STEM教育與中小學體育教學的融合初探

任 貴，解西燕，羅 贛

（1.貴州大學體育學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州財經大學體育工作部，貴州 貴陽 550025）

1 STEM教育發展概況

STEM 是 科 學（Science）、 技 術（Technology）、 工 程（Engineering）與數學（Mathematics）英文單詞的首字母縮寫。STEM教育理念起源于美國，旨在通過在K12教育階段推廣STEM教育，將科學、技術、工程、數學有機地融為一體，培養學生的創新思維和運用多學科知識解決實際問題的綜合素養，以應對21世紀全球化競爭帶來的挑戰。STEM教育強調多學科的交叉融合（社會學、科學、數學、語言藝術、技術、工程、音樂、美術、體育），跨學科性是其最重要的核心特征，通過課程整合的手段推進教學，以培養學生應具備的科學知識與技能；同時，STEM教育強調課程教學過程的實踐性，注重課程內容與社會實踐的緊密聯系，旨在讓學生在實踐過程中學習的知識和技能能應用于日常生活以解決復雜問題。隨著STEM教育改革的深入推進，美國教育部推出了一系列“體育運動中的STEM”計劃，以STEM Sports為代表的眾多教育培訓機構、美國職業大聯盟的部分球隊和運動員也參與其中。

美國在STEM教育的演進與革新帶動了英、澳、日、中等國家和地區對STEM教育的重視與投入。近年來，STEM、STEAM及STEM+教育在各國諸多教育政策和規劃文件中開始頻繁地出現。自2016年以來，我國教育部在先后出臺的一系列規劃和相關學科課程標準中，大力倡導STEM教育、創客教育等新型教學模式在中小學日常教學及課外教育實踐活動中的應用，各中小學校和社會力量紛紛推出一系列以整合學習、問題解決為導向的STEM課程。值得一提的是，中國香港特別行政區教育局于2015年開始實施“體育STEM”計劃，并在2017年頒布的《體育學習領域課程指引（小一至中六）》中明確指出，STEM的發展與改善當代社會的生活素質息息相關，在STEM教育活動中，綜合和應用知識和技能的經驗均有助促進學生全面發展。透過不同的體育活動和跨學習領域活動，學校可將STEM教育融入體育課程。在設計學與教活動時，體育教師可與科學、科技、數學等其他學習領域的教師進行跨學習領域的協作，以促進學生的綜合應用知識和技能。根據學校情況、學生的興趣和能力以及教師的專長，采用不同的教學方法，如以專題研習和環境導向形式的學習。同時，相關調查研究也陸續展開，學者李春曉等人對165名香港小學和中學體育教師完成了一項關于將STEM教育融入體育教學的意圖調查，結果表明，體育教師幾乎從不（50.9%）或偶爾（29.1%）將STEM教育納入香港的體育課，只有19.4%的體育教師有時或經常在他們的教學中整合STEM教育。該調查研究提供了一些初步的實證證據， 為政策制定者進一步推動體育學科的STEM教育提供了數據支持。

2 中小學體育教學融入STEM元素的可行性

長期以來，我國教育體系注重理論知識的傳授，學生大多偏重學科學習。《PISA 2018國際學生評估項目》調查表明，我國15歲學生在科學、科技及數學方面表現優異，遠超被調查的其他國家和地區的學生。可見，現階段STEM教育在強調科學、數學、工程、技術與其他理論學科融合發展的同時，我國學生更應關注實踐類的課程學習。正如中國科學院大學楊國強教授所言，我國還需要一個新版本的STEM教育（體育S、交流T、表達E和積極主動性M）。

STEM教育與體育學科有著密切的關聯性，特別是科技與數據的使用和運動科學原理對運動的促進等方面（表1）；同時， 體育學科中大量的教學內容均可滲透STEM教育理念。 將STEM教育與體育教學結合的優勢：首先，學生學習STEM課程的途徑并不一定完全通過實驗或枯燥地坐在教室里聽教師講課，最好的方式是與學生日常生活中感興趣的事情相關聯，在這一點上，體育教學可充分發揮其特有的教學環境優勢。 其次， 體育教學可更加直觀地向學生展示相關運動項目背后的科學原理，使學生以科學的思維重新認識體育運動，在不知不覺中學習數學、生物、物理及力學等相關知識，強化學生綜合應用各學科知識的能力，同時也有助于改善學生的健康狀況。因此，以體育教學為基礎的STEM課程，可利用體育運動吸引和激發學生的學習動機；以STEM課程為平臺的體育教學，可綜合各學科知識幫助學生改善和提升運動技術；透過不同的工具和應用程序，評估運動表現和運動強度 ，可以增強學生參加體育鍛煉的興趣。通過體育與STEM的跨學科融合，使學術內容不再枯燥，又為體育教學增加了學術內涵，更好地促進了學生運動認識的發展。

表1 STEM在體育運動中的應用

3 中小學體育教學融入STEM元素的應用舉隅

中小學體育教學可與基礎數學知識的應用相結合。例如，低年級學生對“時、分、秒”的學習，可通過定時拍皮球、1 min跳繩、測量脈搏等方式進行；以教學場地各種標志線分布為例，體育教師還可向學生講授數學的半徑知識及相關公式的應用；利用數學知識建模型，可引導學生找出排球扣球的最佳時機；將數學的拋物線知識引入籃球的投籃教學，通過相關知識的講授（如不考慮空氣阻力，投出去的籃球只受到重力影響，其運動軌跡就是一條符合一元二次函數的拋物線，拋物線弧度越大，籃球入筐的概率越高；出手瞬間的籃球處于某一高度h，具有初速度v、向后旋轉的轉速ω以及出手角度α，出手角度取決于出手時的力量和角度），學生結合實際練習，觀察球的力量、速度、旋轉和軌跡，即可掌握如何使用適當的弧線和角度，以提高投籃命中率。又如，通過定向運動的教學，學生可掌握其中所涉及的比例尺、距離、形狀等數學知識，方向、位置、空間等地理學知識及指北針應用等方面的技能。在實操環節，通過對眾多干擾信息的評估做出決策，也可培養學生獨立思考、綜合分析與解決問題的能力；教師也可以2022年北京冬季奧運會為契機，在體育教學中普及冬奧會運動項目中所涉及的物理學、空氣動力學、生物力學等相關學科知識，全面發展學生的綜合能力。

4 結 語

在中小學體育教學中融入強調多學科交叉融合發展理念的STEM教育是可行且必要的，各中小學校可結合教育政策、教學條件、學生興趣等實際情況，鼓勵體育教師加強與其他學科教師間的跨學科協作，將專業知識與其他學科知識進行有機整合。通過顯性或隱性的滲透，適時地將STEM教育理念融入體育教學，使學生在提高身體素質、掌握運動技能的同時，不知不覺中學習和鞏固綜合學科知識。