以STEM教育為例淺談中小學科學教育實施策略

黨的二十大報告提出，教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。黨和國家對優(yōu)秀科技人才的需求比以往任何時候都更為迫切。STEM教育是一種整合科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）四門學科，旨在培養(yǎng)學生問題解決能力、批判性思維和創(chuàng)造力的跨學科教學方法。STEM教育作為世界各國教育領(lǐng)域的研究熱點，是我國眾多學校探索科學教育實施路徑的重要突破點之一。

本文將以太原市成成中學校STEM教育實踐為例，對當前中小學科學教育實踐進行研究，進一步探尋現(xiàn)階段中小學科學教育的有效實施策略。

一、太原市成成中學校大力發(fā)展STEM教育

太原市成成中學校作為全國百所STEM領(lǐng)航校之一，投資建設(shè)了“青少年科創(chuàng)院”，旨在打造太原市乃至山西省的STEM輻射中心。學校結(jié)合校情形成了適用于STEM教育的“135EX”教學策略。“1”指一個教學目標，即通過開展項目式學習，培養(yǎng)學生綜合運用知識解決實際問題的能力；“3”是指教師進行三項研究，包括研究國家政策、文件、社會需求，研究國內(nèi)外論文、機構(gòu)教材及教學案例等，還有研究學情。“5EX”指STEM項目具體實施策略，包括進入情境與提出問題、科學探究與數(shù)學應(yīng)用、工程設(shè)計與技術(shù)制作、聯(lián)系社會與創(chuàng)意設(shè)計、多元評價與學習反思等。

學校朝著四個方向組織開展研究設(shè)計，包括STEM+人工智能、STEM+創(chuàng)意制作、STEM+3D打印、STEM+航天航空。研究學情之后，學校在高中學段開設(shè)了創(chuàng)意設(shè)計和人工智能社團，在初中學段開設(shè)了航模和3D打印社團。不同的STEM+課程有不同的課程體系以及不同的學習手冊和指導(dǎo)手冊。學校還將四大社團的優(yōu)勢進行了結(jié)合，在實踐探索過程中設(shè)計出了有發(fā)展?jié)摿Φ娜诤闲皂椖俊Ｒ灾悄芗揖禹椖繛槔赟TEM+人工智能的基礎(chǔ)上，運用人工智能技術(shù)進行設(shè)計，再結(jié)合創(chuàng)意設(shè)計和3D打印技術(shù)對房屋構(gòu)造及內(nèi)部家居形態(tài)等進行規(guī)劃。防盜背包項目則將外殼創(chuàng)作設(shè)計和內(nèi)部功能設(shè)計兩大部分進行了融合，嘗試用大項目融合小項目，穩(wěn)步推進設(shè)計進度。

二、STEM教育助力中小學科學教育改革升級

STEM教育有助于實現(xiàn)“教”與“學”的轉(zhuǎn)變。對于學生而言，若想要由學習者轉(zhuǎn)變?yōu)樘魬?zhàn)者，需要具備自控能力與自學能力，例如自行組織并開展工作，學會時間管理等。對于教師而言，傳統(tǒng)的教授者形象會逐漸向項目情境的設(shè)計者、資源的管理者和過程的調(diào)控者轉(zhuǎn)變，這就需要教師在教學過程中有自我檢查、自我校正、自我強化的能力。

STEM教育能夠幫助學生提升學習內(nèi)驅(qū)力。STEM教育強調(diào)通過實踐活動讓學生親身體驗搭建、研究和解決問題的過程。STEM教育的最大特點是學科間的融合，這種融合使得學生可以在一個項目中學習多種知識，并從不同視角嘗試獨立解決問題，這種跨學科的學習方法可以提高學生的綜合能力和學習內(nèi)驅(qū)力。

