淺談在地方師范院校信息技術專業開展STEM教育研究

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南通師范高等?？茖W校信息技術學院 江蘇南通 226500

STEM教育是一種綜合型教學理念，代表科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)、數學(Mathematics)。STEM教育是一種以培養科技創新性人才為主要目標，同時需要學生具有各學科專業知識、綜合解決問題的能力和創新能力。STEM課程注重課程的互動性、創造性、開拓性，也注重學科融合教學和知識的多維性，蘊含著一種科學的、多學科融通的教育思維。[1]

2017年中國教育科學研究院和STEM教育研究中心起草了《中國STEM教育白皮書》，將STEM教育理念做出了全面專業的闡述，并且《中國STEM教育2029創新行動計劃》提出了我國STEM教育領域最具體的行動實施方案。[2]2001年從國外引入STEM教育，到近年來的研究高潮，目前，中國的STEM教育已經呈現一派繁榮的發展態勢。

一、南通市STEM教育發展現狀

2018年南通市有25所學校獲評首批中國STEM教育2029創新行動計劃領航學校及種子學校。為更好地促進本市STEM教學實踐和科學研究工作，經南通市教育局同意，由南通市教育科學研究院牽頭，與聯合教育技術中心組建了南通市STEM教育協同創新中心，共同組織、指導、推進STEM工作，開展我市STEM實驗學校的遴選建設、優秀案例評選、研討交流、課程開發等工作。

(一)南通市中小學STEM課程的相關模式

STEM教育初衷是培養高科技人才，中小學STEM教育重在培養學生對科學、技術產生興趣。早在2013年高師附小就開設了STEM課程，就是在問題中讓孩子們創造、設計、建構、發現、合作，并解決問題?！皫椭⒆酉窨茖W家一樣思考問題，像工程師一樣解決問題”是通師一附STEM教育云中心的老師們共同追求的方向。不止通師附小，實際上整個南通的中小學都迎來了STEM課程浪潮，涌現出許多優秀的基于STEM教育的課程案例。

比如，2017年南通市小學STEM教育項目化學習專題研討活動中展示的語文課《魯濱遜的小木屋》，就把“思維引向深入”“技術支撐工程”“科學助力施工”“分享提升素養”等巧妙地融入在一起，整個教育實施過程環環相扣。通過老師層層深入地引導學生把掌握到的碎片化知識在實際解決問題的具體情景中運用起來，轉變成學生利用各科知識綜合解決現實問題的能力。

2021年的專題研討活動中，展示的課程里“美妙的杯琴”中老師將科學、藝術等元素完美融合，帶領學生們探究了影響音調高低的因素，并利用發現的規律制作出杯琴，演奏出美妙的樂曲；“校園小景我設計”課程中老師設置了闖關環節，激發學生的合作意識，培養學生的時間觀念，引導學生利用新型材料設計并搭建校園雕塑；“我的音樂盒”中老師以如何給音樂機芯放大音量為主線推進課堂，學生們通過研究，自己嘗試用材料改進了機芯的音量，從而讓機芯更大地發聲。

以上這些STEM教學模式的課程激發了學生的創新思維能力，培養了學生的綜合實踐能力，讓學生在解決問題的過程中收獲了知識。

(二)南通市中小學STEM教育的開展形勢

作為國家級STEM領航及種子學校，各中小學目前正著力于開展教育研究，探討構建本土STEM教育課程體系，真正起到示范和帶頭作用。南通市持續在STEM教育體系的建設和實施上加強研究力度，擴大實施領域，實現教育改革的新飛躍。

本市STEM教育相關活動也進行得如火如荼，例如：從2018年開始由崇川區教育體育局、南通市青少年活動中心、崇川區科技協會聯合舉辦崇川區中小學生STEM創客大賽，目的正是為了培養學生的一種科學的理性思維，并探討如何將其融于日常生活。大賽活動的目的是透過學生對生活本質的認識，基于對學習的深化，培養學生的創新思維、實踐能力和知識的積累，旨在培養孩子們學科綜合運用的創新能力。

南通市對STEM教師資源也給予了大力支持，不但鼓勵學校聘請校外專家，還扶持STEM教學國外交流活動。在這一系列活動中涌現出了一大批STEM教育示范學校和地方杰出STEM教師，進而帶領著本市其他學校與教師在STEM教育上蓬勃發展。

