STEM 教育貫通培養實施策略

【摘要】身處信息科技時代的人們深知科技變革之迅速，強國發展之需要。為發展各國綜合實力、提升國際競爭力，各國都在不斷探索培養綜合素質人才的有效途徑。STEM教育在美國的實施成果為美國社會的發展培養了大量綜合素質人才、產出了大規模創新性科技成果。近年來STEM也得到了國際教育的認可，各國紛紛探索實踐，著力培養綜合素質人才。這種教育同樣在我國也引起了高度重視。因此，為培養綜合素質人才以應對未來的科技指數攀升，筆者研究教育教學相關理論，在一線不斷進行探索實踐。近日，聯合國教科文組織將在中國上海設立國際STEM教育研究所，也為我國開展STEM教育帶來了新的研究平臺，其主要職能是促進科學、技術、工程和數學領域的教育，涵蓋從幼兒到成人的各個階段，致力于為全民提供包容、公平、適切和優質的STEM教育。這與筆者所研究探索的STEM教育的貫通培養不謀而合。

【關鍵詞】STEM教育 ?探客 ?Tinker ?創客 ?Maker ?綜合實踐活動課程

【中圖分類號】G52 ?【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2024）04-0172-03

為優化STEM教育的實施，落實STEM教育培養目標，助力科技創新人才的培養，在教育實施階段，筆者不斷在創新方面進行研究，前期實施階段總面臨一種為了創新而創新，或者空談創新，找不到著力點和切入點的窘境。那么什么是創新？面對創新應該秉承什么理念？保持怎樣的心態呢？當下大多數所謂的創新都是在引導基礎上的標準答案。創新應該是不可預見的，因為創是突發性的；新是前所未有的，所以創新不是在一個課堂中預設出來的，而是隨時隨地可能發生的，那么我們需要留給創新足夠肥沃的土壤，和足夠充足的養分和空間，才有可能看到成果破土而出的那一刻。土壤是技能，養分是知識，技能和知識固然重要，而應對失敗，再次嘗試的勇氣更是一種必不可少的能力。這些也正是綜合素質人才的核心素養。因此，筆者認為將探客（Tinker）教育引入小學STEM課程為技術與工程的實施與發展奠定能力基礎，將創客（Maker）教育融入中學STEM課程為發展技術與工程提供提升空間。通過貫通培養最終達成STEM教育目標是值得嘗試的途徑。

一、問題提出

雖然培養技術工程人才的課程教育主要體現在高等教育階段，但早期發現與培養技術工程創新人才是加大21世紀優秀人才培養不可或缺的一部分，為人才的培養提供了強而有力的先決條件。重視基礎教育階段科技創新人才培養是應對越來越嚴峻的國際人才市場競爭的重要策略。筆者認為從小學甚至從幼兒園到高中教育階段的貫通教育是培養創新科技人才的基本路徑，是培養創新科技人才的有效模式。筆者在開發與實施STEM課程的過程中發現，在小學階段STEM課程更多注重跨學科融合，其重點更加偏向M（數學）與S（科學）的知識與技能的培養。對于T（技術）與E（工程）的課程教育體現則有所欠缺。筆者認為究其根本原因為數學是科學的基礎，數學和科學是產生技術的前提，技術是自然科學理論的應用。而工程是將數學、科學與技術應用于社會生活創造出符合人們目的的產品，可以說是技術的實踐應用。即STEM課程的發展順序為M-S-T-E。例如，從麥克斯韋用數學方法計算并預測電磁波的存在—赫茲用實驗證實并發射了電磁波—探尋電磁波的作用，馬可尼無線電通信實驗成功—無線通信電技術成熟—實施無線電技術工程項目，使得無線電技術在當今社會中廣泛應用（如微波爐、監測人體健康數據、雷達定位、氣象預測、航空航天通信等）。因此，相對于學科融合，具有技術工程的課程開發難度較高、開發成本大，在學生相關能力培養和提升方面更是有著很強烈的無助感。