STEM教育助推科學教育改革升級。科技的飛速發(fā)展使得傳統(tǒng)的分科教學已不符合現(xiàn)代人才的培養(yǎng)要求，僅憑單獨一門學科的知識也無法更加高效、合理地解決現(xiàn)實生活中面臨的問題。STEM教育能夠打破各學科之間的壁壘，通過跨學科的教育教學方式，培養(yǎng)學生的科學探究能力和問題解決能力，助力學生實現(xiàn)全面發(fā)展，推動科學教育改革升級。

三、STEM教育理念下中小學科學教育相關(guān)問題分析

活動時間難以保證。學校社團活動過程中曾遇到過無法保證活動時間的問題。例如航模社團活動時需要先搭建好飛機骨架，然后進行試飛練習，而四十分鐘的社團活動時間僅夠?qū)W生完成第一步。又如人工智能社團活動時一般要先進行程序設(shè)計，再組裝相關(guān)硬件，最后再對程序進行測試、修改。但在該社團實際開展活動的過程中，學生進行程序設(shè)計和硬件組裝時存在較大困難，使得社團活動難以實現(xiàn)閉環(huán)。

科學探究層次淺、不充分。科學探究是一個復(fù)雜的過程，需要以觀察現(xiàn)象、提出問題和假設(shè)作為探究起點，然后進行數(shù)據(jù)收集與分析，最后對實驗過程和結(jié)果進行反思、改進。從以往的實踐中發(fā)現(xiàn)，學校目前組織開展的科學探究存在問題設(shè)定和現(xiàn)實生活聯(lián)系不緊密、缺少交流表達平臺等問題。從學生的角度看，科學探究活動在多數(shù)時候仍處于被動學習科學知識而非自主探索。但是，科學探究是一個開放的過程，需要與他人進行交流并共同探究，如果這個過程不夠開放，則不利于科學素養(yǎng)和探索精神的培育。

評價體系不完善。目前開展的科學探究難以達到以評促學，以評促教的效果。現(xiàn)行的STEM四大類課程采用不同的項目學習手冊，每個項目有不同的評價標準。例如在人工智能智慧小車項目中，評價范圍包括硬件搭建、功能編程的完成度等，評價角度較為單一。同時，教師通常作為評價主體在進行評價時可能會帶有一定的主觀性，容易使得評價結(jié)果不夠客觀。

四、中小學科學教育有效實施策略

為切實改善科學教育實施效果，提升中小學生科學素養(yǎng)，筆者嘗試提出以下建議。

完善科學教育保障體系。相關(guān)部門及教師要始終以立德樹人為根本任務(wù)，不斷完善課程體系，修訂科學教育教材，改進課程教學方法，同步探索利用人工智能、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)手段改進教學過程和教學效率。此外，還要積極鼓勵社會力量共同參與，提升開展科學教育和科學探究的質(zhì)量及水準。

改進STEM項目探究程序。學校及教師要繼續(xù)加大學科融合力度，創(chuàng)設(shè)與現(xiàn)實聯(lián)系更加緊密的探究情境，想方設(shè)法激發(fā)學生對科學的探究熱情，并對學生的探究成果給予肯定，鼓勵學生就探究經(jīng)驗進行分享與交流。

進一步完善評價機制。學校及教師應(yīng)根據(jù)不同項目的側(cè)重點設(shè)計不同的評價量表，將過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合，將自評與他評相結(jié)合。同時，評價機制要能全面反映學生學科知識、學科技能的習得情況，綜合評價學生跨學科知識運用能力和解決問題的能力。

綜上所述，STEM教育作為一種跨學科教學方法，對于提升中小學生科學素養(yǎng)、探究能力和創(chuàng)新精神具有重要意義。教育工作者應(yīng)持續(xù)關(guān)注STEM教育最新發(fā)展動態(tài)，不斷探索和創(chuàng)新教學方法，以適應(yīng)快速變化的社會需求和技術(shù)進步，為孩子們營造一個更加豐富、多元和開放的學習環(huán)境，讓他們在探索科學的道路上勇敢前行。

（作者單位：山西省教育技術(shù)與評估監(jiān)測中心/太原市成成中學校）

責任編輯栗樹林助理編輯蘆嘯坤