“嵌入式”STEM教育及其落地策略

巫雪琴

STEM教育实践与辨析：STEM、STEAM；STEAM教育与创客；STEM课程、综合实践、科学课程等；项目教学

项目来源及设计：国外项目掠影、本土化思考、项目体例、案例

推进与实施：动起来 嵌入式、独立课程、活动课程 成果多方式呈现

 

理化生实验骨干教师培育站：（学科精华部分）带领老师、影响学生做实验（初中）

高中：课题（STEM教育项目试点学校） 以课题、项目为依托

 

辨析1:STEM教育是什么？

创客教育与STEM教育是创新教育的两条实践路径

创新教育：创客教育、STEM教育、道德教育、传统文化教育等

《江苏省基础教育STEM课程指导纲要（试行）》

《中国STEM教育白皮书》

保持卓越、领导世界——这是当今发达国家全力发展STEM教育的终极宗旨

“成功者将是那些发明世界的人，而不是那些适应世界的人！”

“为未知而教，为未来而学！”

STEM教学的目标：

指向教学理念的变革，从内容到方法，从知识技能的灌输到在应用中进行知识建构与能力提升，跨学科人才培养的重要路径。

《现代教育技术》文章：（标本-摘要）

STEM课程的发展历程、价值取向与本土化建设（李义茹、彭援援）

摘要：当前，学科整合教育势不可挡。作为学科整合教育的典型代表，STEAM课程的学理研究与本土化探索获得了学界的持续关注。基于此，文章首先介绍了STEAM课程的发展历程，之处：发源于美国的STEAM课程目前已历经了TS—STEM--STEAM/STEAMS--“STEAM+”的演变过程，其内涵也由建构主义逐渐向实用主义、人文主义与效用主义转变。随后，文章将STEAM课程的价值取向提炼为创新、整合、实践三类并展开了分析，最后，文章从STEAM课程的标准与评价体系、内容与方法、资源与师资队伍等角度，就我国STEAM课程的本土化建设问题提出了建议，以推动我国STEAM教育的进一步发展，助力我国创新型人才培养。

关键词：STEAM课程；发展历程；价值取向；本土化建设

STEM 发展历程：

发展历程1：STS课程与建构主义

STS课程由多个学科整合而成，即整合科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）三个领域的知识，用来解决复杂的社会问题。STS课程兴起于20世纪60年代，研究者以建构的方式将科学、技术与社会联结在一起，为解决复杂社会问题提供了新的思路。

传统课程观认为课程是学科、计划、学习者的经验或体验等，而STS课程追求的旨趣在于超越一门学科所涵盖的基本概念、知识框架与基本原理，力求打破知识中心与分科课程的界限，在社会实践情境中整合多个学科知识。

发展历程2：STEM课程与实用主义

科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）

“STEM课程范式源于STS的实用主义价值取向，在高度发达的工业社会背景下，开启了技术融入其他课程的整合技术教育模式，取得了显著的教育成效。”继承了STS课程的整合特性，包含科学、技术、工程(Engineering)和数学（Mathematics）。

其中，科学反映的是客观规律知识体系，主要回答“是什么”与“为什么”的问题；

技术是指用于解决实际问题的工具、手段、方法与经验，主要回答“做什么”的问题；

工程是指科学与技术的具体应用及其应用过程，主要回答“怎么做”的问题；数学则是与数量、结构、空间、变化、信息等相关的学问，是科学、技术、工程存在与发展的基础。

总的来说，STEM课程是一种“以项目活动的方式，引导学生运用跨学科知识，合作、设计、建构、发现、解决问题的体验式课程”。

【巫老师以研究“白蚁防治”这个项目举例：了解白蚁习性等——科学；根据白蚁的“趋光性”而制作灭蚁灯——技术；STEM课程项目——灭蚁灯的制作】

发展历程3：STEAM/STEAMS课程与人本主义

面对STEM课程更偏重于理工学科的事实，研究者试图在原来四个学科的基础上加入“艺术”（Arts）学科，将STEM课程发展成STEAM课程。对于如何理解STEAM课程中的“艺术”问题出现了分歧：

（1）“狭义艺术论”者认为“A”指的是艺术（设计），将“Art+Design”纳入STEM课程中有利于培养“具有艺术设计与创造能力的人”

（2）“广义艺术论”者认为，“艺术包含广泛的人文艺术科目，涵盖社会研究、语言、形体、音乐、美学和表演等”。艺术学科的加入，在一定程度上调和了STEM课程的“理工科”属性，实现了人文主义转向。

 

