行個別化教學。

三、以STEM工程教育為起點的美國小學課堂

（一）小學STEM工程教育實踐基礎

美國在K-12教育階段的改革中，強調STEM教育的融入，尤其強調技術素養與工程素養的滲透。[3]工程素養是指理解技術的工程設計與開發過程，工程設計主要是將科學與數學的相關原理創造性地應用于實踐，其核心是整合多門學科知識，將難以理解的概念與實際生活聯系，激發學生解決問題的興趣。小學教育階段作為STEM教育的基礎階段，更加強調提升學生的工程素養，STEM工程教育強調與數學、科學等相關學科的聯系，由美國科學出版社根據美國最新科學教育大綱（NGSS）編寫的《科學的維度》中，第一個維度即科學與工程實踐，意在說明學生需要做什么。具體來講，學生學科學、學工程的前提，就是要學會八件事：學會問問題，清楚自己要解決的問題是什么，學會建立并應用模型，學會進行調查研究，具有數學和算法思維，學會設計問題解決方案并解釋相關科學現象，學會用證據證明自己的觀點，學會獲取信息并分析表達。上述八件事作為美國小學STEM工程教育的核心要素，也是小學階段STEM工程教育的實踐基礎。

（二）小學STEM工程教育教學實踐

動手實踐、項目式學習是STEM教育的核心要求，也是STEM教育落到實處的有效策略。STEM工程教育以工程項目為單元，強調對所學概念、原理的綜合運用，以小學四到六年級的工程教育課為例，分析美國小學階段STEM工程教育理念。例如：四年級的STEM工程教育，通過電磁單元的學習，了解電路類型，以理解科學概念為前提條件，設計出普通電路板，在此基礎上，進行午餐鬧鐘的設計，專門定制的鬧鐘語音提醒，需要擁有語言天賦的合作伙伴；五年級階段，學生根據要求，利用給定材料，設計系統模型，如記錄氣象數據的儀器、水循環系統、水過濾系統、火星探測器的著陸系統等；六年級階段關于橋梁的工程設計，從材料的選取、購買，到橋梁各部分的比例以及整體架構，全部由學生完成。

綜合分析不同年級的STEM工程實踐課，體現了數學、科學、語言藝術與工程實踐的密切融合，四年級更加注重工程、科學與語言藝術的綜合應用，而高年級階段則更注重工程與科學、數學的融合，強調科學方法的運用、模型建構以及數學運算思維，并且年級越高要求越高。雖然不同年級STEM工程教育的側重點不同，但共通之處在于：促進學生批判性思維和創造性思維的發展，提升學生合作交流能力，每一項有意義的工程項目，都遵循統一的設計過程：確定所要解決的問題及要求；構想并確定最佳解決方案，制訂操作計劃并執行；反復操作，完善解決方案；等等。

四、美國小學STEM教育特色

STEM教育作為四門學科的綜合課程體系，以綜合的教學方式培養學生的科學素養，提升學生綜合運用各學科知識解決實際問題的能力。面向于K？鄄12教育階段的STEM教育，其特征表現為：跨學科性、趣味性、體驗性、情境性、協作性、設計性、藝術性、實證性，以及技術性。[4]而美國小學階段的STEM教育，其特征則更傾向于跨學科性、批判性、協作探究性、實踐操作性四大方面。

一是跨學科性。跨學科性是美國小學階段STEM教育的核心特征。STEM作為一種融合科學、技術、工程與數學為一體的綜合課程，其教育理念從根本上就體現多門學科的整合性，[5]數學和科學作為進行工程設計的實踐基礎和概念原理，而技術卻始終貫穿于工程設計的全過程，支撐著工程項目的開展。STEM教育的跨學科性，旨在希望學生能夠利用數學與科學的基本原理，對現實問題加以解決，強調不同學科知識的綜合應用能力。

二是批判性。美國21世紀學習合作組織，認為將要進入21世紀勞動力市場的學生，必須掌握必要的關鍵能力，在該組織制定的“21世紀學習框架”（Framework for 21st Century Learning）中，要求學生所具備的學習與創新技能（4Cs）中，包括批判性思維與問題解決意識，注重提升學生的批判性思維意識與問題解決能力。[6]通過對美國小學教育階段STEM課程的闡述，可以看出，關于STEM學習項目的選擇，并非憑空而來，而是在充分了解各學段學生學習興趣，抓住學生對問題的質疑點，對學生的質疑進行引導，進而決定STEM課程中的研究項目。

三是協作探究性。美國“21世紀學習框架”學習成果部分的4Cs技能中，還強調學生的溝通技能與合作技能。STEM注重項目式學習方法的應用，項目式學習被美國小學教育階段普遍采用，在匯集學生學習興趣的基礎上，為學生提供學習的關鍵素材，引導學生組建團隊共同解決問題。學習過程注重對學生合作溝通能力的培養，幫助學生形成團隊意識，以及在合作過程中發現新問題并深入探究的意識。更值得一提的是，美國幼小銜接階段的STEM特色課程，不僅關注兒童間的合作，更注重兒童與家長間的協作探究，進而彌補兒童課堂學習的不足。

四是實踐操作性。STEM強調對理論知識的綜合運用，教材中的理論源于實踐，并且需要實踐來不斷驗證。美國小學階段的STEM課程，更加注重學生的課堂主體地位，教師僅僅引導學生進一步發現問題，幫助學生明確所要解決的問題，為學生提供詳盡的研究素材，學生按照要求動手操作，反復實踐。例如小學階段STEM工程教育課程中，對語音鬧鐘、橋梁等設計中，無形中要求學生不斷試驗，持續改進設計，在實踐操作過程中，發現新問題、解決新問題，最終呈現完美的工程設計方案。

參考文獻：

[1]李慧，王全喜，張民選. 美國STEM教育的探析及啟示.[J]. 上海師范大學學報（哲學社會科學版）. 2016（5）：144-152.

[2]Kori Bardige， MS. Ed.，Melissa Russell，M. Ed.Collections：A STEM？鄄Focused Curriculum.[R]. Heritage Museums & Gardens Inc. 2014.

[3]張思宇，朱成科. 美國STEM教育及其對我國小學教育改革的啟示.[J]. 教學與管理（小學版），2017（5）：57-59.

[4]余勝泉，胡翔. STEM教育理念與跨學科整合模式.[J]. 開放教育研究，2015（4）：13-22.

[5]呂延會. STEM教育的核心精神.[J]. 當代教育科學，2017（5）：16-19.

[6]鄧莉，彭正梅. 通向21世紀技能的學習環境設計——美國《21世紀學習環境路線圖》述評.[J]. 開放教育研究， 2016， 22（5）：11-21.

（作者單位：①青島大學師范學院；②北京市北達資源中學 ？搖責任編輯：朱蘊茝）