二、涵義解讀

（一）探客（Tinker）的含義及發展

“探客”一詞是由英文單詞“Tinker”轉變而來，“Tin？鄄ker”譯為補鍋匠、白鐵匠。探客教育基于皮亞杰的建構主義思想以及杜威的新三中心論。2005年，美國教育家基弗爾·塔利（Gever Tulley）于舊金山創立Tinkering學校。學校不設置課程與考試，旨在為6歲及以上年齡的孩子創造基于真實材料與工具的活動環境，鼓勵基于好奇心的動手實踐、協作創造，給予孩子們空間和自主權以鍛煉實際解決問題的能力。此外，2008 年以來，美國舊金山博物館的 Tinkering 空間以實驗融合 STEM 知識與思想為理念，一直致力于鼓勵游客參與 Tinkering 活動以動手體驗創造的意義。2013年，“第十屆國際計算機娛樂技術進展會議”提議，將 Tink？鄄ering 理念作為有效的知識生產模式延伸至教育領域。

（二）創客（Maker）的含義及發展

“創客”一詞是由英文單詞“Maker”轉變而來，“Maker”譯為制造者，是指那些能夠將自己的想法和創意變為現實的人。隨著信息技術的飛速發展，自學資源豐富、開源平臺的建立等豐富了創客的制作途徑，降低了成為創客的門檻，同時信息科技也使得創新思路的交流途徑和效率也得到了極大的提升，這不僅有助于促進普通人成為創客的動力，更加有助于創客教育的開展與發展。創客教育讓學生根據自己的目標，通過利用已知材料和技術手段，實現某產品的制作，將自己的想法和興趣愛好轉化為現實。

（三）探客、創客與STEM中工程部分的關系

三、STEM教育貫通培養實施策略

（一）STEM課程貫通培養實施背景

國際上，美國國家教育進展評估（NAEP）于2013年出臺《2014年NAEP技術與工程素養評估框架》，是首次將技術和工程學科并列的學科素養與評估框架 。作為STEM教育的核心目標，技術與工程素養逐漸受到國際重視。為幫助人們做出有關技術的明智決定，更好地為技術的設計、開發和使用作出貢獻，2020年7月13日美國頒布《技術與工程素養標準：技術和工程在STEM教育中的作用》，分析了該標準的研制背景和內涵，闡釋其學段貫通和資源整合的課程體系，深度解構技術和工程的實踐框架與交互圖景。

我國的STEM教育于2017年被納入新課標，其本土化的過程中，STEM課程體系日漸完善，學校利用STEM教育跨學科融合屬性提升相關知識與技能方面得到了廣泛的認可，進行了策略研究以及實施探索，其成果多數停留在提升各學科成績，發展學科素養等層面。但進一步將數學和自然科學的相關知識技能以及核心素養發展到技術工程方面沒有明確目標，落實培養STEM綜合素質人才缺乏具體實施策略的研究與探索實踐。

（二）STEM課程貫通培養實施路徑

近些年來，STEM教育和創客教育在我國得到了重視，而非正式教育下的探客教育卻鮮有實施。非正式教育的課余時間階段，一般家長會選擇具有功利性的課外補習，不會用大量的時間去讓孩子接觸探客教育。缺乏市場的情況下就更加缺乏第三方開發優質課程的動力。綜上所述，筆者探索更合適的實施場所和實施途徑，嘗試在小學綜合實踐活動課程中融入探客教育，在中學綜合實踐活動課程中融入創客教育，形成貫通培養從而達成STEM綜合素質人才的培養目標。筆者所進行實踐的學校是一所十二年制公辦學校。除小學、初中和高中以外還配套有一所幼兒園，實施統一課程管理與規劃。這有助于preK-12的貫通課程體系的探索與實施。橫向整合跨學科課程、縱向貫通學段，有助于構建完善的STEM教育體系；整合各級各類多元主體，打通產學研用合作壁壘，探索協同育人和評估機制。

