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本文節(jié)選自2017年3月刊,、第40期《奕陽幼教評論·STEM教育?？?/span> 2012年，《上海教育》開辟STEM教育專欄,，刊登“STEM教育：美國教育戰(zhàn)略中的重中之重”系列文章,，這是我國教育雜志第一次較為集中地介紹STEM教育。至今5年間,，從最初研究學(xué)者的關(guān)注,，到部分國際教育機(jī)構(gòu)、創(chuàng)客公司等的不斷推動(dòng),，再到教育部,、教委從政策上的倡導(dǎo)，STEM教育由一個(gè)從民間自下而上發(fā)展,、到從教育部自上而下推廣,，兩股力量正慢慢合流。那么,，究竟STEM教育有什么特點(diǎn),？在實(shí)踐中如何實(shí)施STEM教育呢？本文將在呈現(xiàn)兩個(gè)典型STEM案例的基礎(chǔ)上,，嘗試去探析STEM的核心特征,。 兩個(gè)案例——《飛機(jī)場》和《制作微型雪橇》
由于國內(nèi)關(guān)于STEM的案例較少或不成熟，本文翻譯了2個(gè)國外STEM案例的部分片段,，以幫助讀者從中管中窺豹,。
案例1 飛機(jī)場
目 標(biāo) | 科學(xué) | 物理——探索飛機(jī)如何在空中飛行、安檢儀器如何能“看到”行李,？X射線是什么,？ 天氣——了解天氣條件的變化如何影響飛機(jī)飛行。 安全——發(fā)現(xiàn)飛機(jī)場及航班上安全的重要性,。 | 技術(shù) | 互聯(lián)網(wǎng)研究——查找關(guān)于飛機(jī)場和飛機(jī)的信息,，了解飛機(jī)場相關(guān)設(shè)備（如安檢儀、行李傳送帶等）的知識,，探究飛機(jī)相關(guān)的構(gòu)成部分（如駕駛艙,、座椅、行李儲存箱,、飲料推車,、安全帶、行李以及其他道具）的知識,。 桌面出版——制作登機(jī)牌,、標(biāo)識、護(hù)照、身份證,、行李標(biāo)簽,、機(jī)場工作人員的姓名牌等。 | 工程 | 繪畫——計(jì)劃并畫出教室中飛機(jī)場的布局,，包括進(jìn)站口,、安檢區(qū)、行李領(lǐng)取處,。計(jì)劃并畫出駕駛艙,、空乘人員服務(wù)區(qū)、座椅區(qū),。 創(chuàng)設(shè)空間——利用教室里的家具或其他手中的材料對飛機(jī)場和飛機(jī)進(jìn)行布局,。 設(shè)計(jì)——利用不同的人造材料制作駕駛艙控制板、進(jìn)站檢票的電腦,、安檢通道,、飛機(jī)票、登機(jī)牌,、護(hù)照等,。 合作與解決問題——討論飛機(jī)場、飛機(jī)以及乘客的角色及相應(yīng)的角色要求,。為什么安全事宜如此重要？ | 數(shù)學(xué) | 數(shù)量——點(diǎn)數(shù)所需工作人員的數(shù)量,、旅客數(shù),、行李的件數(shù)。制作坐位號牌,，按順序叫號練習(xí)登機(jī),。 排序——確定飛機(jī)旅行的過程，從買機(jī)票到抵達(dá),。 大小與測量——比較行李的大小——更大或更?。恍√?、中號,、大號、超大號,；輕,、重。 時(shí)間——決定航班的出發(fā)到達(dá)時(shí)間和持續(xù)時(shí)長,。 加減法——計(jì)算旅客和行李的數(shù)量,。 錢——確定航班、額外行李等的價(jià)格。 市場研究——用圖表統(tǒng)計(jì)每周不同目的地旅客的數(shù)量,，確定在班級飛機(jī)場最受歡迎的旅行目的地,。 | 實(shí) 施 階 段 | 第一階段 建立飛機(jī)場 | l 用圖表畫出自己關(guān)于飛機(jī)場和飛機(jī)的經(jīng)驗(yàn)。 l 研究,、并設(shè)計(jì)教室飛機(jī)場,。 l 收集、利用盒子及其他材料創(chuàng)設(shè)一個(gè)安檢區(qū),、進(jìn)站檢票區(qū),、行李提取區(qū)。 l 給飛機(jī)場命名,、設(shè)計(jì)飛機(jī)場標(biāo)識,。 | 第二階段 制作駕駛艙、空乘服務(wù)區(qū),、座位區(qū) | l 創(chuàng)設(shè)飛機(jī)的制作駕駛艙,、空乘服務(wù)區(qū)、座位區(qū),。 