淺談STEM理念對科技館的科學教育帶來的影響

關鍵詞：STEM;科學教育;科學探究課程

中圖分類號：G322.2;G633.98 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）06-0183-03

Keywords：STEM;science education;scientific inquiry course

1 ?STEM教育及其特點

1.1 ?STEM教育的概念

STEM教育是于2103年由美國提出并實施的新一代科學教育標準，從字面上分解，它是指科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics），在韋鈺院士譯著的《以大概念理念進行科學教育》中對STEM四個方面進行了詳細的定義解讀：

（1）科學：經實證檢驗的有關自然界的概念，它們在產生這些概念的時間長河和過程中不斷積累而成;

（2）技術：為服務于人類自身的需要和向往，由人類產生的系統、過程和人工制品;

（3）工程：為解決人類面對的問題，由科學知識支撐、具有設計目標的、系統的和可重復的過程;

（4）數學：對模型和定量關系的研究，用數字的形式和形狀作為符號表達數和空間，并通過邏輯推理來證實。

從中可以看出一些關鍵詞，STEM教育是使學生鉆研與生活相關的現實任務，取得具體的學習成果，把教育與未來工作中碰到的問題直接掛鉤。如果把這項任務比作一項工程，那么這個工程就是應用數學、科學和技術領域的概念來系統地解決現實中復雜的問題。

1.2 ?STEM教育的特點

STEM教育不是憑空出現的，而是已經經歷百年的發展。現代STEM教育的源頭被認為是克伯屈的項目方法，其雛形的歷史被追朔到20世紀初的農業手工培訓和瑞典式的手工藝教育培訓等，不論源于何種教育的雛形，可以看到今天的STEM教育已經融合了探究、項目式學習以及手工藝實踐模式的特征，這些特征歸納起來可以從以下四方面進行表述：

（1）STEM教育強調用工程項目的方式解決現實中的問題。包括現實生活中的真實任務和學生通過設計要求掌握的與任務相關的知識兩個方面，在教師設定任務目標時，學習的邊界或限定的條件都是基于實用性，強調解決實際問題的社會價值性與可操作性，彌補了探究式實用性不足的缺點，同時也為解決大學生與社會脫節的問題找到了一個方向。

（2）STEM教育是跨學科的融合。在探究式教學中，有時為了更有利于探究變量的控制或者實現探究問題的易實現性，往往會減少或不考慮跨學科性的問題，一些“STEM課程”易于望文生義，把各個學科內容羅列在一節探究課中就當做跨學科。實際上，STEM教育跨學科的融合不僅僅指跨學科內容的羅列，更重要的是跨學科概念的運用與理解。在STEM教育中提出的跨學科概念有利于闡明各學科核心概念的現象或問題，有助于把各學科之間邏輯地聯系到一起。同時核心科學概念的提出打通了跨學科融合的壁壘，而且基于跨學科通用的核心科學概念把各學科分支上的研究又匯總在了一條科學的主干道上。

（3）STEM教育強化了實踐的流程化和迭代性。在科學探究學習過程中，我們知道探究模式，在傳統的科學教育中會嚴格按此模式用于探究教學。雖然在STEM教育中依然有一定的模式：提出問題、設計方案、執行方案、測試結果、改進方法、重新制定方案、交流討論，但是工程設計模式的線性關系和迭代性在很大程度上依賴于學生在解決問題的過程中學習并吸收新的知識，并運用迭代模式改進或優化所做的方案，不像在科學探究往往只是限定現學知識和已經觀察到的現象進行判斷和理解。

（4）STEM教育本質是基于實踐的探究。科學的本質是探究，從美國《新一代科學教育標準》提出的三個維度（科學與工程實踐、跨學科概念和學科核心概念）的框架來看，不論是強調工程實踐性還是跨學科的概念都屬于科學探究的范疇，而STEM教育正是基于科學與工程實踐的跨學科探究式學習，所以探究就是STEM教育基本屬性，但同時增加了一個實踐的前提。

