淺談基于項目實踐的STEM教育實施策略

摘 要：在廣州市推進STEM課程的過程中發現，該課程存在教學觀念滯后、跨學科知識融合困難和傳統分科教學慣性等問題。為提升教師跨學科融合素養，本文進行了深入的理論探索與教學實踐，并開展了基于STEM教育項目開發與教學的研究與實踐。理論上打破認識誤區，實踐上建立操作模式等對策，制訂了STEM項目實踐的策略與方法，構建了STEM項目“跨學科融合”模式。研究成果多次參與全國、省、市和區級STEM課程推進現場會、調研會及現場交流活動，檢驗了成果的應用性和可靠性。

關鍵詞：STEM教育;跨學科教學;融合素養;培育策略

一、STEM教育的實施背景

（一）STEM教育的發展趨勢

STEM課程與教育的概念最早起源于美國20世紀50年代，并得到其他國家教育學者的普遍認同。STEM教育的一般定義為：是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，它將科學、技術、工程、數學有機地融為一體。2007年，美國國會又提出“針對STEM教育的活動計劃”，STEM教育被提升為美國國家級的教育改革舉措，對全球各國產生了更大的影響。近年中國STEM教育有了新進展。2016年教育部出臺的《教育信息化“十三五”規劃》明確指出有效利用信息技術推進“眾創空間”建設，探索STEM教育、創客教育等新教育模式，使學生具有較強的信息意識與創新意識，養成數字化學習習慣，具備重視信息安全、遵守信息社會倫理道德與法律法規的素養。

2017年版教育部普通高中課程方案提出的課程“關聯性”原則，即要求“關注學科間的聯系與整合。增強課程內容與社會生活、高等教育和職業發展的內在聯系”。筆者認為STEM教育的特點是跨學科融合性教育，并具備廣泛的課程輻射性。STEM教育已經成為當前國內外教育的必然趨勢，也成為我國課程改革的一大方向，更成為課程改革的突破口。筆者所在學校承擔了一些STEM課程推進任務，極大地推動了本校STEM教育的進展[1]。

（二）STEM教育的主要作用

1.培育教師跨學科素養。教育教學動態系統中師生是一體化的，因此，要先研究如何使教師獲得跨學科素養。2.促進學校教育深層發展。運用跨學科和行動研究方法，引領教師融合項目建設與實踐，大力提升教師跨學科素養，培育具有深厚跨學科素養的教師團隊。進行系統綜合，形成穩定的、結構化和系統性的跨學科素養培育策略與方法，推進STEM教育系列項目建設向前發展。

二、STEM教育的實施條件

（一）以學科的發展現狀作為基礎

根據學校自身發展特點，組建學校STEM教育團隊，設計和推動STEM系列課程和教學實踐。基于本校科技教育活動方面豐富的資源和傳統，如開展18年之久的學生“我與化學”等活動。近年科技教育已經擴展到物理、生物、地理、信息和通用技術學科共同參與并形成互補。充分利用我校教師的科技教育資源，同時也為STEM項目建設提供了多樣性的科技活動資源。

（二）以現有的師資條件組建團隊

經過10多年的科技創新教育實踐，我校培養了一批富有青春氣息、團結合作、具有較高研究水平的科技創新教育隊伍。在過去10多年的科技創新教育實踐活動中，本校教師組織學生參與多項科技創新探究實踐活動，積累了豐富的活動素材，開發了“我與科學”科技創新教育課程。尤其寶貴的是科技創新教育中取得的教師專業發展成就是本項目建設的重要人力資源基礎。

（三）以學校的優勢資源構建項目

因地制宜，充分利用學校依山傍水的中草藥資源條件建設STEM教育項目。融合芳香類中草藥產品有形生產的四大特點，即綜合運用知識技術、經歷完整創造過程、強化規劃設計意識和提高創意物化能力，將與人們日常生活密切相關的芳香類中草藥系列產品的生產制作作為STEM教育的主要項目，并構建了項目化與系列化的STEM教育實踐體系[2]。

三、STEM教育存在的問題及解決對策

（一）STEM教育中遇到的問題

1.課程與教學觀念滯后。STEM項目實施中，多數教師課程觀念滯后，導致STEM項目實踐中遇到“神秘化”和“困難化”問題。因此，必須進行STEM課程理念及教學方法的學習、感悟與實踐。本項目的針對性措施是：理論上打破認識誤區，在實踐的基礎上建立操作模式。

