第一篇：STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式

摘要：

隨著創(chuàng)客日益受到社會關(guān)注，開展創(chuàng)客教育已成為教育界討論并實(shí)踐的熱點(diǎn)。創(chuàng)客教育不能滑入到在中小學(xué)推廣創(chuàng)造發(fā)明的歧途，而應(yīng)是推進(jìn)跨學(xué)科知識融合的STEM教育，在幫助學(xué)生打好扎實(shí)的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識的基礎(chǔ)之上，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，促進(jìn)創(chuàng)新型、創(chuàng)業(yè)型人才的成長。本文闡述了STEM教育的跨學(xué)科、趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計性、藝術(shù)性、實(shí)證性、技術(shù)增強(qiáng)性九個核心理念，介紹了相關(guān)課程、廣域課程兩種跨學(xué)科整合模式，分析了三種跨學(xué)科整合的取向：學(xué)科知識整合取向、生活經(jīng)驗(yàn)整合取向、學(xué)習(xí)者中心整合取向，并提出了跨學(xué)科整合的項目設(shè)計模式。

關(guān)鍵詞：STEM教育；跨學(xué)科整合；課程整合模式；整合性課程；創(chuàng)客教育

李克強(qiáng)總理在2015年政府工作報告中指出，要推動大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新，并親身探訪深圳柴火創(chuàng)客空間，國務(wù)院辦公廳隨后印發(fā)《關(guān)于發(fā)展眾創(chuàng)空間推進(jìn)大眾創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的指導(dǎo)意見》。隨著“創(chuàng)客”風(fēng)靡全國，開展創(chuàng)客教育也成為教育工作者熱烈討論的話題。但很多人對創(chuàng)客教育的理解存在一定誤區(qū)。創(chuàng)客教育不是一味鼓勵學(xué)生荒廢學(xué)業(yè)、不切實(shí)際地去搞創(chuàng)造發(fā)明、創(chuàng)業(yè)，而是強(qiáng)調(diào)創(chuàng)客的興趣驅(qū)動、動手實(shí)踐、創(chuàng)意創(chuàng)新的核心品質(zhì)，推進(jìn)跨學(xué)科知識融合的STEM教育，在幫助學(xué)生打好扎實(shí)的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識基礎(chǔ)之上，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，促進(jìn)創(chuàng)新型、創(chuàng)業(yè)型人才的成長。

一、STEM教育及其發(fā)展

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的簡稱，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合。STEM教育并不是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育的簡單疊加，而是要將四門學(xué)科內(nèi)容組合形成有機(jī)整體，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。

STEM教育（STEM Education）源于美國。美國科學(xué)教育學(xué)者最早于20世紀(jì)50年代提出科學(xué)素養(yǎng)概念，并得到了其他國家科學(xué)教育學(xué)者的普遍認(rèn)同，認(rèn)為提高國民的科學(xué)素養(yǎng)是提升國家綜合實(shí)力的關(guān)鍵。這與20世紀(jì)前半葉科學(xué)的迅猛發(fā)展是分不開的：那時科學(xué)在公眾心中是萬能的，科學(xué)被認(rèn)為是社會發(fā)展進(jìn)步的不竭動力。隨著科學(xué)知識體系的相對穩(wěn)定，以及技術(shù)和工程給生活帶來的翻天覆地的變化，技術(shù)素養(yǎng)等因此進(jìn)入公眾視野。例如，斯坦福大學(xué)赫德教授1975年指出：“技術(shù)素養(yǎng)與科學(xué)素養(yǎng)應(yīng)當(dāng)并列成為科學(xué)教學(xué)的主要目標(biāo)”（Hurd，1975）。

到20世紀(jì)90年代，美國國家科學(xué)基金會首次使用STEM描述涉及一至多門STEM學(xué)科的事件、政策、項目或?qū)嵺`（Byhee，2010）。在此之前，常見的縮寫是SMET，即科學(xué)（Science）、數(shù)學(xué)（Mathematics）、工程（Engineering）和技術(shù)（Technology）。例如，1986年，美國國家科學(xué)委員會發(fā)布《本科科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》報告，首次明確提出“科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)教育集成”的綱領(lǐng)性建議，SMET因而被視為STEM集成的開端（朱學(xué)彥等，2008）。

2001年后，STEM逐漸取代SMET，成為四門學(xué)科的統(tǒng)稱。在小布什兩屆任期內(nèi)，STEM作為新概念不斷出現(xiàn)在美國各種改革政策和項目甚至法律中（趙中建，2012）。例如，2007 年8 月，美國國會通過《國家競爭力法》，批準(zhǔn)2008 年到2010 年間為聯(lián)邦層次的STEM 研究和教育計劃投資433 億美元；同年10 月，美國國家科學(xué)委員會發(fā)布報告《國家行動計劃：應(yīng)對美國科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育系統(tǒng)的緊急需要》，警示美國時刻不忘加強(qiáng)對學(xué)生開展STEM 教育。

奧巴馬總統(tǒng)執(zhí)政之后，對STEM 教育的重視提升到新的層次。上任初，他便頒布了《美國振興及投資法案》，將增加財政投入支持STEM 教育寫進(jìn)法案；第一任期內(nèi)，奧巴馬先后宣布實(shí)施“競爭卓越計劃”“為創(chuàng)新而教計劃”以及“新科技教育十年計劃”等，不斷加大對STEM 教育發(fā)展的關(guān)注度與投入力度，對確保美國國際競爭力產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響；2014年，白宮和美國教育部提出STEM 國家人才培育策略，針對中小學(xué)STEM 教育提出實(shí)現(xiàn)各州STEM 創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)合作、培訓(xùn)優(yōu)秀STEM 教師、建立STEM 專家教師團(tuán)、資助STEM 重點(diǎn)學(xué)校和增加STEM 科研投入等切實(shí)、具體的規(guī)劃，受到世界的廣泛關(guān)注（楊光富，2014）。

值得注意的是，美國STEM 教育的推廣不是在政府指導(dǎo)下單純依靠學(xué)校推動，而是動員了全社會特別是企業(yè)界的力量。正如奧巴馬總統(tǒng)指出的：“國家的成功取決于美國在世界創(chuàng)新中的作用，所有首席執(zhí)行官都應(yīng)該知道公司的未來取決于下一代員工的創(chuàng)新能力，而這又取決于今天我們怎么教育學(xué)生——尤其是在STEM 方面。我們的成功不能單靠政府的支撐，還要依賴于教師、家長、企業(yè)、非營利機(jī)構(gòu)和更廣泛的社區(qū)等”（Sabochik，2010）。在美國，蓋茨基金會和紐約卡內(nèi)基公司支持一百多位企業(yè)CEO創(chuàng)建“變革方程”公益機(jī)構(gòu)。他們通過利用資金、獨(dú)特的資源和影響力試圖（鐘柏昌等，2014）：1）促進(jìn)STEM公益教育事業(yè)；2）激勵青少年學(xué)習(xí)STEM；3）推動基于STEM的教育改革。同樣，英國為了促進(jìn)企業(yè)職工參與學(xué)校的STEM 教育，僅2009-2010學(xué)年就花費(fèi)約1300萬英鎊專項經(jīng)費(fèi)（其中，國家級機(jī)構(gòu)投入約700萬英鎊；各地相關(guān)機(jī)構(gòu)投入約200萬英鎊；企業(yè)投入約400萬英鎊）（Mann，2012）。從教育目標(biāo)來說，STEM 教育的基本目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)。美國州長協(xié)會（National Governors Association）2007年頒布的“創(chuàng)新美國：擬定科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)議程（Innovation America：Building a Science，Technology，Engineering and Math Agenda）”共同綱領(lǐng)中指出，在知識經(jīng)濟(jì)時代，只有具備STEM素養(yǎng)的人才能在激烈競爭中取得先機(jī)，贏得勝利。他們認(rèn)為，STEM素養(yǎng)是個體在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域以及相關(guān)交叉領(lǐng)域中運(yùn)用個人關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界運(yùn)行方式的知識的能力（秦?zé)槦槪?007）。顯而易見，STEM素養(yǎng)包含了科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，同時又不是四者的簡單組合：它包含運(yùn)用這四門學(xué)科的相關(guān)能力、把學(xué)習(xí)到的零碎知識與機(jī)械過程轉(zhuǎn)變成探究真實(shí)世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的綜合能力。STEM作為一個有機(jī)整體，有其獨(dú)特的內(nèi)涵與特征。