l 用瓶蓋,、積木、磁鐵,、舊的電子元件等材料建造駕駛艙控制板,。 l 建立一個(gè)聲訊系統(tǒng)以便飛行員能與控制塔和乘務(wù)組對話、乘務(wù)組能與乘客對話,。 l 創(chuàng)設(shè)航班乘務(wù)組工作區(qū)域以及售賣零食的系統(tǒng),。 | 第三階段 分配角色 | l 探究機(jī)場運(yùn)行所需的工作人員類型。 l 形成對工作的具體描述,；嘗試不同的角色,。 l 收集或制作更衣室、道具材料,。 l 確定工作人員和旅客的數(shù)量,；簽訂協(xié)議。 l 制作身份證,、登機(jī)牌,、機(jī)票、行李貼,、招牌,。 | 第四階段 開放機(jī)場 | l 投票確定5個(gè)最喜歡的目的地，確定每天的航班目的地以及出發(fā)到達(dá)時(shí)間,。 l 練習(xí)到達(dá)檢票口,、檢查行李,、安全檢查、登機(jī),。練習(xí)登機(jī),、駕駛飛機(jī)、服務(wù)乘客,。 l 查看天氣預(yù)報(bào),，確定是否開放機(jī)場航班服務(wù)。 | 第五階段 改進(jìn)機(jī)場 | l 評估哪些工作要改進(jìn),，哪些需求要調(diào)整,。 根據(jù)討論和研究的想法，改善機(jī)場,。 |
案例2 制作微型雪橇
任務(wù) | 制作微型雪橇,，要求：能從斜坡上負(fù)重滑下來的。 | 目 標(biāo) | 1.探索雪橇制作材料及其性能之間的關(guān)系,。 2.探索工程設(shè)計(jì)的基本流程,。 3.體驗(yàn)合作型學(xué)習(xí)，鍛煉解決問題,、與同伴溝通等思維能力,。 | 實(shí) 施
過
程 | 參與 （Engagement） 1.和幼兒一起讀《14只老鼠的冬季雪橇日》，主要內(nèi)容：一只老鼠爸爸帶著小老鼠們計(jì)劃,、設(shè)計(jì)并建造雪橇,，讓小老鼠們忙忙碌碌地度過了漫長的雪季。 2.請家長帶家里各種雪橇來園,。 | 探索（Exploration） 1.讓幼兒一起滑雪橇,。滑完雪橇,，讓幼兒一起討論：哪些材料制成的雪橇滑得最好，并找到可能的原因,。幼兒們認(rèn)為最好的雪橇是滑得快的雪橇,，大多數(shù)幼兒認(rèn)為金屬材料的雪橇滑得最快。 2.在建造中心搜尋可以利用的材料,，設(shè)計(jì)制作雪橇的藍(lán)圖,。 3.幼兒2人一組制作雪橇，教師觀察,，進(jìn)行必要的指導(dǎo),。 | 解釋（Explanation） 幼兒在同伴面前分享、解釋自己的雪橇是如何設(shè)計(jì)和建造的,，并介紹雪橇的滑雪性質(zhì),。 | 評估（Evaluation） 在雪地上測試各自制作雪橇的性能,。測試完，幼兒一起討論哪些雪橇做得好,，好在哪兒,，存在哪些問題，如何改善等,，為進(jìn)一步改善雪橇做準(zhǔn)備,。 | 延伸（EXtension） 根據(jù)測試情況進(jìn)一步改善雪橇。 |
從以上的2個(gè)案例中,，我們對STEM教育有初步的感知,。以下，本文將結(jié)合以上2個(gè)STEM案例,，嘗試探析STEM教育的核心特征,，以幫助大家對STEM教育有更深層次的認(rèn)識。
1.從學(xué)科屬性上來看,，STEM教育是理科綜合教育,，以科學(xué)教育為核心，是科學(xué)教育,、技術(shù)教育,、工程教育、數(shù)學(xué)教育等多學(xué)科交融的研究實(shí)踐領(lǐng)域,。 科學(xué),、數(shù)學(xué)在于認(rèn)識世界，解釋自然界的客觀規(guī)律,。技術(shù)和工程則是在認(rèn)識世界自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界,，實(shí)現(xiàn)對自然界的控制和利用，滿足人們需求和愿望,，解決社會(huì)發(fā)展遇到的難題,。盡管人們習(xí)慣把科學(xué)、工程技術(shù)和數(shù)學(xué)當(dāng)作獨(dú)立的學(xué)科,，實(shí)質(zhì)上它們是緊密相連的,。
