美國小學STEAM教育

張秀麗

STEAM是由五個英文單詞——Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、 Arts（藝術）和Mathematics （數學）的首字母組合而成的一個縮略語。STEAM教育用跨學科的方法教授科學、技術、工程、藝術和數學方面的知識，以提高學生的綜合素質與競爭力，被認為是當今最具基礎性、綜合性、創造性和經濟性的教育。STEAM教育和傳統教育的區別在于：它倡導超學科教育理念，更注重實踐、注重學習過程、注重將學校所學知識與現實世界聯系在一起。

美國小學非常重視STEAM教育。WES開設了STEAM課程，經常組織學生參加與STEAM有關的活動，如：富爾頓縣技術競賽、佐治亞理工學院游學、科學奧林匹克日以及STEAM之夜的活動。此外，WES還積極爭取佐治亞州教育部的STEM認證，并于2016年3月獲得了這項認證，成為佐州第16所獲得STEM認證的小學。

富爾頓縣技術競賽

佐治亞州學生技術競賽由佐治亞州教育技術協會舉辦，是佐州最高水平的學生技術競賽。這個競賽每年一屆，包括3D建模、動畫、數字游戲設計、視頻制作、機器人技術等十五個類別，佐州所有3—12年級學生均有機會參加。每年3月，在競賽中都會評選出750個以上項目，代表1000多名學生的技術成果。

富爾頓縣技術競賽從屬于佐治亞州學生技術競賽。WES作為富爾頓縣的學校之一，每年都會積極參與。2016年1月30日，在百年高中（Centennial High School）舉行的第15屆技術競賽中，WES共選派了32名學生參加，女兒是其中之一。

1月29日下午，女兒放學后，帶回家一大包Cubelets（一種類似積木的塑料方塊，可以通電、組裝成機器人），想用它們組裝一只導盲犬：它在前面走，盲人在后面跟。它走，盲人就走;它遇到障礙物停下來，盲人就跟著停下來。女兒的這個想法不錯。可是，當她把導盲犬組裝完之后，卻發現了一個嚴重問題：假如是白天，行人和車輛比較容易發現導盲犬和盲人，能夠及時避開;倘若是晚上，則很難發現他們，容易將他們撞倒。這怎么辦呢？我先生說：如果能讓這只導盲犬發出聲音或亮光，這個問題就解決了。

晚飯后，父女二人蹲在地毯上，開始對這只導盲犬進行改造。一個半小時左右，改造初步完成：導盲犬在遇到障礙物停下后，不僅能發出聲響，身上還能亮燈！為了使它看上去像一條犬，父女倆又在其頭部安裝了鼻子和耳朵，身上拴了一根繩，這樣一來，導盲犬就有模有樣了。

1月30日上午10點半，我們一家三口帶著導盲犬打車來到百年高中。前來參賽的學生很多，寬敞的教學樓一層大廳簽到處擠滿了人。女兒簽到后，領取了一個檔案袋，里面裝有參賽證、參賽須知等。參賽須知上寫著：比賽分許多場次;一間教室為一個賽場;每場比賽只允許一位選手參加;除了評委和參賽者，其他任何人不得進入比賽場地。

女兒比賽的具體時間是中午12：30，她簽到完畢才11：00，由于時間還早，我們便在教學樓一層閑逛。走到一個角落時，我看到一個印度男孩正蹲在地上，小心翼翼地組裝一個大“怪物”，一名印度中年男子蹲在那兒給他幫忙，旁邊還站著一位印度中年婦女，默默地注視著他們倆——這應該是一家三口。男孩組裝的“怪物”體型龐大、結構復雜，想必在設計和制作方面都下了不少工夫。望著眼前這個“龐然大物”，想想女兒小小的、可憐的導盲犬，我不禁有些心虛：女兒的參賽作品是否太簡單、太幼稚了？

11：30左右，我們來到女兒參賽的教室外面候場。原本打算站在門口觀摩一下其他選手的作品，但老師不同意，只好作罷。12：15，一位女老師從教室里走出來，招呼女兒入場。12：30，四位評委先后走進教室。比賽開始了。