二、STEM教育的核心特征

STEM教育中四門學(xué)科的教學(xué)必須緊密相連，以整合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生掌握知識和技能，并能進(jìn)行靈活遷移應(yīng)用解決真實(shí)世界的問題。融合的STEM教育具備新的核心特征：跨學(xué)科、趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計性、藝術(shù)性、實(shí)證性和技術(shù)增強(qiáng)性等。

（一）跨學(xué)科

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教授的模塊有所助益，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，理工科教育出現(xiàn)了取消分科、進(jìn)行整合教育的趨勢。STEM教育因此應(yīng)運(yùn)而生，跨學(xué)科性是它最重要的核心特征。

美國學(xué)者艾布特斯（Abts）使用“元學(xué)科”（meta-discipline）描述STEM，即表示它是代表科學(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）。跨學(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)際問題的能力的教育目標(biāo)。

（二）趣味性

STEM教育在實(shí)施過程中要把多學(xué)科知識融于有趣、具有挑戰(zhàn)性、與學(xué)生生活相關(guān)的問題中，問題和活動的設(shè)計要能激發(fā)學(xué)習(xí)者內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機(jī)，問題的解決要能讓學(xué)生有成就感，因此需有趣味性。STEM教育強(qiáng)調(diào)分享、創(chuàng)造，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生體驗(yàn)和獲得分享中的快樂感與創(chuàng)造中的成就感。有的項目還把STEM教育內(nèi)容游戲化（將游戲的元素、方法和框架融于教育場景），因?yàn)閷⒒谔剿骱湍繕?biāo)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)嵌入游戲中，有利于發(fā)展學(xué)習(xí)者的團(tuán)隊技能、教授交叉課程概念和負(fù)責(zé)的科學(xué)內(nèi)容主題，可以得到更多、更理想的教育產(chǎn)出（Johnson et al.，2013）。例如，芬蘭大學(xué)和美國北伊利諾伊大學(xué)合作成立了Finnish-US，在K-16階段開展基于游戲的STEM教育（見網(wǎng)址：go.nmc.org/fins）。

（三）體驗(yàn)性

STEM教育不僅主張通過自學(xué)或教師講授習(xí)得抽象知識，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生動手、動腦，參與學(xué)習(xí)過程。STEM提供了學(xué)生動手做的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的數(shù)學(xué)和科學(xué)知識應(yīng)對現(xiàn)實(shí)世界問題，創(chuàng)造、設(shè)計、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作并解決問題。因此，STEM教育具有體驗(yàn)性特征，學(xué)生在參與、體驗(yàn)獲得知識的過程中，不僅獲得結(jié)果性知識，還習(xí)得蘊(yùn)含在項目問題解決過程中的過程性知識。這種在參與、體驗(yàn)中習(xí)得知識的方式對學(xué)生今后的工作和生活的長遠(yuǎn)發(fā)展會產(chǎn)生深刻影響。例如，我國臺灣學(xué)者賴恩瑩等利用樂高作為模組教具培養(yǎng)學(xué)生有關(guān)齒輪、力矩等工程概念（Lai，Zhang & Wang，2012）。學(xué)生通過搭建樂高組件測試相關(guān)原理，不僅可以了解物理概念與知識，還在工程設(shè)計體驗(yàn)中感受到這些知識的重要作用，將抽象的知識與實(shí)際生活連接起來，很好地體現(xiàn)了STEM教育的體驗(yàn)性特征。

（四）情境性

STEM教育具有情境性特征，它不是教授學(xué)生孤立、抽象的學(xué)科知識，而強(qiáng)調(diào)把知識還原于豐富的生活，結(jié)合生活中有趣、挑戰(zhàn)的問題，通過學(xué)生的問題解決完成教學(xué)。STEM教育強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生獲得將知識進(jìn)行情境化應(yīng)用的能力，同時能夠理解和辨識不同情境的知識表現(xiàn)，即能夠根據(jù)知識所處背景信息聯(lián)系上下文辨識問題本質(zhì)并靈活解決問題。STEM教育強(qiáng)調(diào)知識是學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)環(huán)境互動建構(gòu)的產(chǎn)物，而非來自于外部的灌輸。情境是STEM教育重要而有意義的組成部分，學(xué)習(xí)受具體情境的影響，情境不同，學(xué)習(xí)也不同。只有當(dāng)學(xué)習(xí)鑲嵌在運(yùn)用該知識的情境之中，有意義的學(xué)習(xí)才可能發(fā)生。教師在設(shè)計STEM教育項目時，項目的問題一方面要基于真實(shí)的生活情景，另一方面又要蘊(yùn)含著所要教的結(jié)構(gòu)化知識。這樣，學(xué)生在解決問題的過程中，不僅能獲得知識，還能獲得知識的社會性、情境性及遷移運(yùn)用的能力。情境性問題的解決，可以讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)的生活，獲得社會性成長。

（五）協(xié)作性

STEM教育具有協(xié)作性，強(qiáng)調(diào)在群體協(xié)同中相互幫助、相互啟發(fā)，進(jìn)行群體性知識建構(gòu)。STEM教育中的問題往往是真實(shí)的，真實(shí)任務(wù)的解決離不開其他同學(xué)、教師或?qū)＜业暮献鳌Ｔ谕瓿扇蝿?wù)的過程中，學(xué)生需要與他人交流和討論。建構(gòu)主義指出，學(xué)習(xí)環(huán)境的四大要素包括“情境”“協(xié)作”“會話”和“意義建構(gòu)”（何克抗，1997）。STEM教育的協(xié)作性就是要求學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計要包括“協(xié)作”和“會話”兩要素：讓學(xué)生以小組為單位，共同搜集和分析學(xué)習(xí)資料、提出和驗(yàn)證假設(shè)、評價學(xué)習(xí)成果；同時，學(xué)習(xí)者通過會話商討如何完成規(guī)定的學(xué)習(xí)任務(wù)。需指出的是，小組學(xué)習(xí)最后的評價環(huán)節(jié)以小組成員的共同表現(xiàn)為參考，而不是根據(jù)個人的表現(xiàn)進(jìn)行獨(dú)立評價。

