當前我國STEM教育存在的問題探究

謝琪 邵佳靚

摘要：STEM教育已成為各國的戰略并受到普遍重視，作者結合STEM教育的特征以及國內外的實施情況，指出目前的STEM教育實踐在課程的設計、課程的實施以及師資等方面存在的一系列問題，并建議從STEM教育的核心素養的建立、科學的課程體系的開發、評價體系的研發和教學方法的研究四個方面入手來加以解決。

關鍵詞：STEM教育;問題;對策

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2019）21-0100-04

● STEM教育的特征

STEM代表科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics），它是培養綜合運用STEM知識解決現實問題的能力的教育。

美國學者Yakman增加了藝術（Arts）學科，提出了STEAM金字塔結構框架，并總結出跨學科、藝術性、情境性、設計性、團隊協作性5個特點。[1]余勝泉和胡翔指出STEM教育中四門學科的教學必須緊密相連，以整合的教學方式培養學生掌握知識和技能，并能進行靈活遷移應用于解決真實世界的問題，提出跨學科、趣味性、體驗性、情境性、協作性、設計性、藝術性、實證性和技術增強性9個特征。[2]

2017年2月，教育部頒布《義務教育小學科學課程標準》，首次以科學課為依托，提出STEM教育的標準。該標準強調STEM教育的核心是一種跨學科的學習方式。隨后，2017年6月發布的《中國STEM教育白皮書》指出，應將STEM教育納入國家創新型人才培養戰略。

● STEM教育的實踐情況

1.機器人學習

歐洲國家及美國采用機器人學習作為STEM學習的項目之一，主要是使用工具包建造和編程機器人[3];美國麻省理工學院在1994年設立了“設計和制造LEGO機器人”課程，終身幼兒園（Lifelong Kindergarten）與樂高公司合作，設計了視覺化程序編輯工具——RCX Code，結合硬件組成了樂高機器人，到2007年又推出Scratch編程軟件，學生能夠使用積木式編程軟件實現對機器人的設計、制作和控制。美國加州項目引路計劃（PLTW）開發的STEM課程，要求學生能夠設計、構建機器人。[4]Mataric和Koenig等人搭建了適合各個年齡段學生的機器人試驗臺和編程方法，詳細介紹和描述了機器人項目工作簿和試驗臺，提供項目中機器人的軟件、硬件以及材料，為機器人教育工作者提供了參考。[5]美國卡耐基梅隆大學發布了5門機器人課程，以鍛煉學生的科學、技術素養。[6]

我國的機器人教學2000年在北京景山學校率先開展，主要是進行機器人競賽培訓，內容包括了解機器人概況、熟悉機器人硬件、掌握機器人編程、設計并開發機器人項目等。2018年11月，推出了小學到高中的首套人工智能教材，并于2019年在上海投入使用。

2.外展活動

一些學校采用了“外展（outreach）活動”開展STEM教育，活動由STEM公司執行，人員是K-12學生及其教師。開展形式有：研究機構（公立或私立）專家的客座課程;工業實驗室邀請學生到其工作環境中，展示他們的工作方式，或由業內專家開發作業，由教師執行必須在公司內部解決的真正問題。在荷蘭，已經啟動了一個“青年和技術網絡”（Jet-Net），以便STEM行業與高中合作創建活動，展示高中科學（STEM）如何適用于學生的世界觀。2012年，Jet-Net模型也在丹麥推行。在美國，項目引路計劃、New Tech高中和pTech項目是整合學校學科和現實世界學科的最大工業合作范例。

3.3D打印技術的學習

許多國家和機構正積極探索3D打印技術和STEM教育的融合，以推動技術驅動教學創新。從資助類別來看分為兩類：一類是由政府直接撥款主導而發展起來的教育項目，典型的有英國3D打印教育試點工程、澳大利亞3D打印教育推廣項目;另一類是政府引導，社會機構、公司資助開發或自行開發的一系列活動或課程，如美國PLTW部分項目、日本DHM項目、Stratasys 3D打印課程等。[7]目前開展的3D打印使用情況分為六個類別：①學生的3D打印學習;②教育者的3D打印培訓;③作為教學中的輔助技術;④以學習為目標的工藝成品;⑤創建輔助技術;⑥支持外展活動。[8]

● 存在的不足

盡管國內外對STEM教育已經進行了比較多的探索，但目前國內的STEM教育還存在若干急需要解決的問題。

1.國內科學的STEM課程設置的欠缺

STEM教育目前正處于初步發展階段，教師只知道STEM的含義，卻不知道如何整合課程。目前存在三種類型的“STEM課程”：第一種是從國外購買，照搬和翻譯國外學校STEM教育的課程資源和設置體系;第二種是由本校的信息技術教師按照自己的經驗直接開發，這種形式是國內較為常見的形式，絕大多數是依托Scratch創意編程、Arduino創意電子等進行開發;第三種是公司為了銷售硬件的需要開設配套的STEM課程，或者公司委托高校來開發相關設備銷售的配套教材，用于社會的培訓。由此，課程標準便顯得尤為重要，它作為教育者從事教育工作的“指揮棒”，是教師明確課程性質、課程目標及實施建議的參考性文本，是教師進行理念轉變的指導性文件。若無課程標準的設定，教師無法真正理解STEM教育，則無法保證教學質量和水平，各學校冠以“STEM教育”的頭銜就無法真正達到培養人的目標。

2.國內STEM教學資源稀缺

以美國為主的發達國家已進行了較長時間的STEM教學，并產生了較多實用的課堂案例，國內的教師目前大多處于模仿階段，且迫于學校的課時安排，極少能夠抽出超過兩節課的時間完成一堂完整的STEM課。目前有陳如平、李佩寧編寫的《美國STEM課例設計》一書，其中包含美國中小學課堂中的50個課例，可以供國內的教師學習研究。但僅有此類課例是不夠的，真正適合我國的教學設計應該是符合我國學生發展核心素養的，做到立德樹人，實踐、探索真正符合我國發展的教學案例。