數字化時代區域STEM教育的思考與實踐

凌秋虹

在數字化技術迅猛發展、信息社會面臨重大變革的當下，教育要如何迎接機遇與挑戰呢？近年來，我們一直在探索和反思如何運用STEM教育賦予學生更多素養。憑借著獨有的“蘇式”風韻，歷經七年實踐與研究，從STEM課程開發、STEM教室創建，到STEM與創客教育融合，再到創造性地將數字化技術融入STEM教育，我們形成了具有區域特質的STEM教育。目前，STEM教育已經成為區域教育亮點，我們經過反思與總結形成了以下認知與經驗。

豐富內涵，STEM教育的新認知

隨著時代的進步，數字化技術越來越深刻地影響著人類的學習、工作、思維和交往方式，催生了現實世界與虛擬世界并存的社會形態，創造出更為豐富的文化生態。未來，通過STEM教育所培養的學生跨學科思維方式將成為他們日常生活和學習必備的思維能力。學生運用互聯網進行學科知識學習、利用各種數字化工具探究跨學科問題將成為常態，因此，在數字化時代背景下，STEM教育成為順應時代發展、順應國家人才培養目標所必需的教育途徑。STEM教育具有跨學科、藝術性、體驗性、情境性、協作性、設計性六大特點，通過多年思考與實踐，我們將STEM與數字化技術緊密結合，賦予了STEM教育更多的內涵。

1.跨學科

跨學科是STEM最重要的核心特征，其技術是人類為實現社會需要而創造和發展起來的手段、方法和技能的總和。在數字化時代，在實施STEM教育中突顯技術的作用，將信息技術融入到工程、數學等相關領域，引導學生更有效地運用數字化技術去便捷、科學、創新地完成學習。

2.體驗性

STEM教育不僅主張通過自學或教師講授習得抽象知識，更強調學生動手、動腦參與學習過程。在數字化時代背景下，學生的學習習慣、學習內容、思維方式和解決問題的方法都面臨極大的挑戰，運用“昨天的知識”已無法培養“明天的人才”，因此，我們認為STEM教育研究領域應更寬、更廣、更新。我們對原STEM教育研究內容進行了擴展，融入了各類硬件與技術，如將樂高搭建、機器人、智造項目、3D打印、數碼雕刻等融入其中，讓學生研究、體驗，讓活動內容更豐富、更多元、更超前。

3.情境性

STEM教育強調讓學生具有將知識進行情境化應用的能力。通過情境性問題的解決，可以讓學生體驗真實的生活，獲得社會性成長。在數字化時代，我們讓學生了解前沿技術、超前理念，把學生的視野引入未來世界，嘗試智能化項目的研究與開發，體驗弱人工智能項目給未來生活帶來的神秘與新奇。

4.協作性

STEM教育強調在群體協同中相互幫助、相互啟發，進行群體性知識建構。因此我們認為，在數字化時代，學生必須具有互聯網思維，零距離、慧分享、便操作、惠眾生是其顯著特點，各種便捷的交流工具，線上、線下多元的溝通模式，實現了隨時隨地交流與分享，為學生提供時時可學、時時可研的環境，從而培養學生和而不同、共生共榮的互聯網精神。

5.數字化

在數字化時代，特別是人工智能時代，必須讓學生具有很強的數字化意識與能力，能靈活應用各類數字化技術去發現問題、獲取資源、解決問題，掌握計算機編程能力，具有互聯網、大數據思維以及高階思維。為此，STEM教育要把重點放在感悟“智能、智慧”的大數據時代上，引導學生的思維方式從自然思維轉向智能思維。在數字化時代，STEM教育應致力于培養學生用數字化技術去創新、去分享。

多元實踐，區域STEM教育的新策略

1.動手實踐與思維培養并舉

在開展STEM教育活動中，我們借助了形式豐富的動手實踐課程作為培養學生興趣的外殼，將教會學生在實踐中發現問題、分析問題、解決問題的思維方式作為STEM教育的核心目標。在項目實施中，我們以智能化產品設計、研究、創作為出發點，以“思維教學”為主線，不僅強調學生基于認知能力的動手實踐、科學探究、工程思維、解決問題能力的培養，還增加和突顯運用數字化技術進行整體設計、計算思維和交互思維的培養，強調概念性知識、方法性知識和價值性知識的教學，注重教原理、教統籌、教大觀點等不可替代的知識。

實施路徑：創設情境、提出任務—科學探究、整體分析—多元認知、學科融合—師生互動、調試糾錯—拓展創新、個性發展。

2.編程培養與生活情境并重

編程思維對學生的重要性不言而喻，編程教育本是科學、技術、工程、藝術與數學的最佳結合體，學編程不是為了讓學生成為程序員，而是教會學生如何思考。根據多元智能理論，學習編程可培養學生的邏輯思維、數學理解、嚴謹理念、解決問題能力、動手能力和創造力。

我們的做法如下：基于Scratch編程軟件，源于生活情境，每年舉辦新編龜兔賽跑、新編小貓釣魚、蛋的故事、未來家具等動畫設計和游戲創作;連續五年開展“每周編程一小時”活動，讓學生編游戲、編動畫、編故事。目前，在教育云平臺上已收集了4萬個學生編程作品，其中某位學生的作品已有2萬多人次進行收藏與訪問。