（六）設(shè)計性

STEM教育要求學(xué)習(xí)產(chǎn)出環(huán)節(jié)包含設(shè)計作品，通過設(shè)計促進(jìn)知識的融合與遷移運(yùn)用，通過作品外化學(xué)習(xí)的結(jié)果、外顯習(xí)得的知識和能力。設(shè)計出創(chuàng)意作品是獲得成就感的重要方式，也是維持和激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)、保持學(xué)習(xí)好奇心的重要途徑。因此，設(shè)計是STEM教育取得成功的關(guān)鍵因素。美國學(xué)者莫里森認(rèn)為，設(shè)計是認(rèn)知建構(gòu)的過程，也是學(xué)習(xí)產(chǎn)生的條件（Morrison，2005）。學(xué)生通過設(shè)計可以更好地理解完成了的工作，從而解決開放性問題。在這個過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)知識、鍛煉能力、提高STEM素養(yǎng)，因此設(shè)計性是STEM教育的又一核心特征?？茖W(xué)在于認(rèn)識世界，解釋自然界的客觀規(guī)律，技術(shù)和工程則是在尊重自然規(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，解決社會發(fā)展過程中遇到的難題。按照科學(xué)和數(shù)學(xué)的規(guī)律開展設(shè)計實(shí)踐是科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)與工程整合的重要途徑。

（七）藝術(shù)性

也有人提出STEAM的概念，強(qiáng)調(diào)在STEM中加入“Art”學(xué)科。這個“A”狹義上指美術(shù)、音樂等，廣義上則包括美術(shù)、音樂、社會、語言等人文藝術(shù)，實(shí)際代表了STEM強(qiáng)調(diào)的藝術(shù)與人文屬性。STEM教育的藝術(shù)性強(qiáng)調(diào)在自然科學(xué)教學(xué)中增加學(xué)習(xí)者對人文科學(xué)和社會科學(xué)的關(guān)注與重視，例如在教學(xué)中增加科學(xué)、技術(shù)或工程等相關(guān)發(fā)展歷史，從而激發(fā)學(xué)生興趣、增加學(xué)習(xí)者對STEM與生活聯(lián)系的理解以及提高學(xué)生對STEM相關(guān)決策的判斷力；再如，在對學(xué)生設(shè)計作品的評價中，加入審美維度的評價，提高學(xué)生作品的藝術(shù)性和美感。概括來說，STEM教育的藝術(shù)性是以數(shù)學(xué)元素為基礎(chǔ)，從工程和藝術(shù)角度解釋科學(xué)和技術(shù)。

（八）實(shí)證性

實(shí)證性作為科學(xué)的本質(zhì)（Nature of Science）的基本內(nèi)涵之一，是科學(xué)區(qū)別于其他學(xué)科的重要特征，也是科學(xué)教育中學(xué)習(xí)者需要理解、掌握的重要方面。STEM教育要促進(jìn)學(xué)生按照科學(xué)的原則設(shè)計作品，基于證據(jù)驗(yàn)證假設(shè)、發(fā)現(xiàn)并得出解決問題的方案；要促進(jìn)學(xué)生在設(shè)計作品時，遵循科學(xué)和數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)律，而非思辨或想象，讓嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ淘O(shè)計實(shí)踐幫助他們認(rèn)識和理解客觀的科學(xué)規(guī)律?？傊?，STEM教育不僅要注重科學(xué)的實(shí)證性，更強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科情景中通過對問題或項目的探索，培養(yǎng)學(xué)生向真實(shí)生活遷移的科學(xué)精神和科學(xué)理性。

（九）技術(shù)增強(qiáng)性

STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生要具備一定技術(shù)素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生要了解技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)發(fā)展過程，具備分析新技術(shù)如何影響自己乃至周邊環(huán)境的能力。在教學(xué)中，它要求利用技術(shù)手段激發(fā)和簡化學(xué)生的創(chuàng)新過程，并通過技術(shù)表現(xiàn)多樣化成果，讓創(chuàng)意得到分享和傳播，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動力。STEM教育主張技術(shù)作為認(rèn)知工具，無縫地融入到教學(xué)各個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生善于運(yùn)用技術(shù)解決問題的能力，增強(qiáng)個人駕馭復(fù)雜信息、進(jìn)行復(fù)雜建模與計算的能力，從而支持深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

三、STEM課程的跨學(xué)科整合模式

在課程方面，STEM教育代表了課程組織方式的重大變革。目前中小學(xué)最廣泛應(yīng)用的課程模式是分科教學(xué)模式，即數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科教師負(fù)責(zé)教授各自科目，很少重視學(xué)科之間的聯(lián)系。然而，要讓學(xué)生為未來的職業(yè)發(fā)展做準(zhǔn)備，他們必須超越學(xué)科的界限進(jìn)行思考。有研究表明，學(xué)習(xí)者接受STEM教育有助于獲得對數(shù)學(xué)和科學(xué)等內(nèi)容更加深入的理解（Frykholm & Glasson，2005）；同時也有助于培養(yǎng)他們獲得在真實(shí)世界應(yīng)用這些知識解決問題的能力，因?yàn)檫@些問題從本質(zhì)上就是跨學(xué)科的（Asghar et al.，2012）。因此，STEM教育的課程設(shè)計應(yīng)該使用“整合的（integrated）課程設(shè)計模式”，即將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等整合在一起，強(qiáng)調(diào)對知識的應(yīng)用和對學(xué)科之間關(guān)系的關(guān)注（Herschbach，2011）。

（一）跨學(xué)科整合的模式

針對STEM教育整合的課程設(shè)計，美國馬里蘭大學(xué)赫希巴奇（Herschbach，2011）提出兩種最基本的課程模式：相關(guān)課程（the correlated curriculum）模式和廣域課程（the broad fields curriculum）模式。相關(guān)課程模式將各科目仍保留為獨(dú)立學(xué)科，但各科目教學(xué)內(nèi)容的安排注重彼此間的聯(lián)系。例如，上物理課可能需要學(xué)生預(yù)先掌握數(shù)學(xué)概念，數(shù)學(xué)和物理教師要通過溝通，將這兩次課安排在時間節(jié)點(diǎn)相近且數(shù)學(xué)課教學(xué)排在前面。相關(guān)課程模式與學(xué)校目前的課程模式很相近，但最大的區(qū)別在于前者需要不同學(xué)科之間的教師對課程安排進(jìn)行詳細(xì)、周密的協(xié)調(diào)和計劃。

廣域課程模式則取消了學(xué)科間的界限，將所有學(xué)科內(nèi)容整合到新的學(xué)習(xí)領(lǐng)域。STEM教育的廣域課程模式不再強(qiáng)調(diào)物理、化學(xué)甚至科學(xué)作為獨(dú)立的學(xué)科存在，而是將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等內(nèi)容整合起來，形成結(jié)構(gòu)化的課程結(jié)構(gòu)。赫希巴奇指出，最常用的整合方式是通過活動（activities）形成連貫、有組織的課程結(jié)構(gòu)（見圖1）（Herschbach，2011）。例如，教師圍繞建構(gòu)和測試太陽能小車組織課程。在這樣的課堂里，教師通過設(shè)計太陽能小車，將科學(xué)、技術(shù)和工程等STEM學(xué)科相關(guān)知識均包含在內(nèi)，讓學(xué)生通過活動進(jìn)行學(xué)習(xí)。

總的來說，上述兩種課程整合模式各有優(yōu)劣勢。相關(guān)課程模式對教師來說比較熟悉，但需要各學(xué)科教師之間密切協(xié)商與交流；廣域課程模式打破了學(xué)科間的界限，通過活動促使學(xué)生在真實(shí)情景中學(xué)習(xí)各學(xué)科的知識，但如何在打破的學(xué)科之間取得平衡、建立新的課程結(jié)構(gòu)對一線教師和政策制定者提出了新的挑戰(zhàn)（Herschbach，2011）。

（二）跨學(xué)科整合的基本取向

STEM教育要求四門學(xué)科在教學(xué)過程中必須緊密相連，以整合的教學(xué)方式使得學(xué)生掌握概念和技能，并運(yùn)用技能解決真實(shí)世界中的問題。如何將四門獨(dú)立學(xué)科知識緊密關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)整合，有三種取向： 1.學(xué)科知識整合取向