2.跨學科思想融合困難。STEM項目主要障礙不是學科知識的困難，而是建立跨學科融合性觀念。這些問題產生于對融合STEM教育核心特征的理解：如跨學科、體驗性、情境性、協作性、設計性、技術性和融合性等。從教育科學原理的角度使教師認識到：STEM項目培養的主要是跨學科遷移與融合能力[3]。

3.技術工程素養的缺乏。從課程教育的角度看，除S、A和M課程領域之外，課程教育中被我們長期忽視的課程領域是什么？它們就是：T（技術類課程）與E（工程類課程）。因此，必須加強教師的技術與工程素養培育。

（二）STEM教育問題解決策略

1.促進跨學科課程融合。STEM教育本質上是學科思維及方法在技術與工程觀念下的融合教育。為突破傳統分科課程教學的慣性，采用學科教學基礎上的示范、觀摩和研討等方式，真實體驗跨學科融合式教學。學科融合不僅是學科知識的融合，更重要的是跨學科智慧融合。

2.培育技術工程素養。鑒于教師普遍缺乏技術與工程素養的現狀，運用跨學科融合教育智慧，在各學科訓練和培養一批關注跨學科教育的教師。特別重視跨學科的培訓以具體活動呈現，培育師生在制造工藝、社會服務、生產應用和經濟效益等技術工程方面的觀念與素養，為我校STEM項目推進發揮了很大作用。

3.項目驅動與團隊合作。STEM項目跨學科融合最核心、最重要的工作是項目或問題的設計。STEM項目的發展必須具有穩定性和可持續性，根據系統論演化觀建立了STEM活動項目生成理論，稱作“STEM項目樹狀生成模式”。整合方式是通過活動項目形成連貫、有組織的課程結構。制訂“STEM課程教學設計表”，科學地指導教師進行良好結構化的STEM項目設計。

四、STEM教育內容組織與實施過程

（一）STEM教育內容的組織策略

對項目進行了“有形化”、情境化和融合化的系統組織，使得項目形成系統層次性與結構化的整體功能。

1.有形化。STEM就是一個項目，必須產出有形的產品，否則不能稱作STEM。這里的“有形”具有技術、工程與藝術方面的豐富含義。STEM項目的技術與工程設計素養是目前STEM教育的短板，是我校STEM項目建設的重大挑戰。

2.情境化。STEM項目主要從學生生活中產生，在真實情境中學習。根據教育科學原理，STEM項目培養的主要是遷移能力。讓學生在STEM課程活動中把一個情境中學到的學科知識與思維方法運用到另一種情境，把知識與智慧遷移到其他領域或未來的活動中。

3.融合化。STEM項目轉化為教學活動的“跨學科融合”機制的建立。跨學科融合STEM項目設計與教學實施概括為一個動態化流程（“”表示各環節之間的動態反饋）：項目生成跨學科融合STEM教學。

（二）STEM教育實施過程與方法

STEM項目的跨學科融合最核心、最重要的工作是項目或問題的設計。SIEM教育項目的發展必須具有系列性、穩定性和動態生成性，才能夠具有可持續性，所以根據系統論演化觀建立STEM的課程項目生成模式，稱之為“樹狀生成”。

STEM項目依據學校課程資源，體現學校課程特色，滿足學生個性差異發展。STEM項目引導中，發展了行之有效的主題引導策略“自主選題（視角策略）→反饋評價（發現策略）→自主發展（特長策略）”，取得顯著實踐成效。

STEM項目要有一定的“深度”才更有價值。本項目充實對跨學科知識的統整、融合和運用，使探究更加延伸和深化。項目一旦啟動就會不斷發展和變化，生成新穎的STEM項目。其敏感性在于如何在新分支中捕捉并篩選出最有探究價值的課題。

（三）STEM教育項目的教學實踐

我校STEM項目實施中首先進行STEM視野下學科思想內涵的深度開發，再將科學、技術、工程、數學和藝術等內容以特定項目牽頭整合，設計結構化課程，轉化為教學實施。如下面兩個例子：

一是在STEM教育中進行了創客（Maker）領域的探索與實踐。例如，Arduino超聲波報警器的制作、參加全國青少年車輛模型教育競賽、組織STEM課程教師參加全國優秀科技模型教學設計等。進行了STEM教育視域下的IAB（信息技術，人工智能，生物醫藥）項目教學探索與實踐，構建基于芳香類中草藥的STEM活動項目化實踐體系。還進行了勞動教育的項目化創新路徑的探索與實踐，有力推進了學校和區域勞動教育的發展，在教學實踐中鍛煉與提升了教師的跨學科融合素養。