发展历程4：“STEAM+”课程与效用主义

在STEM中增加艺术的合理性得到普遍认可后，研究者又开始思考如何在此基础上整合新的知识，以使STEAM课程的内涵变得更加丰富多元。在STEAM课程中增加读写（Reading/Writing）能力，将STEAM课程发展成为STREAM课程。

STREAM课程重视培养学生的观点表达、交流对话和成果展现等能力，这对当前创新型人才培养是一种积极的补充。

“STEAM+”课程形式——“+”号是指在STEAM基础上加入新的学科知识，意味着人才培养的内容更自由、灵活。这种旨在最大化发挥STEAM课程效益，努力追求个人、社会与人类整体幸福的尝试，具有鲜明的效用主义色彩。

【可以用STEM统称所有以上的名称介绍】

 

STEM课程的价值取向1：创新价值取向

“创新”既是STEAM课程的主旨，也是其得以在众多课程中脱颖而出的重要原因。STEAM课程的创新价值取向主要体现在其独特的课程建构上：STEAM课程将多个学科课程整合在一起，着力解决由于学科分化所带来的各种问题。在特定的历史条件下，学科分化曾大大提高了人才培养质量，但其知识碎片化、封闭化的弊端也在一定程度上阻碍了学生综合实践能力的提升。

在社会生活中，单一的学科知识与技能对于解决涉及面较窄的问题也许能够奏效，但要解决涉及面较广的复杂问题，多学科知识与技能的结合更能碰撞出新的解决办法。而“通过接触新观念、解体常规知识结构、破除思维定势和整合多样化经验等机制，个体的多元文化经验对齐创造性具有显著的促进效应。”

STEM课程的价值取向2：整合价值取向

（1）在内容上，STEAM课程试图从实证论视角出发，在学科分化和互联网切割所导致的碎片化知识与信息之间建立起联系，以真实项目、生活问题或社会实践为驱动，强调相关领域知识的结合及其综合运用。

（2）在方法上，STEAM课程以项目学习、问题学习、自身体验与翻转课堂等形式开展，融合了讲授法、演示法等多种方法。

STEAM课程以学生为中心，围绕具体项目或社会问题展开教学。在Yakman设计的STEAM教学过程设计卡中，学生会经历准备、实施、改进与反思四个阶段，并“明确做什么、用什么、怎么做、达到何种效果以及在学习过程中的发现、观点与兴趣”。在这一系列学习活动中，教学方法往往以交叉结合的形式进行，如讲授法与自由学习法相结合、实验法与行动研究法相结合、讨论法与演示法相结合等，来自不同学科的教学方法随着课程内容的推进而不断碰撞融合，推动学生走向深度学习。

【学科融合、整合，发现问题，解决问题】

STEM课程的价值取向3：实践价值取向

相较于传统课程仅仅止步于“是什么”“为什么”，STEAM课程更重视“做什么”、“怎么做”，知识的学习必不可少，它是保障学生顺利开展实践的基础，但实践也不可或缺，它是检验、优化和创造知识的重要途径——STEAM课程巧妙地将两者结合起来，用于社会实际问题的解决。作为STEAM课程的主要实施方式，“做”是指包括学生的动作、举措、行为与活动在内的一切行动。

杜威基于实用主义哲学提出的“做中学”观点与STEAM课程的“项目学习/问题学习”理念交相辉映，它们都洞悉了知识与行动的天然联系，强调经验与知识源于探究活动，鼓励学生以合作的形式在实践中应用各种模式，如项目教学模式（Project-based Learning,PBL）、工程设计流程模式（Engineering Design Process,EDP）和6E（Engage，Explore，Explain，Elaborate，Engineering，Evaluate）探究式教学模式等。

参与、探索、解释、阐述、设计、评估

 

辨析2：STEM教育&创客教育

STEM教育是美国政府为提升国力的举措

表：STEM教育与创客教育比较

	STEM教育（STEAM）	创客教育
主要来源	教育系统发起，社会参与	社会文化引起，教育参与
是否需要引入社会参与	需要	需要
是否跨学科	强调跨学科	创作过程经常需要跨学科
是否解决真实情境的问题	强调真实情境的问题，多数来自教师预设	强调真实情境的问题，学生自己发现问题
学生是否要有产出	并非必要	一定要有
是否需要使用数字化工具	并非必要	大部分情况下需要
主要培养的素养品质	跨学科的思维能力；解决问题的综合能力	独立的创造思维；解决问题的综合能力
教师主要角色	设计者、组织者、讲授者、引导者	支持者
学生主要角色	参与者	创造者

创客的作品常常是非常好的工程应用案例

 