分析各學(xué)科最基本的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，找到不同學(xué)科知識點(diǎn)之間的連接點(diǎn)與整合點(diǎn)，將分散的課程知識按跨學(xué)科的問題邏輯結(jié)構(gòu)化。將各學(xué)科內(nèi)容改造成以問題為核心的課程組織，通過序列化的問題有機(jī)串接起各學(xué)科知識，使課程要素形成有機(jī)聯(lián)系和有機(jī)結(jié)構(gòu)。

知識整合取向模式一般采用基于問題的學(xué)習(xí)模式（problem-based learning），強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)計在復(fù)雜、有意義的問題情境中，通過學(xué)生合作解決嵌入于真實(shí)情境中的問題或與真實(shí)世界相關(guān)的問題，促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)知識的理解與建構(gòu)，從而習(xí)得隱含于問題背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。它可以使學(xué)生通過體驗(yàn)知識獲得的過程，促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知能力的發(fā)展，通過應(yīng)用知識解決問題達(dá)成對知識的靈活掌握，并能對知識進(jìn)行社會性、情境性的遷移運(yùn)用。解決問題的目的是為了掌握蘊(yùn)含于問題之中或支持問題解決的知識，問題是多學(xué)科知識融合的交叉點(diǎn)與整合點(diǎn)，是觸發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)與探究的觸發(fā)器，是創(chuàng)新學(xué)習(xí)的載體。一般來說，問題解決的過程不會持續(xù)很長，具體開展的方式方法也會多樣化，比如Web Quest網(wǎng)絡(luò)探究、5E教學(xué)法（engage、exploration、explanation、elaboration、evaluation）、研究性學(xué)習(xí)等。

2.生活經(jīng)驗(yàn)整合取向

注重知識的社會功能，也就是基于學(xué)習(xí)者的需求，以第三次工業(yè)革命為代表的知識經(jīng)濟(jì)社會所必須的知識與技能為核心整合多學(xué)科知識，然后以項目設(shè)計與實(shí)施為載體，將學(xué)術(shù)性的學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為可解決實(shí)際問題的生活性知識?；咀龇ㄊ菑膬和m應(yīng)社會的角度選擇典型項目進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計，讓學(xué)習(xí)者在體驗(yàn)和完成項目的過程中，習(xí)得蘊(yùn)含于項目之中的多學(xué)科知識與技能，或從改造和完善現(xiàn)有社會的角度，選擇挑戰(zhàn)性項目。

這種課程整合方式強(qiáng)調(diào)社會實(shí)踐活動以及社會問題解決能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科知識融合到真實(shí)的社會性項目中，在項目活動中尋找各學(xué)科知識的整合點(diǎn)。因此，項目的過程分析、活動設(shè)計等社會分析是核心。

生活經(jīng)驗(yàn)與社會取向課程整合模式一般采用基于項目的學(xué)習(xí)模式（project-based learning），以實(shí)踐性的項目完成為核心，將跨學(xué)科的內(nèi)容、高級思維能力發(fā)展與真實(shí)生活環(huán)境聯(lián)系起來。項目學(xué)習(xí)一般以開發(fā)最終作品或“人工制品”為出發(fā)點(diǎn)，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生按自己的設(shè)計思路，采用科學(xué)的方法完成作品設(shè)計。作品設(shè)計是項目學(xué)習(xí)貫穿的主線和驅(qū)動力，學(xué)生在完成作品的過程中進(jìn)行檢索、討論、演算、設(shè)計、觀察等學(xué)習(xí)活動，并解決一個或多個問題，從而獲得知識和技能。作品制作是這種學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，但更為重要的是學(xué)生在制作作品過程中獲得跨學(xué)科的知識和技能，并獲得創(chuàng)造性運(yùn)用知識的社會性能力。

基于項目的學(xué)習(xí)并非只強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識的掌握，還側(cè)重對教材內(nèi)容以外知識的體驗(yàn)與經(jīng)歷，旨在豐富學(xué)生對事物的認(rèn)識，注重生活經(jīng)驗(yàn)知識的增長。整個學(xué)習(xí)過程應(yīng)真實(shí)可信，是反映真實(shí)情境和現(xiàn)實(shí)生活的體驗(yàn)性活動，體現(xiàn)將學(xué)術(shù)性學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為生活經(jīng)驗(yàn)知識價值取向。

3.學(xué)習(xí)者中心整合取向

這種模式不強(qiáng)調(diào)由教師預(yù)設(shè)問題或項目，而由學(xué)習(xí)者個體或小組調(diào)查、發(fā)現(xiàn)問題。它不僅強(qiáng)調(diào)解決問題能力的培養(yǎng)，還強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)問題的創(chuàng)新能力，是一種依據(jù)學(xué)習(xí)者需求，以學(xué)習(xí)者生活經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)尋找各學(xué)科整合點(diǎn)的模式。它強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者成就感與自我效能感，強(qiáng)調(diào)學(xué)生好奇心與興趣的維護(hù)與保護(hù)，強(qiáng)調(diào)分享、創(chuàng)造的愉快。在理念上，它清晰地體現(xiàn)了教育的人本主義思想。

學(xué)習(xí)者中心取向整合模式采用學(xué)生主導(dǎo)項目的方式，學(xué)生以個人或小組為單位提出任務(wù)，任務(wù)內(nèi)容需要學(xué)習(xí)并運(yùn)用跨學(xué)科知識。學(xué)生在項目問題解決過程中，教師發(fā)揮協(xié)調(diào)、指導(dǎo)、檢查、監(jiān)督、計時和評價作用。其優(yōu)點(diǎn)在于能力較強(qiáng)的學(xué)生可以擺脫傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化課堂教學(xué)對個人學(xué)習(xí)與設(shè)計活動的約束，能更好地發(fā)揮個人能力；缺點(diǎn)在于能力弱的學(xué)生會對學(xué)習(xí)過程中的自由度不適應(yīng)，需要教師更多的指導(dǎo)；同時由于項目任務(wù)非結(jié)構(gòu)化，所以很難實(shí)現(xiàn)對學(xué)生技能最終結(jié)果的全面評估。

學(xué)習(xí)者中心取向整合模式強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)者可以主動介入、研究與發(fā)現(xiàn)的豐富教育環(huán)境，讓學(xué)生在蘊(yùn)含豐富STEM知識的環(huán)境中進(jìn)行交互、探究與發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)造意義、學(xué)習(xí)知識，在建構(gòu)性的環(huán)境設(shè)計中尋找蘊(yùn)含STEM知識的整合點(diǎn)。

4.三種整合取向的共性問題及應(yīng)對

上述三種課程整合取向代表了課程的知識屬性、社會屬性與人本屬性的不同側(cè)面，它們相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充，沒有絕對的優(yōu)劣，各有適合的領(lǐng)域與對象，在課程跨學(xué)科整合的實(shí)踐中應(yīng)該配合使用多種取向。不管采用哪種取向的整合模式，將知識情境化與社會化都是其優(yōu)勢，但各學(xué)科原有知識體系結(jié)構(gòu)的劣構(gòu)化是它們面對的共性問題，容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)知識結(jié)構(gòu)的不均衡，可能某些知識掌握得較好，有些知識卻沒有觸及（因?yàn)樗鶎W(xué)項目沒有覆蓋）。這種基礎(chǔ)知識的結(jié)構(gòu)性偏差對于中小學(xué)生是個很大的問題。創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力培養(yǎng)的可持續(xù)性，其根源還在于學(xué)習(xí)者有良好的知識結(jié)構(gòu)，并能不斷自我完善和發(fā)展?；A(chǔ)教育領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu)性缺失，會給兒童一輩子的成長帶來障礙。因此，STEM的跨學(xué)科整合，一方面要將分學(xué)科的知識按問題邏輯或項目邏輯進(jìn)行跨學(xué)科重組，另一方面又要確保設(shè)計的問題和項目對所有學(xué)科基礎(chǔ)性知識結(jié)構(gòu)的全面、均衡的覆蓋。設(shè)計和實(shí)施STEM跨學(xué)科整合的課程，要在學(xué)科知識的系統(tǒng)性與解決實(shí)際問題/項目中所獲知識的隨機(jī)性之間保持一定的張力和平衡，基于整體知識結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性設(shè)計問題，使各問題之間包含的學(xué)習(xí)議題（如專業(yè)概念、原理等）多次地相互鄰接和交叉重疊。