二是拓展了STEM項目數學思維的創造性應用。針對芳香類中草藥產品制作STEM項目創新設計的需要，運用數學思維與信息智能技術，構建STEM項目的“Ω模型”“ф模型”和“H模型”等數學思維模型。運用信息技術創建了對應的“Ω程序”“ф程序”和“H程序”等軟件。將這些數學模型和信息技術用于STEM項目方案的創意設計，有力地推動了教師跨學科融合素養與STEM教育能力的提升。

五、STEM教育的實施效果

（一）STEM教育促進學生創新能力的提升

通過STEM項目教育，引導學生將學科知識與生活經驗相結合，促進學生科技特長發展。僅2018年第十九屆“我愛祖國海疆”全國青少年航海模型教育競賽全國總決賽中，我校學生就獲獎21項，其中一等獎8項。學生在“四模一電”STEM創客項目全國比賽中摘金奪銀，屢獲大獎。同時STEM項目也促進了學生學業發展。凡是STEM課程開展得越真實，越有深度和力度，學生在各種學科的學業成績越好，發展后勁越足。如我校連續7年獲廣州市普通高中畢業班工作一等獎。

（二）STEM教育促進學校文化品位的提升

本校結合中華優秀傳統中醫藥文化與學校資源條件構建了“芳香類中草藥產品生產”STEM項目系列，涉及學科領域有中藥、數學、物理、化學、生物、美術、技術與工程等方面。運用STEM理念開展中草藥種植、加工、芳香油提取、產品制作及應用等，構建STEM跨學科課程，實踐STEM教育。積極運用自己創建的數學思維模型進行芳香油科學探究，依靠信息智能技術處理項目技術工程問題并制訂并實施方案，展示了橙皮苷提取利用等20多個課例。促進了教師跨學科創新教學能力的提升，感受到項目真實性是STEM教育得以不斷生長的土壤。

（三）STEM教育促進學校辦學質量的提升

本校的STEM教育成果多次參加省、市級學術推廣交流，吸引本省內多所學校前來學習交流。筆者設計的STEM教育課例還多次進行線上教研觀摩，深受師生好評。因學校的STEM教育項目鮮明的時代特征和符合學生認知的個性化特色，受到社會關注，近兩年先后被廣東電視臺、廣東教育公眾號、廣州電視臺、羊城晚報、增城日報和增城電視臺等多家媒體專題報道，引起熱烈反響。筆者的研究與實踐成果之一“信息技術支持的STEM項目跨學科教學”成果參加“第一屆中小學（含中職）優秀STEM教學案例獎評選活動”并獲獎，被專家評價為“教學案例高度契合STEM教育理念，充分體現跨學科學習特點，為全國各學校推進STEM教育提供了優質經驗[4]”。

結束語

盡管我校在STEM教育中進行了辛勤探索，積累了一些經驗，取得了一定成績，但是還存在不少困難和問題。在軟件建設方面，部分教師對STEM教育還缺乏深刻認識，承擔STEM教育教學的師資隊伍素質還需提高，學校STEM教育領軍人才還比較少;在學校層面，對STEM教育的課程體系構建還需要強化和深入，還需加強科學規劃與硬件建設，以充分發揮STEM教育的功能。未來要在STEM項目師資隊伍建設和STEM項目理論與實踐研究方面進行加強，并形成系統性成果。

參考文獻

[1]邱德峰，全曉潔，李顏希.國外STEM教育的研究熱點與前沿探析[J].教師教育學報，2020（7）：5，11-21.

[2]夏雪梅.學科項目化學習設計：融通學科素養和跨學科素養[J].教育研究與評論（中學教育教學），2018（9）.

[3]段春紅.我國STEM教育研究特征與趨勢探析[J].中小學電教，2020（9）：3-5.

[4]段春紅.我國STEM教育研究特征與趨勢探析[J].中小學電教，2020（9）：3-5.

作者簡介：周麗紅（1970— ），女，漢族，廣東增城人，廣州市增城區高級中學，中學高級，本科。研究方向：中學教育教學改革。

本文系廣州市增城區教育科學“十三五”規劃2019年度重大課題基金項目“基于STEM教育提升教師跨學科融合素養的策略研究”（編號：zc2019001）的研究成果。