STEM教育类型：

验证型STEM   【实验报告等形式】

探究型STEM

制造型STEM  【与创客作品联系紧密】

创造型STEM

 

创客教育——物

开源、3D、编程

 

案例：自动浇花装置

【能不能养好花？】

 

研究——基于数据

某种植物的生长对干湿度的要求

某种植物的生长根系生长情况

传感器插入的深度、干湿度调节数据

 

造物不是技术活

 

辨析3：STEAM教育与综合实践、科学课程等

STEAM课程形式多样，有分科课程、综合课程与活动课程等多种课程类型

综合课程是我国STEM教育早期实施途径，新时期则为科学课程。

不要过于强调边界，不要一味强调科技，不要过于强调多学科，不要过于依赖机器人、3D打印等硬件。

【不能把STEM看成一个筐，什么都往里面装】

STEM课程：需要看设计、需要看实施

 

辨析4：项目教学

辨析 学习素养视角下的项目化学习

什么是真正的“项目化学习”？

【（动物尾巴的功能为例，完成填空题型巩固知识）——项目教学不是达到知识点的训练

（读关于尾巴的诗歌、讲故事、观察尾巴、模仿尾巴、画画、计算尾巴……）——项目教学是“跨学科”而不是“多学科”。

生物学科DNA知识：“连一连”“拼一拼”“演一演”“展示模型”——也不是项目教学】

项目教学：与项目结伴同行，分析问题、解决问题……

情境创设——解决生活中的实际问题

如学习“三角形”、“比例”知识时，借助测量塔的高度这个实例情境，借助木棒、线条等实物，开展项目学习。

关于“尾巴”课例，上海教科院夏博士创设的情境：

尾巴的奥秘

如果你是一个动物学家，在这个世界上的某一个地方，可以是沙漠，可以是海洋……你发现了一种世人从来没有见到过的动物。这个动物的特别之处在于，它的尾巴在这个环境中的功能很强大。请以动物学家的身份去写一份报告，向世人介绍你的发现，说明这个动物为什么会在这个环境当中有这样的尾巴？它的尾巴到底有什么作用呢？【实验报告】

开放性，学生需要真正的动物学家的角度进行分析和思考

【迁移】：历史学科学习，背诵知识；角色扮演，扮演一个历史时间点的某一个当事人，分析当时的环境、时代特点等。

 

项目教学理论基础：

建构主义认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得的。

建构主义的学习观认为，学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程。是每个学习者以自己原有的知识经验为基础，对新信息进行重新认识和编码，建构自己的理解。这种建构是无法由他人代替的。

建构主义的教学观认为教学应从问题开始而不是结论开始，让学生在问题解决中进行学习，提倡学中做与做中学，而不是知识的套用，强调以任务为驱动并注意任务的整体性。

在整个教学过程中学生是教学活动的积极参与者和知识的积极建构者，教师成为 学生学习的高级伙伴或合作者。

建构主义图：

通过蛙的描述，鱼建构的牛

欧洲人建构的苏州

 

 

先前经验

学习情境

学习共同体   主动建构活动   经验系统变化

建构模型

 

一抖，荷叶上的水，风一吹就没有了，什么都没有留下 【留痕，主动建构】

 

理论基础：

杜威对“以课堂为中心，以教科书为中心，以教师为中心”的传统教育，提出实用主义教育理论，主要观点包括：“以经验为中心、以儿童为中心、以活动为中心”。杜威提出“做中学”教育理论，主要包括五个要素：

1、设置疑难情境，使儿童对学习活动有兴趣——设置情境

2、确定疑难在什么地方，让儿童进行思考——提出问题

3、提出解决问题的种种假设——提出假设

4、推动每个步骤所含的结构——解决问题

5、进行试验、证实、驳斥或反证假设，通过实际应用，检验方法是否有效——检验结论

 

做中学——强调实践、体验

玩中学——强调兴趣激发

用中学——强调目的性【巫的自主建构】

 

元素关系

要素之间的关系

                 兴趣

                                     知识与技能

                                                        活动（任务、问题）

问题                    知识      项目                                                   问题解决    核心素养培养

                  

成就感

 

【成果展示/评价/讨论,增强成就感】

 

实施例谈：

缝沙包

	A老师 1、如何裁剪？ 2、怎样缝合？ 3、如何收针？ 4、怎样封口？   任务教学		B老师 1、沙包干嘛用？ 2、需要哪些材料？ 3、如何做？ 4、扔一扔？ 项目教学

 

 

 

 

 

 

 

 

（自主冗余度低）

项目教学与任务教学在实施时：开放性、学生的主动性 。

 