在此過程中，知識地圖技術(shù)是很好的課程設(shè)計工具。知識地圖可以對課程的核心知識及其關(guān)系予以可視化展示與管理。設(shè)計具體學(xué)習(xí)問題或項目時要對其涵蓋知識進(jìn)行分析，并與知識地圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)。當(dāng)所有學(xué)習(xí)項目都與知識地圖關(guān)聯(lián)時，通過結(jié)構(gòu)化的知識地圖，學(xué)生可以清晰地了解每個知識點(diǎn)上學(xué)習(xí)項目覆蓋的頻次與強(qiáng)度，如果某知識點(diǎn)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性缺失，可以通過定向覆蓋的學(xué)習(xí)問題或項目設(shè)計進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)。

（三）跨學(xué)科整合的項目設(shè)計

STEM跨學(xué)科整合最核心、最重要的工作是項目或問題的設(shè)計，如果沒有良好的結(jié)構(gòu)化項目設(shè)計，會導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難、效率不高、挫折感強(qiáng)、學(xué)習(xí)收獲不大等系列問題。

STEM項目設(shè)計強(qiáng)調(diào)將知識蘊(yùn)含于情境化的真實(shí)問題中，強(qiáng)調(diào)調(diào)動學(xué)生主動積極地利用各學(xué)科的相關(guān)知識設(shè)計解決方案，跨越學(xué)科界限提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

STEM教育建立在建構(gòu)主義和認(rèn)知科學(xué)的研究成果之上（Sanders，2009）。布魯因（Bruning，2004）等人指出，STEM教育與認(rèn)知科學(xué)的主張一致：1）學(xué)習(xí)是建構(gòu)而不是接受的過程；2）動機(jī)和信念在認(rèn)知過程中至關(guān)重要；3）社會性互動是認(rèn)知發(fā)展的基礎(chǔ)；4）知識、策略和專門技術(shù)是情境化的。由此可見，STEM教育是一種典型的建構(gòu)主義教學(xué)實(shí)踐：為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)情境，讓他們積極地建構(gòu)知識，從而強(qiáng)化對知識的記憶和促進(jìn)遷移；以小組為單位進(jìn)行活動，為知識的社會建構(gòu)提供優(yōu)越條件（Sanders，2009）。因此，實(shí)踐STEM教學(xué)模式首先要符合建構(gòu)性學(xué)習(xí)所強(qiáng)調(diào)的探究、發(fā)現(xiàn)、協(xié)助等基本要求。

可以說，STEM教育是一種典型的建構(gòu)主義教學(xué)實(shí)踐，本文參照基于建構(gòu)主義的教學(xué)設(shè)計模式（余勝泉等，2000）嘗試提出一種STEM項目設(shè)計模式（見圖2）。本模式在“教學(xué)分析”的基礎(chǔ)上，以“項目或問題”為核心立足點(diǎn)，設(shè)計項目完成或問題解決過程中的學(xué)習(xí)資源與工具、學(xué)習(xí)活動過程、學(xué)習(xí)支架、學(xué)習(xí)評價等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時關(guān)注項目完成后，學(xué)生獲得知識的系統(tǒng)化與結(jié)構(gòu)化遷移，并有相應(yīng)的強(qiáng)化練習(xí)與總結(jié)提升。

1.教學(xué)分析

在教學(xué)設(shè)計前期，教師需要對以下三個方面進(jìn)行細(xì)致分析：1）教學(xué)目標(biāo)；2）學(xué)習(xí)者特征；3）跨學(xué)科知識地圖（學(xué)習(xí)內(nèi)容）。分析教學(xué)目標(biāo)是為了確定學(xué)習(xí)主題，對課程的三維目標(biāo)做具體描述。分析學(xué)習(xí)者特征是為了確保項目設(shè)計適合學(xué)生的能力與知識水平，對學(xué)習(xí)者的智力因素和非智力因素進(jìn)行充分分析。STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)要完成真實(shí)情境中的任務(wù)，而要確保任務(wù)中包含教學(xué)目標(biāo)，就需要對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行深入分析，明確所需學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容、知識內(nèi)容間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和知識內(nèi)容的類型。這可以通過繪制學(xué)習(xí)內(nèi)容的知識地圖，展示跨學(xué)科知識之間的關(guān)聯(lián)，為整個課程知識均衡覆蓋提供基礎(chǔ)。

2.學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計

學(xué)習(xí)任務(wù)是整個STEM教學(xué)設(shè)計模式的核心和立足點(diǎn)。STEM教學(xué)是基于現(xiàn)實(shí)情境的，需要學(xué)習(xí)者置身于真實(shí)、非良構(gòu)的學(xué)習(xí)任務(wù)中。學(xué)生學(xué)習(xí)的過程就是解決實(shí)際問題和完成實(shí)際項目的過程，問題或項目構(gòu)成了驅(qū)動學(xué)習(xí)的核心，而不像教師講授那樣充當(dāng)概念、原理的例子。學(xué)習(xí)任務(wù)可以是問題或項目：它們均代表連續(xù)性的復(fù)雜問題，并要求學(xué)習(xí)者采取主動、建構(gòu)、真實(shí)情境下的學(xué)習(xí)方式。

學(xué)習(xí)任務(wù)一定要放在特定情境中呈現(xiàn)，需要將設(shè)計的問題在特定情境中具體化。由于教科書中的知識是對現(xiàn)實(shí)生活的抽象和提煉，所以設(shè)計學(xué)習(xí)情景就要還原知識的背景，恢復(fù)其原來的生動性、豐富性，有時同一問題在不同情景中（不同的工作環(huán)境、社會背景）的表現(xiàn)是不同的。STEM教學(xué)要基于前面的教學(xué)分析結(jié)果，對學(xué)習(xí)情境進(jìn)行設(shè)計，使得學(xué)習(xí)問題能夠與真實(shí)學(xué)習(xí)情境相融合，不處于分離或勉強(qiáng)合成的狀態(tài)。

3.工具與資源設(shè)計

問題解決或項目完成需要學(xué)習(xí)者在大量信息基礎(chǔ)上進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、意義建構(gòu)，因此設(shè)計適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的學(xué)習(xí)資源與工具是STEM教學(xué)設(shè)計必不可少的環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計主要包括教學(xué)中需要用到的設(shè)備、器材和各種信息化工具，如目前廣受關(guān)注的3D打印機(jī)、開源電路板等，還需要一些用來支持或指引擴(kuò)充思維過程的認(rèn)知工具，如Scratch可視化程序設(shè)計工具、概念圖工具、SPSS數(shù)據(jù)分析工具、網(wǎng)絡(luò)溝通工具、三維建模工具等。學(xué)習(xí)資源方面教師需要設(shè)計：1）了解有關(guān)學(xué)習(xí)問題的詳細(xì)信息和必要的預(yù)備知識；2）學(xué)生在解決學(xué)習(xí)問題過程中可能需要查閱的信息（為了對學(xué)生學(xué)習(xí)更好地提供指導(dǎo)）；3）強(qiáng)化練習(xí)材料（用于學(xué)習(xí)者在教學(xué)活動實(shí)施后進(jìn)行強(qiáng)化練習(xí)，從而檢測、鞏固、擴(kuò)展所學(xué)知識）。