探客和創客都是實施STEM課程的有效手段，為STEM課程提供重要嘗試。幼兒園階段的STEM課程融入探客教育。內容目標以認知結構、探索材料為主；課程設計以開放式探索—修補—制作為路徑呈螺旋式上升發展。利用學校現有資源，帶領學生充分接觸大自然和社會環境，在探索中熟悉身邊的材料。在游戲中，利用身邊的材料進行簡單的修補工作，如，搭建、連接、調整等。通過體會動手實踐給客觀事物帶來的影響，不斷主動構建相關知識體系。1～3年級階段的STEM課程融入探客教育。內容目標以認知材料、探索工具為主；課程設計以開放式探索—修補—制作為路徑呈螺旋式上升發展。基于對材料和結構理解的前認知，利用真實材料真實工具進行初級修補。主要在認識材料、利用材料和探索工具使用方法及安全使用工具等方面進行積極主動的嘗試。沒有預期產品，沒有競爭和對錯，隨時產生新想法新思路，并隨時根據真實反饋進行及時調整，具有生成性。通過體會多次嘗試，迭代調整，培養工匠精神。4～6年級階段的STEM課程融入創客教育。內容目標以使用工具和材料進行制作、發展技術能力為主；課程設計以修補—制作—技術工程為路徑呈螺旋式上升發展。基于初級修補能力所發展出的相關素養，利用現代材料和相關技術工具將學生的目標產品進行制作產出。在設計和制作的過程中不斷發展相關技術能力。通過開放性思考嘗試提出解決方案并實踐，在STEM課程貫通培養的基礎上，促進技術和工程素養的提升。7～9年級階段的STEM課程融入創客教育。內容目標以利用技術手段和特定材料進行制作、通過深入研究去解決問題能力為主；課程設計以設計—制作—技術工程為路徑呈螺旋式上升發展。基于大量的實踐經驗累積、計算機技術的學習與發展，將各種技術工具綜合運用，從而達到更高精度的設計和產品產出，發展解決問題的能力，如，3D打印技術的應用。9～12年級階段的STEM課程融入創客教育，內容目標以設計工程項目方案并實施為主，依據方案尋找合適的材料、應用高級技術手段和專業工具設計制作所需產品，從而解決相關實際問題。課程設計以設計—制作—技術工程為路徑呈螺旋式上升發展。外顯技術和工程素養，從而實現貫通教育STEM綜合素質人才培養目標的落實。

（三）STEM課程貫通培養實施意義

1.進一步優化并完善了STEM課程內容結構。在主題內容的設計上，橫向跨學科、加強各個學科間的聯系從而更好地服務于課程目標的實現。主題內容的選擇上，同一內容的學習縱向貫通不同學段進行多次學習，不同學段的學習側重點不同，理解層次逐步加深，使學生對概念形成多角度理解，突出育人目標的連續性和進階性，促進學生全面發展和綜合實力提升，從而實現隨機通達教學的效果。

2.建立資源庫，引導和幫助教師把握教學深度與廣度，資源共享有助于成果推廣與提升教師STEM課程指導和開發水平。打破各校各地域之間的隔閡，促進優質教育、公平教育的實現。

3.促進次生課程的發展，如銜接課程、學長課程和開學課程等。拓展開發社會資源，為不同領域的資優學生提供支持，尋求家校社合力，為其能力提升提供平臺和保障。

4.實現育人目標，落實人才培養。滿足學生的個性化發展、個性化培養，尊重學生個體化差異，提供個性化指導，促進個體發展，提升科技創新力、意志品質和綜合能力，進一步達成STEM綜合素質人才培養目標。

四、結束語

STEM教育貫通培養能夠將各學段學習內容、能力和渠道等方面相互銜接串聯成更為有效的教育復合體，是促進學生有效學習、深度學習、終身學習的重要保障。在STEM課程的貫通培養融合了探客和創客教育，為提升STEM課程中工程與技術的知識、技能和思維的占比打下堅實基礎。探客教育的引入不僅有助于創新思維的早期培養，還能夠彌補數字技術帶來的對真實工具真實操作的陌生，去感受真實的客觀世界，去觀察思考并驗證事物的本質。而數字技術就是建立在自然科學認知的基礎上，還能夠補充學校教育中的失敗教育。失敗是不可避免的，面對不確定性，面對挑戰，學生能夠從容面對，調整心態面對失敗，再次嘗試，再次解決，只有這樣才有可能達到成功。

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作者簡介：

李從芮（1989年2月—），女，北京市人，本科學歷，一級教師，研究方向：物理、綜合實踐、STEM課程。