科學(xué)、技術(shù),、工程和數(shù)學(xué)之間實(shí)質(zhì)上有著天然的共通性和互補(bǔ)關(guān)系,。正是由于四者本身天然的聯(lián)系，以及當(dāng)今社會(huì)更加復(fù)雜且具不確定性,，STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者要結(jié)合真實(shí)問題情境進(jìn)行整合學(xué)習(xí),，消除學(xué)科之間的壁壘，促進(jìn)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域之間的融合,，發(fā)展學(xué)習(xí)者解決問題的能力和創(chuàng)新思維能力,，以應(yīng)對將要面臨的更加復(fù)雜多變的問題情境,。這是STEM教育提出的初衷。
隨著STEM教育的傳播和發(fā)展,，由STEM衍生出了一些相關(guān)的概念術(shù)語,，如STEAM（Science，Technology,，Engineering,，Arts，Math）,、STREAM（Science,，Technology，Reading,，Engineering,，Arts，Math）,、STEAM GLASS（Science,，Technology，Engineering,，Arts,，Math，Geography,，Language Arts,，Social Studies）、STEM+等,。這些術(shù)語在形式上不同,，但在本質(zhì)上是相同的，都同STEM一樣強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科整合的學(xué)習(xí)方式,。
STEM概念在不斷“泛化”運(yùn)用中,，也使部分初次接觸者變得迷糊，不知所以,。實(shí)際上,，這些“泛化”的運(yùn)用實(shí)際是抓住了STEM教育的一個(gè)核心特征“跨學(xué)科”的學(xué)習(xí)方式，或者是運(yùn)用了STEM教育強(qiáng)調(diào)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)法,，但是在某種程度上忽視了STEM教育的原初宗旨——STEM教育，從學(xué)科屬性上來看,，它是以科學(xué)教育為核心,，為更好地學(xué)習(xí)科學(xué)教育、技術(shù)教育,、工程教育,、數(shù)學(xué)教育等學(xué)科,，而提出的跨學(xué)科、項(xiàng)目式的整合教育形式,。
案例1《飛機(jī)場》中,，乍一看，和幼兒園之間的瑞吉?dú)W項(xiàng)目教學(xué)很相似,，但實(shí)質(zhì)上這個(gè)案例呈現(xiàn)了STEM教育的典型特征,。首先，從目標(biāo)的設(shè)定來看,，它是圍繞科學(xué),、技術(shù)、工程,、數(shù)學(xué)來制定預(yù)設(shè)目標(biāo),，整個(gè)項(xiàng)目的推進(jìn)都旨在實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。其次,，從實(shí)施流程上,，它圍繞建造機(jī)場的任務(wù)，開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí),。它并不像幼兒園常實(shí)施的項(xiàng)目教學(xué),，它關(guān)注的5大領(lǐng)域的全面滲透發(fā)展，而并不重點(diǎn)關(guān)注STEM科學(xué)教育領(lǐng)域,，這是二者的根本不同,。
案例2《制作微型雪橇》中，也是圍繞制作雪橇的任務(wù),，旨在探索紙板,、木板等不同材料對雪橇性能的影響，它也是從科學(xué)教育目標(biāo)的角度出發(fā)的,。因而,，在科學(xué)教育的學(xué)習(xí)中，推動(dòng)STEM教育方式,，這是STEM原初宗旨,、首要特征，也是實(shí)施STEM教育首先要重視的基礎(chǔ)問題,。
2.跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式是STEM教育的核心特征