4.學(xué)習(xí)支架設(shè)計

STEM教育重視學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)主體地位的同時，也不忽視教師的指導(dǎo)作用。STEM教師既需要保持對各個教學(xué)環(huán)節(jié)的控制、管理、幫助和指導(dǎo)，又需要從課堂主角變?yōu)槟缓髮?dǎo)演，成為學(xué)生意義建構(gòu)的幫助者、促進(jìn)者。學(xué)生在問題解決過程中，不同學(xué)生所采用的學(xué)習(xí)路徑、遇到的困難也不相同，教師需針對不同情況給予及時反饋和幫助，指導(dǎo)學(xué)生開展獨(dú)立探索或協(xié)作，調(diào)動學(xué)生參與的主動性；學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中，面對豐富的信息資源易出現(xiàn)學(xué)習(xí)行為與學(xué)習(xí)目標(biāo)的偏離，對此教師要在問題解決過程中設(shè)置關(guān)鍵的控制點(diǎn)，規(guī)范學(xué)生學(xué)習(xí)，同時也有利于學(xué)生反思、深化所學(xué)知識。因此，針對學(xué)生問題解決過程中可能遇到的困難，教師提供起支撐、承載、聯(lián)結(jié)等作用的支架，是確保學(xué)生在最臨近發(fā)展區(qū)內(nèi)進(jìn)行學(xué)習(xí)并解決問題的關(guān)鍵。

在STEM教育項目中，支架可以保證學(xué)生在不能獨(dú)立完成任務(wù)時獲得成功，提高能力水平以達(dá)到任務(wù)要求，幫助他們認(rèn)識到潛在發(fā)展空間。支架讓學(xué)生經(jīng)歷一些有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者（如教師）所經(jīng)歷的思維過程，有助于學(xué)生對知識特別是隱性知識的體悟與理解。學(xué)生通過內(nèi)化支架，可以獲得獨(dú)立完成任務(wù)的技能。支架還可以展示學(xué)習(xí)任務(wù)的真實(shí)情境，讓學(xué)習(xí)者感受、體驗(yàn)和進(jìn)入復(fù)雜的真實(shí)情境。典型的支架包括（閆寒冰，2003）：情境型支架，設(shè)置情境幫助進(jìn)入學(xué)習(xí)；問題型支架，創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)思維；實(shí)驗(yàn)型支架，演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、家庭實(shí)驗(yàn)等；信息型支架，包括教師已有知識、網(wǎng)絡(luò)知識、材料等；知識型支架，主要是提供評價和產(chǎn)生新的經(jīng)驗(yàn)和信息的框架；程序型支架，是指做事的順序；策略型支架，指在不同教學(xué)條件下，為達(dá)到不同教學(xué)效果所采用的手段和謀略；范例型支架指典型事例和范例；訓(xùn)練性支架指通過指導(dǎo)和練習(xí)強(qiáng)化學(xué)生認(rèn)知理解，提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力。

5.學(xué)習(xí)活動設(shè)計

學(xué)生是在完成STEM教育項目過程中獲取知識、認(rèn)識客觀世界的，不是直接從書本或教師處獲得知識的，認(rèn)知與學(xué)習(xí)發(fā)生在完成任務(wù)和解決問題的過程中，是通過學(xué)習(xí)活動這一中介體完成的。因此，有效的STEM教育項目設(shè)計，必須以有效的學(xué)習(xí)活動為中介，促進(jìn)知識的內(nèi)化，只有這樣才能真正提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的發(fā)生。

STEM學(xué)習(xí)活動設(shè)計，就是教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)情境靈活選擇和設(shè)計學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生通過參與活動進(jìn)行學(xué)習(xí)。不同教學(xué)模式往往從不同教學(xué)環(huán)節(jié)和程序安排上顯示其特征，每種教學(xué)模式都有其自身相對固定的活動邏輯步驟和每階段應(yīng)完成的教學(xué)任務(wù)。不同活動序列組合自然形成不同的教學(xué)模式。

6.學(xué)習(xí)評價設(shè)計

教學(xué)評價包括形成性評價和總結(jié)性評價。為了在教學(xué)活動過程中更好地達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，教師需要在教學(xué)過程中不斷進(jìn)行形成性評價。形成性評價偏向于使用量表、行為觀察和知識測驗(yàn)等形式了解階段性的教學(xué)成果和存在問題，及時對教學(xué)實(shí)施方案進(jìn)行修改、完善?？偨Y(jié)性評價一般安排在教學(xué)活動告一段落后，為檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果是否達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)而進(jìn)行的評價。STEM教學(xué)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者解決實(shí)際問題的能力，比傳統(tǒng)的紙筆測試更加靈活多樣并關(guān)注學(xué)習(xí)者的真實(shí)能力。例如，它可以對小組合作完成的作品按事先制定的評價標(biāo)準(zhǔn)，由教師或小組間進(jìn)行評價。形成性評價和總結(jié)性評價服務(wù)于不同目的，沒有孰輕孰重之分，兩者均起著舉足輕重的作用。

評價過程要改變以往單一的評價方式，強(qiáng)調(diào)多元評價主體、形成性評價、面向?qū)W習(xí)過程的評價，由學(xué)生本人、同伴、教師對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的態(tài)度、興趣、參與程度、任務(wù)完成情況以及學(xué)習(xí)過程中形成的作品等進(jìn)行評估。7.總結(jié)與強(qiáng)化練習(xí)

項目結(jié)束后需要適時進(jìn)行教學(xué)總結(jié)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者將零散的知識系統(tǒng)化。STEM教學(xué)關(guān)注現(xiàn)實(shí)問題，著力跨學(xué)科運(yùn)用知識，因此更需要對涉及的知識進(jìn)行總結(jié)，將STEM學(xué)習(xí)的產(chǎn)出從現(xiàn)實(shí)問題解決延伸到抽象的知識層面，讓學(xué)生形成一定的知識體系和結(jié)構(gòu)。教學(xué)總結(jié)可以由教師獨(dú)立進(jìn)行，也可以采取教師指導(dǎo)下學(xué)生小組合作匯報等形式進(jìn)行。

完成教學(xué)總結(jié)后，教師應(yīng)根據(jù)小組評價和自我評價結(jié)果，為學(xué)生設(shè)計一套可供選擇并有針對性的補(bǔ)充學(xué)習(xí)材料和強(qiáng)化練習(xí)。這類材料和練習(xí)應(yīng)精心挑選，既要反映基本概念、基本原理又能適應(yīng)不同學(xué)生的要求，以便通過強(qiáng)化練習(xí)糾正原有的錯誤理解或片面認(rèn)識，最終達(dá)到符合要求的意義建構(gòu)。

8.項目方案試用與改進(jìn)

項目實(shí)施過程中，一方面要嚴(yán)格按照設(shè)計的方案進(jìn)行實(shí)施，確保教學(xué)方案的執(zhí)行；另一方面，要根據(jù)現(xiàn)實(shí)教學(xué)條件和形成性評價的結(jié)果不斷修訂設(shè)計方案，保證靈活性。