佐治亞州學生技術競賽中，評委在進行評審時，會要求選手：展示自己的項目，談談對與這個項目相關的軟件的理解，解釋項目創建的各個方面，為制作項目所選用的軟件進行申辯，回答評委針對項目提出的問題，并在15分鐘內解釋和展示項目的重點部分。同時，評委會按照以下四個標準進行評判：1.原創性——參賽作品在內容與實踐方面是否具有原創性、創造性和想象力;2.清晰度——選手向評委的陳述是否清晰;3.適當性——使用的科技產品（軟件）與項目是否匹配;4.設計——整體設計是否有助于實現該項目目標。

比賽進行得很快，不久女兒就出來了。下午4：40，學校禮堂舉行了隆重的頒獎典禮。這次競賽參賽選手多、獎項設置也多，視頻制作、機器人技術等十五個類別都設置了一、二、三等獎，每個獎項均有不少學生獲獎。WES總共獲得了五個獎項，女兒的作品沒有獲獎。本次競賽的一等獎獲得者還將參加佐治亞州競賽。

佐治亞州學生技術競賽的主要目標是讓學生成為數字時代的領導者，從富爾頓縣技術競賽的情況來看，這個目標正在實現。選手單獨比賽、不允許他人觀摩等競賽要求，可有效避免選手之間的模仿抄襲，體現了尊重原創、保護版權的精神。

佐治亞理工游學的召喚

佐治亞理工學院位于亞特蘭大，與麻省理工學院、加州理工學院并稱美國三大理工學院，是享譽世界的理工科名校。去佐治亞理工游學是許多亞城孩子的夢想。2016年3月，WES就為本校學生提供了一次實現這個夢想的機會。

3月初的一天，科學課上，蒙薩爾維老師（她是女兒五年級班主任，同時兼任數學、科學與寫作三門課的老師）給同學們發了一份通知，動員大家做一個關于“什么是納米”的project，參加學校比賽，為全班同學贏得一次去佐治亞理工游學的機會。比賽要求是：創建一個原始尺寸和比例圖，用以向其他同學解釋“什么是納米”;可以用紙或海報板做，也可以通過電子方式提交;如果不想做圖表，可以做視頻，但你的視頻必須能幫助其他同學理解“納米”;所有projects都要在3月7日（星期一）之前交給埃爾格爾夫人……通知背面是“資源與鏈接”，提供了四個有關納米的網址。

女兒對佐治亞理工學院向往已久，得知這個消息非常開心，希望能把project做好，不僅為自己，也為全班同學贏得一次去那里游學的機會。于是，從拿到通知那一天起，就開始做準備。女兒想做一個視頻，但不知該怎么做，便向蒙薩爾維老師請教。老師建議她用ShowMe軟件來做。女兒從未使用過這個軟件，只好自己摸索：每天下午放學回到家，就一邊上網搜集有關納米的資料，一邊研究ShowMe軟件的用法，一邊試著做視頻。3月6日（周日）晚上，視頻終于做完了。這個視頻時長12分鐘27秒，是用類似于老師講課的方式展開的，有圖片，有文字，有語音解說。內容如下：

1. 說明“nanometer（納米）”是由“nano”和“meter”合在一起組成的一個復合詞。通過分析“nano”和“meter”各自的含義，說明 “什么是nanometer（納米）”。

2. 展示了一張從網上搜索到的長度單位換算表。這張表包括8列、22行，其中第1列從上到下分別是堯米、澤米、千米、米、納米、飛米、阿米等21個長度單位，第五列是將它們的單位長度換算成“米”后的數字，通過比較這組數字的大小，可以很明顯地看出這些長度單位的區別。圖表顯示：1納米僅有0. 000 000 001米。

3. 利用圖片和圖表說明1納米有多小。視頻中先展示了一組圖片：桌子的寬度為1米，口杯的直徑為1分米，一個指甲蓋的長度為1厘米，一根意大利空心粉切面的直徑也是1厘米，一根牙簽的直徑為1毫米，1個葡萄糖分子為1納米。然后，返回前面提到的長度單位換算表，通過與其他長度單位作比較，用數字來說明1納米究竟有多小。

4. 通過實物之間的類比來說明1納米有多小：假如一粒米（3毫米）有亞特蘭大市中心的美國銀行大樓（312米）那么高，1納米就只有1根頭發絲的直徑那么長。

5. 解釋納米為什么很重要。納米可以幫你測量非常非常小的物體，還可以把一種東西變成另一種，創造出新產品。以鐵和納米鐵為例：一小片鐵里面有許多鐵離子，兩個鐵離子之間的距離為1納米。如果我們把兩個鐵離子放在一起，就變成了納米鐵。納米鐵和鐵既有相同的一面——都是鐵，也有許多不同：鐵很難燃燒、遇水會斷裂，納米鐵則容易燃燒、遇水不會斷裂。

