STEM 主題實驗室規劃建設初探

（山東省濰坊第一中學，山東 濰坊 261201）

STEM 作為科學(Science)、技術(Technolo-gy)、工程(Engineering)和數學(Mathematics)四門學科的縮寫，強調學科間的有機融合。STEM 教育就是建立在科學、技術、工程、數學有機融合的基礎上，以設計和探索為目的，對技術問題的解決進行科學探索，其課程目標是提升學生科學、技術、工程、數學素養，其本質特征是跨學科整合，以科學與工程問題為課程主線，通過創造一個多維空間，為學生提供一系列具有一定關聯性的學習經歷。[1]

一、STEM 主題實驗室建設背景

STEM 主題實驗室是指基于STEM 教育，學生在教師指導下圍繞某一主題開展學習和研究的實驗室。在STEM 主題實驗室中，教師作為引導者，提出研究任務，學生根據主題，組建小組，利用各種前沿技術進行學習、思考、討論、設計、制作、總結及展示。實驗室可以分為多個區域，如體感教學區、操作區、展示區等，目的就是更好地實現教育功能。有效地將科學、技術、工程、數學等科目學習融合在一起，讓學生從解決實際問題出發，在培養STEM 思維的同時，不斷提升學生綜合素養。[2]

濰坊一中作為山東省重點中學、省首批辦好的十九所重點中學之一、省規范化學校和省首批藝術教育示范校，積極爭取市委市政府和市教育局的支持，投資建設STEM 主題實驗室。實驗室規劃建設總面積800 平米，分8 個教學室，開設機器人、編程、創客馬拉松、航模、APP 制作、視頻制作、家居設計、太陽能、可替代能源、定格動畫、橋梁設計、游戲設計、模擬城市、布藝設計、木藝設計等模塊，為學生提供多樣性必選、選修課程。在規劃、建設和使用的過程中，我們進行了相關探索研究。

二、STEM 主題實驗室規劃建設的原則

STEM 主題實驗室是學生學習、研討、探究、實踐的主要場所，實驗室建設要立足學校實際，以學生為中心，服務為宗旨，同時要考慮新技術、新應用的發展，在空間建設上為學生提供可隨時隨地發生有效學習的氛圍。

（一）選址便于學生活動

實驗室建設的目的是為學生搭建有效開展STEM 學習活動的場所，最好的做法就是將實驗室建在學生身邊，為學生提供隨時可交流分享、動手實踐的場所。我校在主題實驗室的選址方面就頗費周折。學校在基建的過程中規劃了科技館，地上三層、地下一層，內外樓梯，占地近3000 平米，空間設計合理。但距離是個問題，由于學校面積大，科技館距離中心教學區比較遠，學生從最遠的教室到科技館步行來回約需要30 分鐘，扣掉課間時間，學生上課有效時間不足30 分鐘，時間上不能保證實現教學計劃。為更好的方便和服務學生，主題實驗室最終選址在圖書館的一樓，原圖書閱覽室搬遷至二樓。學生社團活動中心也設在圖書館一樓，主題實驗室與學生活動中心融為一體，整個圖書館一樓成為學生興趣與特長、活動與實踐、分享與交流的一體空間，而二樓圖書閱覽室也成為學生閱讀圖書、在線學習的有效補充，為學生自主、合作、探究學習提供了最大化的可能。

（二）空間效益最大化

我校從上百類課程中，選擇開設13 門課程，根據課程類別，將相近的課程安排在同一個教學室。比如，太陽能和可替代能源、游戲制作和APP 制作，在有限的條件下為學生提供更多的選擇。

（三）普惠與專業相結合

與我校新高考改革選課走班結合，學生高中期間總共可以選擇8 個模塊進行學習；考慮學生的興趣愛好和未來發展，與藝術類17 個模塊同時開課，這樣每節課有24 個模塊供250 名學生選擇。在目前的條件下（實驗室、教師等），STEM 課程不可能面向所有學生開放，比如本學期僅面向高二年級開課，有500 余人選擇了創新課程。隨著課程建設的逐步完善和師資力量的補充，學校將面向高一、高二兩個年級開設課程。課程完成，學生可以獲得2 個學分，共有4 個學期，學生可以選擇4 個模塊進行學習。同時，為了滿足特長學生的學習和選拔，學校成立了相關的社團。比如機器人社團，就是人工智能和編程課程成績突出、特長明顯的學生組成，主要利用周末、自習、寒暑假等時間集中進行培訓和練習。這種方式的選拔和培訓效果非常明顯，機器人社團在2018、2019 年度，共獲得6 項全國冠軍。