2 ?STEM對科技館的科學教育活動的影響

在科技館傳統展教活動中的專題講解、科學秀和相互式探究活動中，挖掘展品的聯系點就是找到其體現的某個科學知識或科學原理，如果一件綜合的展品表現的原理比較復雜，或者是由幾個原理或知識組成的，可能有些無從下手，這是因為講解教育與科學探究活動擅長點的講解與探究，以展品配套活動為點，可以抓住展品的特點加以實施，把各展區的展品串聯為一個系列式的、跨學科的科學教育活動，但是需要注意，正是由于STEM的跨學科的特點，所以很容易把看似幾個不相關的點連成線。。

2.1 ?STEM理念下展教活動的系統化與獨立性的統一

在現有的展教活動中，每個展品的主題活動是相對獨立的，課程間沒有必然的聯系。在STEM課程的設計中，大多數課程通過跨學科概念與學科核心概念構建成一個完整的課程系統。由于其跨學科的特點，勢必需要串聯起不同知識區域的展品，同時因為展廳教育活動對象具有易于流動性與臨時性的特點，所以不一定能夠有足夠的耐心與時間完成一個系統課程的學習，這就需要我們把每個活動設計得具有相對獨立性。單個課程是獨立的，由多個單一課程又能組成一個完整的STEM系列課程。

以STEM理念主導課程設計勢必大大增強課程的系統性，同時又強調每個子課程的獨立性，這打破了原有展廳科學教育活動各自為戰的局面，一些好像不相關的展品或活動會被串聯起來，形成一個有機的系統課程。

2.2 ?通過STEM深化現有的科學探究課程

原有的科學教育活動是我們現有展教科學教育活動的基礎，從探究課程到完全的STEM課程是一個逐步分階的過程，完全符合STEM框架的新課程要求，不可能一蹴而就，如何處理新舊課程過渡的問題，不僅僅是研究的時間成本問題，同樣還有展品改造成本等因素，所以我們可以在原有的課程基礎上運用STEM關于“三個維度”對現在科學教育活動進行轉化與改造，我們且稱之為STEM深化的過程。

配套展品開展教育活動的課程很多，不是所有課程都適應STEM的深化，我們應該緊緊抓住STEM的特點、展品及活動來尋找可利用深化改造的課程。其主要基于三個層面的考慮：基于反應實際問題的展品及其相關活動、跨學科聯系的寬度、近期沒有展品有改造計劃。

水廠和電網是許多科技館常有的傳統展項，與我們的生活息息相關，以《水的凈化》課程案例為例，比如在廣西科技館的二期改造時保留了有關于水廠純化水源的工序流程的一個展品。此課程結合科技館的科學工作室中《水的凈化》一課成為與展品配套呈現的經典科學教育活動課程。通過STEM框架深化課程的操作如表1所示，以此為例通過闡述如何通過STEM框架深化課程。此課程設計參考引用了《STEM教學設計》書中案例《水，到處都是水，可是沒有一滴能喝》的一些思路與現在的一些展品內容相融合。由表1可以看出，通過STEM深化的課程中跨學科的方向是有效地聯接各展品的結點，這一系列的活動設計有效地把科技館的幾個主題展區的相關內容聯系在一起，通過一個STEM系列課程把單一知識點展品的配套科學探究活動拓展成為一個系統化的課程體系。

科學教育活動的STEM是針對展品配套的活動在一定時間內沒有改變，所以采取的升級軟件的辦法。從科學探究活動到STEM的轉化是一個漫長的過程，也不是所有活動都需要進深化，如何深化與如何選擇都需要據根當下展品與展覽教育活動的情況而定。

3 ?結 ?論

可以看到，在STEM教育全球流行的今天，科技館作為科學技術教育前沿的科普陣地，應當及時響應科學教育的最新理念，科技館引用STEM的進程勢在必行。運用STEM理念對展覽設計與教育進行有益的改造，將是科技館未來一段時間內需要大膽嘗試與認真探索的一項任務，希望STEM教育為我們打開的一扇窗口能成為科技館轉型升級的拐點。

參考文獻：

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作者簡介：張祖興（1981.04-），男，漢族，廣西北海人，講師，在職研究生，主要研究方向：青少年科技教育與產品研發。