美國學(xué)者艾布特斯（Abts）使用“元學(xué)科”（meta-discipline）描述STEM,，他認(rèn)為STEM是代表科學(xué)、技術(shù),、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科的統(tǒng)整的知識領(lǐng)域,，它們存在于真實(shí)世界中，彼此不可或缺,、互相聯(lián)系（Morrison,，2006）,。
傳統(tǒng)的分科教學(xué)，將知識按學(xué)科進(jìn)行劃分,，對于科學(xué)研究,、深入探究自然現(xiàn)象的奧秘和將知識劃分為易于學(xué)習(xí)教授的模塊是大有裨益的，但并不反映我們生活世界的真實(shí)性和趣味性（Morrison,，2009）,。因此，分科教學(xué)（如物理,、化學(xué)）在科學(xué),、技術(shù)和工程高度發(fā)達(dá)的今天已顯出很大弊端。
針對這一問題,，不同于傳統(tǒng)的分科教學(xué)模式,，STEM教育強(qiáng)調(diào)的是跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式?？鐚W(xué)科意味著教育工作者在STEM教育中,，不再將重點(diǎn)放在某個(gè)特定學(xué)科或者過于關(guān)注學(xué)科界限，而是將重心放在特定問題上,，強(qiáng)調(diào)利用科學(xué),、技術(shù)、工程或數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識解決問題,，實(shí)現(xiàn)跨越學(xué)科界限,、從多學(xué)科知識綜合應(yīng)用的角度提高學(xué)生解決實(shí)際問題能力的教育目標(biāo)。
在案例1《飛機(jī)場》中,，在建造機(jī)場的任務(wù)中,，自然融合了科學(xué)、技術(shù),、工程,、數(shù)學(xué)等方面的學(xué)科知識，這種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式,，將有助于學(xué)習(xí)者獲取跨學(xué)科的知識,，在真實(shí)問題情境中去發(fā)展思維能力、解決問題的能力,。
案例2《制作微型雪橇》中,，不僅自然融合了物理科學(xué)（探索不同材料和雪橇性能的關(guān)系）和數(shù)學(xué)科學(xué)（根據(jù)不同形狀的特征，確定雪橇的合理外形）,，還利用閱讀相關(guān)圖書卷入語言學(xué)科,，既是學(xué)科的進(jìn)一步融合，也為學(xué)習(xí)者后期制作雪橇激發(fā)了興趣、豐富了必要的經(jīng)驗(yàn),。因而，實(shí)施STEM教育,，必然強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式,，這是STEM教育的核心特征。
3.工程教育在STEM整合教育中有獨(dú)特的整合作用
STEM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的整合教育,，那么,，如何整合?以什么為整合的抓手呢？
相比于STEM教育中其他3個(gè)學(xué)科,，工程教育有其獨(dú)特性,。工程教育是為了解決某一社會(huì)問題、滿足人類的需求和欲望,，運(yùn)用工程設(shè)計(jì)過程,，在已有的資源和限制條件下設(shè)計(jì)出最佳的解決方案的過程。通俗地說,，工程設(shè)計(jì)就是建造的過程,，在這一過程中，需要運(yùn)用技術(shù)工具,，也需要了解工程,、科學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科概念等,，通過工程設(shè)計(jì)將科學(xué),、技術(shù)、數(shù)學(xué)教育有機(jī)融合,。