我國的STEM教育起步較晚，由于我國在師范教育方面一直沿襲傳統學科人才培養模式，因此尚未能建立如歐美等西方國家的STEM高等教育培養體制。要做到順應時代發展，需要在師范院校推行STEM教育，培養符合我國教育實際的STEM教師，引領一條STEM教育專業發展之路。

二、在地方師范院校中推廣STEM教育

2018年5月，中國教育科學研究院STEM教育研究中心出臺了《STEM教師能力等級標準》(試行)，對STEM教師能力從5個維度、14個類別、35條內容上給出了具體而實用的指標體系。[3]STEM教師能力等級標準對師范生培養提出新的挑戰，要求師范生不僅要具備扎實的學科知識基礎，同時還要具備創造意識、創新能力和審美能力，以及能夠在真實復雜的環境中應用高階思維解決問題。

(一)培養STEM專業教師

STEM師資的嚴重短缺，是目前STEM推廣的最大瓶頸所在。STEM教育需要教師必須具備跨學科、跨專業的教育能力，但現在本土師范類院校中卻缺乏專門的STEM課程及教學人員，這直接影響了中小學跨領域教學人才的持續發展，從而加大STEM教育在我國施行難度。只有將STEM教育納入師范院校學生能力培養體系，才是解決STEM教師短缺的根本。

地方師范教育是培養未來人才的重要保障，培養創新型教師是師范院校的重要職責。師范院校普及STEM教學能夠推進STEM教育的本土化發展，通過推進師范生STEM教學，培養更多的創新型中小學教師，是確保STEM教育在中國可持續發展的基礎，從而使得各地區各年齡階段的學生，都能夠獲得高質量的STEM教育，從而緩解了STEM教育不公平問題。

(二)推進STEM課程建設

目前國內的STEM教育并未建立完善的系統性方案，各個階段知識點和教學目標不銜接。在經濟發達區域的部分學校開發了STEM校本課程，另外部分小學在基礎科學課程中增設了STEM的內容設計，但在初高中卻缺乏相關的延續教學，只有少部分教師會在原有課程的基礎上增設STEM理念，并且學校之間、教師之間的差距也較大。缺乏STEM課程體系建設，不利于創新型人才培養的系統性訓練和持續效應的形成。課程機制的不足也造成了STEM教育當中理性精神的不足，從而使STEM教育還處在動手實踐的初級階段，缺少了完善的課程體系，STEM教育精神不能得到正確理解和執行。

STEM教育不是把傳統的科學、技術、工程和數學知識簡單匯總，而是特別強調將原來分散的多門學科，自然地重新組合構成相互聯系的綜合教育。要把學生學習到的零碎的多學科知識與機械過程轉變成一個探究世界相互聯系的不同側面的過程。[4]這就要求STEM專業教師具有全面的知識體系，不再是傳統的分科教學。師范生的年齡層次、知識儲備、思維高度決定了他們在解決問題時更能從多角度去思考，從而有助于師范院校率先開發出完整的STEM課程。課程建設不是一朝一夕，需要多方共同努力，師范院校作為培養中小學教師的主陣地，有責任將STEM課程建設作為一項研究項目推廣，從中小學課程體系重構的視角入手，開發實訓項目，并以問題為導向，逐步分析完成項目或解決問題所需的知識體系，建立相關的知識模塊，將同一能力培養下的知識體系的所有模塊整合為一門課程。[5]

三、信息技術推進STEM課程整合

2016年教育部出臺的《教育信息化“十三五”規劃”》中明確指出，合理運用信息技術推動“眾創空間”的構建，積極研究發展STEM教學、創客教育等新型教學方式，讓學習者具備較強的信息意識和創新意識。信息技術作為新型的教學媒體，與各學科的教育緊密聯系所產生的特性，為STEM教學提供了途徑。[7]

(一)利用信息技術手段保障STEM項目教學的開展

STEM課程不是單一的學科，而是集多門學科自然融合的新課程，STEM項目的選擇需要從深度、廣度兩個方面去考慮。項目的難度設置要具有一定的挑戰性，能夠讓學生在利用信息技術協助其掌握相關內容的知識，借助網絡資源針對STEM項目的主題進行深入學習。STEM的課程設計強調激發學生的學習能力和探究精神，STEM項目中涉及的知識結構較為復雜，學生需要學會利用科學手段，從豐富的網絡資源中獲取所需知識，通過自主學習、協作學習和探究學習多種方式解決問題。