四、結(jié)語

隨著創(chuàng)客在中國的火爆，創(chuàng)客教育出現(xiàn)讓人擔(dān)心的大躍進(jìn)現(xiàn)象。不遵循教育規(guī)律，一窩蜂讓學(xué)生學(xué)習(xí)開源電路板、3D打印、機(jī)器人等，過分關(guān)注技術(shù)的炫酷，缺乏科學(xué)的教育設(shè)計，缺乏基礎(chǔ)性學(xué)科知識融合注入，使得創(chuàng)客教育變成學(xué)校秀場，出現(xiàn)了泡沫化苗頭。因此，本文追根溯源，對STEM教育進(jìn)行梳理和研究。

STEM在國內(nèi)還是個新興領(lǐng)域，但在國外已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，并有成熟的研究與實(shí)踐，值得我們借鑒。針對國內(nèi)STEM教育尚未形成完整的理論體系和操作性強(qiáng)的模式的現(xiàn)狀，本文通過對國內(nèi)外現(xiàn)有研究的梳理，總結(jié)了STEM教育的九大核心特征，并對STEM的課程整合模式和整合取向進(jìn)行分析，然后嘗試提出STEM項目設(shè)計模型，希望能夠引起業(yè)內(nèi)的關(guān)注、批評和爭鳴，促進(jìn)STEM教育實(shí)踐的健康發(fā)展。

值得指出的是，在STEM跨學(xué)科整合設(shè)計中，容易出現(xiàn)學(xué)科知識結(jié)構(gòu)性缺失的不足，本文提出通過學(xué)科知識地圖對項目設(shè)計進(jìn)行總體規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科知識的均衡覆蓋。STEM教育在實(shí)施過程中，容易出現(xiàn)偽探究、偽問題解決的狀況，從而導(dǎo)致學(xué)生挫折感強(qiáng)，形不成系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，教師主導(dǎo)地位嚴(yán)重缺失等問題，本文在項目設(shè)計中特別強(qiáng)調(diào)了總結(jié)與強(qiáng)化練習(xí)環(huán)節(jié)。這些針對性的改進(jìn)措施，以及借鑒中國傳統(tǒng)教育在知識掌握方面的優(yōu)勢，可為其他國家的STEM教育實(shí)施提供參考。

作者簡介：余勝泉，北京師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院教授，研究方向：移動教育與泛在學(xué)習(xí)、信息技術(shù)與課程整合、區(qū)域性教育信息化、學(xué)習(xí)的平臺關(guān)鍵技術(shù)等（yqsq@bnu.edu.cn）；胡翔，北京師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院2013級科學(xué)與技術(shù)教育專業(yè)碩士。

基金項目：教育部高?？萍紤?zhàn)略（教育信息化）研究課題“教育信息化對教育革命性影響的內(nèi)涵、標(biāo)志和路徑研究”項目。

第二篇：【跨學(xué)科教育】上海市中小學(xué)STEM教育調(diào)研報告

【跨學(xué)科教育】上海市中小學(xué)STEM教育調(diào)研報告

篇首語STEM教育，以項目式的學(xué)習(xí)方式融合各學(xué)科內(nèi)容，解決真實(shí)環(huán)境下實(shí)際問題，通過針對學(xué)生設(shè)計的活動來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新品質(zhì)。在注重學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的形勢下，許多國家都加強(qiáng)了STEM教育的引入與本土化，中國上海也在這個浪潮中積極嘗試，社會、學(xué)校、教師和學(xué)生都投入了大量的成本，STEM教育在上海的實(shí)際開展情況如何？進(jìn)一步推廣需要有哪些具體措施？經(jīng)歷3個月的時間，本次上海市中小學(xué)STEM教育調(diào)研給出了基于實(shí)證的回答?！?STEM教育為什么？本次調(diào)研的主要目的是了解目前上海中小學(xué)STEM教育開展情況；從調(diào)研中吸取經(jīng)驗(yàn)，完善健全跨學(xué)科領(lǐng)域課程建設(shè)；提供學(xué)校跨學(xué)科領(lǐng)域課程設(shè)置的建議意見。如何做？在前期準(zhǔn)備過程中組建了一支由教研室、大學(xué)、出版社及專家組成的調(diào)研團(tuán)隊，明確了調(diào)研的相關(guān)任務(wù)及要求。在前期準(zhǔn)備過程中還編制了學(xué)生及教師網(wǎng)上調(diào)研問卷、評課記錄單等。在調(diào)研前兩周時間學(xué)校填寫自評報告。調(diào)研當(dāng)天聽課或聽取課程介紹，并圍繞學(xué)?？鐚W(xué)科領(lǐng)域課程建設(shè)及課堂教學(xué)交流討論，同日學(xué)校完成相關(guān)學(xué)生、教師的網(wǎng)上調(diào)研問卷填寫?！?評課記錄單

怎么樣？▲ 上海市中小學(xué)STEM教育調(diào)研調(diào)研對象信息本次調(diào)研涉及的區(qū)縣有：黃浦區(qū)、普陀區(qū)、閔行區(qū)、徐匯區(qū)、楊浦區(qū)、靜安區(qū)、浦東新區(qū)、長寧區(qū)、虹口區(qū)共計9個區(qū)縣。本次調(diào)研涉及的學(xué)校有小學(xué)9所、初中9所、高中8所，共計26所中小學(xué)校，其中民辦學(xué)校占比15.4%，公辦學(xué)校占比84.6%。