案例1《飛機(jī)場》中,，以建造飛機(jī)場這個(gè)項(xiàng)目任務(wù)為起點(diǎn)，引導(dǎo)幼兒自然利用互聯(lián)網(wǎng)等去探索飛機(jī)場,、飛機(jī)的結(jié)構(gòu)組成,、飛機(jī)場各種設(shè)備的工作原理、飛機(jī)安全運(yùn)行的條件等（科學(xué)）,，在規(guī)劃建造機(jī)場的過程中初步體驗(yàn)設(shè)計(jì)藍(lán)圖,，并根據(jù)實(shí)踐反饋進(jìn)行完善（工程），制作各種登機(jī)牌,、護(hù)照,、機(jī)票等（技術(shù)），在飛機(jī)場的運(yùn)行過程中探索機(jī)場工作人員的類型和數(shù)量安排（數(shù)學(xué)）等,，就是以工程項(xiàng)目任務(wù)自然卷入了其他科學(xué),、技術(shù)和數(shù)學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)。
在案例2《制作微型雪橇》中，則是以制作雪橇的項(xiàng)目,，將相關(guān)的科學(xué)（不同材料及其性能,、雪橇的結(jié)構(gòu)）、數(shù)學(xué)（雪橇的外形）等自然融合了,。
可見,，在STEM教育的實(shí)施中，常以工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目或問題作為探究的起點(diǎn),，在面向?qū)嶋H的工程問題的解決過程中,，自然卷入科學(xué)、技術(shù),、數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識,，工程教育就成為聯(lián)系各學(xué)科知識、建立整體認(rèn)知的獨(dú)特整合抓手,，發(fā)揮其在STEM整合教育中的獨(dú)特整合作用,。
4.APPB法、5E教學(xué)法是STEM教育的主要實(shí)施范式
APPB 教學(xué)法是基于活動(dòng)的學(xué)習(xí)（ABL,，Activity-based Learning）,、基于問題的學(xué)習(xí)（PBL，Problem-based Learning）,、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（PBL,，Project-based Learning）3個(gè)相似學(xué)習(xí)方法的總稱，它是STEM教育的主要實(shí)施范式,，其中尤以PBL法（Project-based Learning）為最常見,。
PBL法把學(xué)習(xí)者置于某一項(xiàng)目任務(wù)情境中，讓學(xué)習(xí)者自己去分析問題,，在解決問題中建構(gòu)對多學(xué)科知識的深度理解,。在解決問題的過程中，學(xué)習(xí)者要利用相關(guān)的學(xué)科知識,，與同伴合作,、溝通，提出測試解決方案,，在這一過程中,，將促進(jìn)學(xué)習(xí)者創(chuàng)造性解決問題能力的發(fā)展，使之成為適應(yīng)性的問題解決者,。
在案例1《飛機(jī)場》中,，在建造飛機(jī)場這一項(xiàng)目任務(wù)中，學(xué)習(xí)者要解決各方面面臨的實(shí)際問題,，在這一過程中實(shí)現(xiàn)整合學(xué)習(xí),。5E教學(xué)法則是在項(xiàng)目學(xué)習(xí)的具體實(shí)施過程中，更加微觀的STEM實(shí)施范式。它呈現(xiàn)了如何使學(xué)習(xí)者卷入?yún)⑴c項(xiàng)目,、探索完成任務(wù),、分享解釋自己的解決方案、評估并進(jìn)一步完善解決方案的微觀過程,。
在案例2《制作微型雪橇》中有具體運(yùn)用了5E教學(xué)法,，通過相關(guān)主題的故事分享豐富學(xué)習(xí)者相關(guān)經(jīng)驗(yàn)（參與 Engagement），在體驗(yàn)真實(shí)雪橇后討論雪橇的材料和性能的關(guān)系,，設(shè)計(jì)雪橇藍(lán)圖，制作雪橇（探索Exploration）,，在此基礎(chǔ)上展示解釋自己的雪橇（解釋Explanation）,，并在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行測試（評估Evaluation），最終根據(jù)測試結(jié)果改善雪橇（延伸 EXtension）,。
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