(二)信息技術教學與STEM教學方法的融合

STEM教學最常使用的兩種方法是項目式和問題式教學法，而這兩種教學方法在信息技術課程教學中已經得到廣泛運用，它們強調教與學的互動性，為學生提供積極、自主合作、探索創新的教學模式，培養學生分析問題和解決實際問題的能力。STEM教育旨在使學生參與以合作、基于項目和解決問題為基礎的學習，在這個過程中引導學生運用所學習到的各個學科的知識，它提供了一種工程式的實踐課堂。

在信息技術教學中，在進行項目設計時注重從生活中出發，采取任務導向激發學生的學習興趣，引導學生可以充分利用信息技術手段實現線上線下全方位學習，借助豐富的網絡資源去尋找解決問題方法，分工協作完成相關任務，突出創新，體現教學實踐性和職業性。在信息技術課程中運用STEM理念，既可以從多方面推進信息技術課程和其他學科課程的整合，也進一步推動了信息技術教學方法的改進，并為提高中小學信息技術教學質量、保證學生深入學習信息技術知識提供了堅實保障。

(三)信息技術實現STEM跨學科融合

STEM教育主張讓學生像科學家發現問題、像工程師解決問題，整個教學過程強調多學科、多能力的運用，著重強調學生獨立思考、知識運用及自主學習的能力，這與當前新課改教育理念相契合。因此在信息技術教學中，教師必須注重多學科整合，通過不同課程之間的相互聯系，真正推進STEM教育，達到教育目的。[6]此外，學科之間的整合不僅促進了不同學科之間的教師聯系更加緊密，增進學科融合，在融合課程中教師也得到了不斷的成長。

整個信息課程的實施，需做到層層推進，充分體現STEM教育理念。在課程實施中，不再需要傳統的知識灌輸，而是可以實現跨學科界限，課程中的項目內容應該涵蓋多門學科知識，將科學、技術、工程、數學巧妙地融合起來。教師要一步步引導學生把學習到的不同科目的知識在解決問題的具體情境中融合起來，轉變成學生運用各種知識綜合解決實際問題的能力。這樣的教學形式開拓了學生的思維，激發了學生的學習興趣和創造性，并實現了多學科之間的知識串聯，達到了STEM教育的價值體現。

如課件制作這門課程，從課程內容的選取到教學方案再到課堂實踐，這一連串的教學活動都站在讓學生主動參與到項目中的角度，體現學生自我學習和運用的能力，實現從技術、工程等角度去解決問題。師范生在完成自己任務的過程中所體會到STEM教育理念，也要求他們加入課件實施中，達到學以致用的效果。

(四)借助信息技術手段多元評價

運用多元評價，不僅能促進學生轉變傳統的學習思維和學習習慣，也能促進教師專業能力的提升。STEM教育重過程輕結果，在教學過程中讓學生碰撞出思維的火花，嘗試不同的創新方法，在反復試錯的過程中去發現新問題，解決問題。教師借助信息技術手段，對學生的學習過程建立檔案，形成過程性評價。

STEM課程學習的評價體系區別于傳統的評價方式，首先是評價側重點的不同，由原先評價學生掌握單科知識的情況變為評價學生知識遷移、運用能力，解決問題能力和綜合素養；評價方式也多元化，區別于傳統的考試模式，評價包括學生的學習表現，運用學科的知識，以及學生自我評價、團隊成員互評，組織能力、協調能力、知識綜合運用能力等；評價輕結果重過程，科學評價不再簡單地僅以打分制的形式，而是體現在整個課程過程中，每個項目的實施中記錄學生多方面的表現，形成橫向、縱向的報表使得過程更加具體化，最終全面地評價學生在STEM項目教學過程中的表現。這樣的評價體系激發了教師和學生的積極性，不僅讓學生更好地投入項目的學習，同時也能夠指導教師為下一步的STEM教育實施和課程研發提供依據。

結語

STEM教育目的是要培養創新性科技人才，創造力和思維能力是要從小學生開始培養，中小學教師承擔著STEM教育育人的責任，而我國目前的中小學教師過去都是單科培養出來的，為了STEM的可持續發展，勢必要在地方師范院校推行STEM教育，培養一批專業的STEM教師。信息技術在這一過程中，因它獨特的作用承擔著重要的角色，因此有必要在師范院校的信息技術課程中率先走出STEM教育之路。