实施例谈：

	A	B	C	D
任务与问题	如何裁剪？ 怎样缝合？ 如何收针？ 怎样封口？	沙包干嘛用的？ 需要哪些材料？ 如何做？ 扔一扔？	剪刀的用法？ 针的类别与使用？ 布料的类别与特点？ 跟着老师制作沙包。	体验沙包游戏。 剖析确定制作材料 设计沙包制作方案 探索沙包制作 扔一扔
特点	亦步亦趋 侧重任务达成	开放性强，适合一般难度	侧重知识与技能掌握。	半开放，适用有一定难度的项目
目标	完成沙包制作	以制作沙包为载体，聚焦设计与制作的一般过程	以制作沙包为载体，进行知识与技能的学习	在模仿的基础上设计与制作，提升创新能力

【巫老师讲座中提及，相对于任务教学，项目式教学的自主冗余度要求较高，便于学生开展活动；对于复杂的项目，要注重学生的项目体验，培养学生的兴趣；不建议围绕外围铺设过多的基础知识支撑，那样反而会消磨掉学生的学习兴趣，不利于项目学习。】

 

灭蚊灯，先看成品，再设计自主的方案，不同的主题难度，不同的学生阶段，决定教师的参与度。

 

STEM项目来源及设计

国外的启示

HTH学生项目

楼梯

（物理、数学、艺术等）

外出调查梯子（定义梯子）

选择与测量真正的楼梯建议：测量步数、宽度等，思考数学思想

拍摄、绘制、记录

海报：展示楼梯，介绍发现的特别之处

 

因为做项目，而去学各种应用软件。

评价  销售

调查  测量

“过去的100年，一个故事馆采访项目”

了解我们来自哪里以及我们我们去过哪里，对过去的理解将把我们与未来的责任联系起来。

 

项目细节：

项目介绍

基本问题/学习目标

项目交付

时间线

 

（生涯规划：心理小游戏，专家讲座）

学院项目：学习当前的教育趋势，设计未来的梦想

角色扮演（未来大学校长：制作大学网站、logo模型等、专业设置等）

学生将知道：

学生将理解：

学生将能够：

 

 

对项目有初步概念

对项目框架有大体印象

项目细节：项目介绍；基本问题；学习目标；所需的材料和工具；时间线（支持文件和讲义）；学生的思考

 

项目来源：

项目从哪里来？

（国外学生 时间宽泛，学习深度不要求很高）

教材？  生活？

白蚁的问题/行道树问题/水污染的问题/化学-水生植物疯狂生长问题研究/规划环城运动路线/

本土（地方特色）

方言/  茶文化/名胜古迹/古迹-古建筑-数学

政治—社会： 留守儿童、农村老人、养老问题……

思考、参与：

项目要结合热点、兴趣点、学校原有基础、教材等

结合本土发掘项目材料：

设计-实践-分享：

“野”味——野生植物：

常见植物认识

某种植物食品制造方法

行动方案设计

制作

经验分享 

活动后感  作文  人文、科学、技术

 

校本理解：

STEM教育与基础学科之间的关系：

 

STEM教育边缘化

STEM教育学科化

（课程化在高中阶段难以实施）

可能的办法：在学科中做一些项目，项目在学科中延伸出来，促进学科本身的教学。

 

 “嵌入式”STEM项目

从开发的角度看，是通过梳理、整合原有的基础型课程、拓展型课程以及研究型课程相关内容，发现其中STEM项目的生长点，再由生长点出发的以解决实际问题为指向进行开发的项目，与学生现有的学科教学内容有比较明确的交接点——谁来实施；从学科出发，技术上面没有断层——能不能；对原有学科知识学习有作用——肯不肯。

从实施的角度看，这种STEM项目实施往往可以“嵌入”到正常的学科教学序列中进行，这种从课本出发的STEM项目一般对于器材的要求不会很高，不追求高大上，对实施技能的要求也不会很高，解决了普适性的问题。

 

DIY精油制品：

1、高中生物（人教版）选修1专题六植物芳香油的提取

2、高中化学（江苏凤凰出版社）选修化学与生活 化学品的安全使用及优化食品添加剂。

（精油的提取、面膜、唇膏、肥皂等制品）

 

项目设计：

STEM的学习循环示意图

项目体例：问题聚焦

问题与聚焦：相当于缘起于具体研究目标确定，为什么研究这个项目，研究这个项目哪些具体方面

调查与研究：学生进行的研究设计、从资料查询、实地考察、具体分析等开始，到具体的研究过程的初步确定——调查报告

设计与制作：项目的实施过程、从初步设计