實施路徑：創設情境、任務分析—整體架構、邏輯設計—創意設計、分步搭建—糾錯分析、個性張揚。

總之，我們的編程教育注重系統性思維的培養，強調在對問題本質、周圍環境充分認知后，綜合運用多學科知識，進而借助編程這一手段更有效地解決實際問題。

3.技術應用與人文教育并生

我們認為，如果只是一味地追求STEM教育的“創”“新”，追求向“上”生長，而丟掉了STEM教育跨學科的人文內涵，那么這樣的STEM教育是沒有生命力的。因此，我們在STEM教育中融入區域豐厚的文化底蘊，這也是我們所享有的得天獨厚的資源寶庫，讓學生不單單在這座城市中生活、成長，更傳承吳地文化，汲取傳統精華。為此，我們開展了為期兩個月的具有區域特質的“師生溯源·水韻姑蘇”紙電路STEM教育活動。整個活動過程如下：實地采集資料、電腦繪畫設計、22米長卷繪制、裝裱制作實踐、紙電路創意設計、學生現場編程、交流與展示。

在該項目實施中，我們注重學生運用新技術融合能力，促進數學、工程、技術、社會學、人文學和藝術學之間的通聯、交融與創新，給學生提供完整的知識背景，使其在系統化的知識體系中加深對每個學科內容的理解。最終，師生合力復原了蘇州古城的全貌，把靜態的古城畫卷演繹成既還原歷史又具有現代感的動態、交互的長卷，學生全程參與其中，镕古鑄今，實現了傳承與創新，這是STEM活動最深層的價值所在。

實施路徑：走進社會、收集資源—運用技術、整體構建—科學探究、解決問題—團隊合作、展示個性。

4.學科融合和全科教育并聯

隨著社會經濟的發展，國家急需高科技、全能型、創新型人才，因此“全科教育”在我國逐漸產生。為此，我們嘗試在區域內進行試點性的學科通聯教學和全科教育規劃，以主題化的方式開展多學科通聯整合教學，將對各學科知識點的教育融入貫穿到自然主題內容教學中，還學生一個“原生態”的教育。

在數字化創新時代，許多知識體系遠不是單一學校課程設置所能囊括，需要學生更多地學會方法，有針對性地實踐問題，自主分析、自主學習、自主探究和自主創造，教育的側重點應該更多地對學生這方面能力的培養，而不是禁錮在課本標準的知識體系下。為此，我們嘗試了以下活動主題：設計老人智能燈、智能摩天輪、AR開發游戲、動物總動員等。

實施路徑：生活需求、提出任務—科學規劃、學科融合—科學探究、解決問題—真實檢測、糾錯完善—藝術包裝、提升品質—產品認定、效果評價。

通過主題化的設計并融合多學科教學的理念，自生活需求出發、回歸需求問題的解決而形成作品方案設計、產品輸出的教育目標，形成更為科學實際的應用，它是STEM教學真正落地的一種有效途徑。

5.STEM教育與人工智能并進

在做好傳統STEM課程實施基礎上，我們關注前沿技術的發展，特別是人工智能時代已到來，我們必須用發展的眼光來實施STEM教育，讓STEM教育擁抱人工智能。我們通過百度智能云、騰訊云提供各類開放平臺，開展了圖像識別、文字識別、人機交互、大數據的相關科學探究活動，在活動中實現學生“動手、動腦、動心”的結合，突出“人工智能+”的教育特色，避免“為學人工智能而學人工智能”。

實施路徑：關注技術、主動學習—聯系生活、提出創意—借助資源、整體設計—科學探究、動手實踐—糾錯分析、完善作品。

服務“育人”，區域STEM教育的新收獲

通過江蘇省STEM教育實驗區的構建，我們在相關教育理念、前沿領域、師資培養、活動創新、環境構建、課程開發、師生成長等方面碩果累累，“立德樹人”的教育擔當與責任首位度不斷凸顯。

1.集團隊智慧，開發區域SETM課程

形成具有區域特質的區域SETM課程并正式出版教材。同時引入相關高階課程，實現課程資源共享，進一步實現區域STEM課程的普及化、均衡化。

2.聚區域力量，創設STEMx教育環境

這里的“x”代表未知因素，SETM是一個開放、無限的視域。區域整體規劃，打造沉浸式創新學習空間，百花齊放、一校一品，構建起區域標準化STEMx教育環境新樣態。目前我們擁有省級STEM領航學校1所、市種子學校4所、市級實驗學校4所、省市級項目學校9所，形成綠色積極的STEM教育樣本群。

3.重內涵發展，構建STEM教學模式

通過實踐與研究已構建了STEM教學模式，其中以江蘇省教研課題“Scratch編程教育與學生創新能力培養的實踐與研究”為引領開展的STEM教學模式的研究與實踐，研究成果獲2018江蘇省教育科研成果一等獎。

4.強隊伍建設，供能教師持續成長

我們的教師團隊在“做中學習”，在“做中成長”，一批懂技術、善思考、能創造、會學習的STEM新銳教師群體正在崛起。

STEM教育是新興領域，它所面臨的挑戰與問題仍然處于不斷變化之中。在數字化時代背景下，STEM教育正在成為已有教育體系中的關鍵組成部分，正在深度影響著教師的教學方式，改變著學生的學習方式，重構著教學組織和對應的評價體系，未來STEM教育將會有更長足的發展。