6. 使用納米技術可以做許多事情。

女兒做完視頻，第二天就把它交上去了。一周后，學校公布了比賽結果：獲得一等獎的是一名四年級女生，這樣，全班同學都可以跟她一起去佐治亞理工游學;女兒和好朋友莫伊拉并列二等獎，也可以去。女兒很開心，但也有些遺憾：沒有為全班同學贏得去佐治亞理工游學的機會。并且，她還為同組的另外一位成員妮可感到惋惜：因為學校規定，只允許第一作者去。

蒙薩爾維老師建議女兒用ShowMe軟件做project這件事，讓我想起古希臘哲學家蘇格拉底。他把自己稱為“精神上的助產士”，是“幫助別人產生他們的思想”。蒙薩爾維老師也是這樣。她并沒有教女兒如何做這個視頻，只是建議女兒用ShowMe軟件做。至于ShowMe軟件如何使用，這個視頻該怎么做，全由女兒自己摸索;結果如何，全看女兒自己。這種教育能激發孩子的主動性和創造力，但也容易使自主性不強的孩子放任自流、敷衍了事。

科學奧林匹克日

美國小學極其重視基礎科學教育。WES將“科學課”列為五門主課之一，每天上午都有一節課。WES還創建了五個與STEAM有關的俱樂部：樂高威度（Lego WeDo）、海軍海鱸（Navy SeaPerch）、科學奧林匹克、園藝和烹飪藝術俱樂部。樂高威度是一個面向一、二年級學生的早期機器人俱樂部;海軍海鱸是面向四、五年級學生的水下機器人項目;科學奧林匹克隊只招收3-5年級學生，為“科學奧林匹克競賽”作準備;園藝和烹飪藝術俱樂部為3-5年級學生探索與研究園藝世界創造了條件。這五個俱樂部全都免費參加，但需滿足以下條件：“教師推薦”“申請完成（包括論文和自我反思）”“學生所有科目平均成績必須保持在B及以上”。另外，科學奧林匹克隊名額有限、選拔標準嚴格，想參加的學生還需通過團隊安排的“初步考核（包括主題測試和工程任務）”。

WES還設立了“科學奧林匹克日”。2016年的“科學奧林匹克日”定在5月6號。這一天，學校安排了許多比賽項目，有吹紙火箭、樂高比賽、投擲紙飛行旋轉器等十幾項。學生沒有時間全部參加，只能選擇其中幾項。

吹紙火箭的比賽過程是這樣的：一、老師向學生介紹這項比賽的主要內容、比賽規則以及相關注意事項。二、老師播放視頻，教學生如何制作紙火箭。三、視頻播放完畢，老師發給學生每人一張A4紙（做紙火箭的其他材料和工具教室里都有），讓他們按照視頻中介紹的方法，憑記憶做一個紙火箭，時長為25分鐘。四、25分鐘后，學生拿著自己制作的紙火箭，去樓道里排隊參加比賽。那兒有一個紅色靶心——紙火箭的“發射”目標。五、開始比賽的同學站在指定位置，對著紅色靶心吹自己的紙火箭。誰的紙火箭距離靶心最近，誰就是第一名。

學生在制作紙火箭之前，要先準備好材料和工具：一張A4紙，剪刀，乳膠，透明膠帶，直尺，筆和吸管。制作過程如下：

1. 將A4紙剪成兩部分，使其長邊不變，一部分的寬邊為16cm，另一部分的寬邊為5cm。用帶有16cm寬邊的紙圍繞吸管纏一至兩圈，做出一個能使吸管自由進出的紙筒——紙火箭的箭筒。把剩余的紙剪下來，用乳膠粘住箭筒，使其不會散開。

2. 剪一張約8cm長、4cm寬的長方形紙，卷成圓錐形的尖頭（一般卷兩圈左右就可以），作為紙火箭的尖頭。用手調整好尖頭的粗細（注意頂部不要有洞，否則會漏氣），再用透明膠帶把尖頭固定。

3. 將箭筒插入尖頭中，確定大概能插入多深，留出大約1cm的邊，然后把其余部分剪掉。將之前預留的1cm的邊剪成流蘇狀，并涂上乳膠，把“流蘇”粘在箭筒上，再用透明膠粘一圈固定。