（四）師生共同設計方案

方案設計是非常重要的一個環節，與后期的建設、裝修、模塊選擇、上課等息息相關。學校成立實驗室建設籌備小組，由專家團隊、教師代表、家長代表、學生代表等組成，征集各方的意見建議。我校共設計了5 套建設規劃方案，從空間利用、教室采光、課程開設等方面，研究確定了2 套方案；籌備小組成員通過多次論證，對設備選型、課程開設及建設方案等進一步細化研究，確定最終方案。

三、STEM 主題實驗室建設策略

（一）課程資源建設

目前針對高中階段的、可借鑒使用的STEM 課程資源比較少，我校在論證階段選擇開設的模塊也是接近高中學生、主要針對初中生開設的課程，如何建設適合高中生、符合學校實際的課程成為我們必須面對的問題。我校采取的策略是教師主導進行課程目標、課程內容、課程活動和課程環境的設計，以任務驅動的方式由學生分組實施工具優化、活動優化、技術優化與人員優化等,逐步完善STEM 課程的設計與實施,彰顯其學本價值。

（二）師資隊伍建設

高中階段的教學任務比較重，師資也比較緊張，我校的STEM 教師主要由信息技術、通用技術教師和職員組成，沒有專職的教師。為有效推進STEM教學實施，學校成立科學教育處，設立STEM 專職崗位，同時根據通用技術課的特點，在保證學生通用技術必修學習的基礎上，將每周一次通用技術課調整為隔周一次通用技術課，給學生更多的課時選擇，達到教師滿工作量、學生修滿學分的平衡。

（三）管理組織建設

學校成立中學生科學院，作為學生創新自主管理組織。中學生科學院實行院長負責制，設院長1 人，秘書長1 人。科學院下設辦公室（成員由各研究院導師組成），辦公室設管理員、導師等若干職位。同時成立全能智造研究院、人工智能研究院、創新設計研究院、STEM 教育研究院、高端物理創新研究院5 個研究院。中學生科學院的主要成員均為選修創新課程的學生，他們的研究方向確定，學習內容和項目難度上高于普通學生。主要目標是發現那些具有嚴謹的科學態度、務實的科學精神、主動的創新意識、較強的創新能力和實踐能力的學生，鼓勵他們積極參與各類青少年科學競賽活動。

四、STEM 主題實驗室建設的啟示

（一）統籌人才培養體系

STEM 教育強調教育管理部門、基礎教育和企業等相關要素的協同，并發揮各自在政策制定、教育研究、課程制定、資源支持和項目實踐等方面的優勢，為STEM 教育提供系統支持。[3]STEM 教育要實行暢通計劃，貫通各學段教育，在人才培養和招生規劃進行統籌，充分發揮各類型學校的優勢，構建良好的、可持續發展的人才培養體系。

（二）加強師資隊伍的培育

STEM 理念的誕生，對教師提出了更高的要求：教師不僅要掌握多領域的知識，還要具備跨學科綜合的能力。所以，打破學科邊界，加強教師間的緊密合作，開展教師間的互動交流對STEM 教師至關重要。[4]目前，社會培訓機構的師資力量和課程資源總體比學校強，專業性較強但師資良莠不齊。一方面，學校可以與社會培訓機構溝通協作，實現人才共育；另一方面，學校要充分調動各學科教師尤其是中青年教師的積極性，強化STEM 教育培訓，在日常的教育教學中加強學科融合。

（三）加強與職業教育的銜接

由于對STEM 的理解不同，STEM 教育的內涵也有很多不同的擴展，涉及的學科、技能和內容較多，沒有標準，沒有系統，而且隨著移動互聯網、物聯網、人工智能和智能制造等產業的高速發展，STEM 教育的內容也在不斷更新。作為學校，需要與時俱進的促進教與學的變革，為學生提供優質、多樣和個性化的學習支持，更重要的是根據本校的實際和優勢，做好頂層設計，加強與職業教育的銜接，讓職業教育更多的參與到學校的STEM 教育中來。

（四）加強與科技企業的聯合

STEM 教育不能單純依靠學校的力量，需要社會團體、公眾的廣泛參與，尤其是科技企業的支持和配合。學校要積極與企業溝通，讓企業參與教育改革，獲得企業戰略、資金和技術支持。學校提供STEM 教師專業發展的課程資源和培訓方案，企業提供跨學科的教學資源和針對性的行業指導，實現STEM 理論知識學習與教學能力提升的有效融合，逐步建立校企合作的人才培養模式。