▲ 跨越9個區(qū)縣▲ 穿越3個學(xué)段 ▲ 兼顧公辦民辦

學(xué)校重視STEM教育通過1131份學(xué)生的網(wǎng)上問卷調(diào)查及62份教師的網(wǎng)上問卷調(diào)查，得到以下基本信息：學(xué)校校長及教師99%認(rèn)為STEM教育很重要，說明STEM教育被廣泛的認(rèn)可。在相對重視的前提下，學(xué)校對開設(shè)這類課程所用的教室也有特別的考量，超過60%的學(xué)校建有創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室或科學(xué)實(shí)驗(yàn)室?！?教室配置拓展課成為主要選擇課時安排上，64.8%集中在拓展課課時，16.7%集中在研究型課程課時，說明拓展課、研究型課程課時是學(xué)校對STEM教育課程課時安排的主流選擇。平均每周STEM教育課時在2節(jié)課課時左右，課時安排上小初高差異不大。大多數(shù)學(xué)校選擇每周在拓展課時中拿出2課時，也有些學(xué)校采用1 1模式，即每周一節(jié)拓展課加一節(jié)自然（科學(xué)、勞技）課，整合出2個課時，滿足課時需要。學(xué)習(xí)年段上，在小學(xué)學(xué)段主要集中在小學(xué)二、三年級，初中主要集中在初中預(yù)備班、初一年段，高中主要集中在高一年段，可以發(fā)現(xiàn)年段設(shè)置集中在各個學(xué)段的起始階段，考試壓力相對較輕，小學(xué)一年級設(shè)置比較少或許與該階段學(xué)生學(xué)科基礎(chǔ)不充分相關(guān)。▲ 課時安排▲ 學(xué)習(xí)年段采用項目式學(xué)習(xí)所調(diào)研學(xué)校開設(shè)的STEM教育課程均采用項目式學(xué)習(xí)的方式，即圍繞一個項目主題（完成某一作品或解決某一問題），連續(xù)地通過一系列課時（4—24課時不等）來組織教學(xué)。與基礎(chǔ)學(xué)科建立聯(lián)系多數(shù)學(xué)校能夠主動將STEM教育課程與基礎(chǔ)學(xué)科建立聯(lián)系，挖掘基礎(chǔ)學(xué)科中可以“跨”的點(diǎn)，作為與STEM教育課程的結(jié)合點(diǎn)，從而在學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的拓展與延伸，使得STEM教育課程有了明確的根基，不再是虛幻的空中樓閣。STEM教育與學(xué)科知識關(guān)聯(lián)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：STEM教育課程學(xué)習(xí)中與科學(xué)、數(shù)學(xué)、勞技三門學(xué)科關(guān)系最密切。STEM教育授課教師來源調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：STEM教育課程授課教師排在前三位的分別是科學(xué)、勞技、物理。說明授課教師與課程內(nèi)容涉及學(xué)科關(guān)聯(lián)的高度一致性，也說明目前試點(diǎn)學(xué)校開設(shè)的STEM教育課程內(nèi)容緊扣基礎(chǔ)學(xué)科?！?STEM教育課程與不同學(xué)科知識關(guān)聯(lián)程度職業(yè)引導(dǎo)成效顯著職業(yè)引導(dǎo)方面，80%以上的學(xué)生對能對某些職業(yè)有所了解，超過60%的學(xué)生并對該職業(yè)產(chǎn)生了一定的興趣，說明STEM教育對學(xué)生的職業(yè)引導(dǎo)起到正面作用，在關(guān)注職業(yè)領(lǐng)域方面，排在最前面的是電子信息、教育、金融、航天與醫(yī)療?！?職業(yè)引導(dǎo)▲ 敏感主題 優(yōu)質(zhì)課程資源缺乏雖然有大量的有實(shí)力的公司和教育者在做這方面的努力，但是大多數(shù)課程都是簡單的拷貝國外的資料，沒有做任何改進(jìn)，不符合本地學(xué)校情況，沒有體現(xiàn)STEM教育真實(shí)問題解決的理念。課程中還存在部分科學(xué)性錯誤，導(dǎo)致學(xué)生最終完成的作品不能解決實(shí)際問題。還有課程結(jié)構(gòu)過于固定模式化、課程內(nèi)容過于形式化，刻意將毫無關(guān)聯(lián)的知識內(nèi)容拼裝式組合進(jìn)課程、配套的輔助工具缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃等等。課堂教學(xué)方式需轉(zhuǎn)型本次調(diào)研的學(xué)校提供的觀摩課中，超過一半的課堂被教師牢牢把控，教師嚴(yán)格控制著課堂教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，從板書到問題提出、從學(xué)生實(shí)驗(yàn)到交流展示，完全按照教師的節(jié)奏和意圖步步推進(jìn)。學(xué)生不知道活動內(nèi)容的目的和意圖，不知道活動與總項目之間關(guān)系，只是被動的被老師牽著鼻子走。這樣的課堂顯然不能有效發(fā)揮學(xué)生的主動性、培養(yǎng)學(xué)生的求知欲，這與STEM教育通過項目式學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是背道而馳的，所以戴著項目式學(xué)習(xí)的帽子，穿著應(yīng)試教育教學(xué)方式的里子是不可取的。教師培訓(xùn)缺位首先中國傳統(tǒng)師范教育有大量的數(shù)學(xué)、科學(xué)方面的老師，但是缺乏工程技術(shù)方面的人才，所以STEM教育的師資培訓(xùn)首先是工程技術(shù)上需要提供系統(tǒng)且專業(yè)的培訓(xùn)。其次STEM教育不同的領(lǐng)域適合不同學(xué)科的教師教學(xué)，這樣可以避免教師專業(yè)基礎(chǔ)的缺失，以醫(yī)療領(lǐng)域、環(huán)境領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域?yàn)槔謩e可以請生命科學(xué)老師、化學(xué)老師、物理老師來授課，但即便如此，在領(lǐng)域內(nèi)相當(dāng)大的知識覆蓋依然超出學(xué)科教師的專業(yè)范圍，所以需要在不同領(lǐng)域針對專業(yè)學(xué)科的教師有針對性的師資培訓(xùn)。第三STEM教育的教學(xué)教法與基礎(chǔ)課程是有一定的區(qū)別的，某種程度上說是更難的，也是教師特別不擅長的方面，比如相對開放的課堂、跟著學(xué)生的思路節(jié)奏演繹教學(xué)等等，需要提供課堂教學(xué)教法方面的專業(yè)指導(dǎo)。評估體系缺失好的評估系統(tǒng)是教學(xué)質(zhì)量的保證，由于STEM教育并不是簡單地將科學(xué)與工程組合起來，而是要把學(xué)生學(xué)習(xí)到的零碎的知識與機(jī)械過程轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程。所以對于這種項目式學(xué)習(xí)，用工程技術(shù)方法來做現(xiàn)實(shí)問題解決的STEM教育評估體系的開發(fā)是很有挑戰(zhàn)性的。STEM教育評估體系還需要對教師的能力進(jìn)行考核。目前的評價機(jī)制無論是學(xué)生的成果作品評價還是學(xué)生過程性評價，都還只是淺嘗即止的初探，對教師的評價也缺乏規(guī)范的體系?！?老師在上“食物與能量”主題課▲ 老師嘗試過程性評價

再思考自下而上的歸納本次調(diào)研對上海市STEM教育實(shí)際情況有了總體的了解，總體看社會有需要，學(xué)校教師有需求，這與高考綜合改革方案有關(guān)，更與培養(yǎng)創(chuàng)新人才的大環(huán)境相關(guān)，很多人都寄希望跨學(xué)科領(lǐng)域的教育能改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。從這次調(diào)研現(xiàn)場看，我們看到了個別學(xué)校的優(yōu)秀課例設(shè)計，也欣喜的尋覓到課堂教學(xué)中的閃光點(diǎn)，給我們跨學(xué)科領(lǐng)域教育增添了信心。所以我們要不斷自下而上的歸納，提煉來自一線實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，通過不斷的實(shí)踐證明“跨學(xué)科領(lǐng)域教育有利于學(xué)生的發(fā)展”。

自上而下的演繹本次調(diào)研發(fā)現(xiàn)STEM教育課程、課堂、培訓(xùn)等等問題及復(fù)雜性超出預(yù)期，讓我們對跨學(xué)科領(lǐng)域教育研究更加有了使命感和責(zé)任感。通過自上而下的演繹指導(dǎo)學(xué)校區(qū)縣的工作，再結(jié)合自下而上的歸納，上下貫通才能將跨學(xué)科領(lǐng)域教育落到實(shí)處。作者：上海市教委教研室

管文川

第三篇：簡述跨學(xué)科教育

小學(xué)跨學(xué)科教育作業(yè)

姓名：郭思雨

學(xué)號：1143000274

班級：2014級數(shù)學(xué)二班

STEM教育介紹

通過閱讀文獻(xiàn)和查閱資料，我將我了解到 STEM 教育從以下三個方面進(jìn)行簡單介紹。

一、什么是STEM

STEM是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(xué)(Mathematics)四個英文首字母的縮寫，簡言之STEM教育就是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的教育，但現(xiàn)實(shí)問題往往無法單憑STEM中的某一門學(xué)科知識來解決，必須依靠多學(xué)科的協(xié)同因此STEM教育關(guān)于如何綜合運(yùn)用STEM知識解決現(xiàn)實(shí)問題的能力的教育，也就是STEM素養(yǎng)教育。

STEM教育起源于美國，最初是美國為保持其科技創(chuàng)新的國際領(lǐng)先地位提供充足的STEM勞動力儲備，以便這些技能嫻熟的人才能夠?yàn)槊绹峁└映志枚鴱?qiáng)盛的競爭力。美國近年來高度重視STEM教育，聯(lián)邦STEM教育進(jìn)展報告顯示美國在STEM教育領(lǐng)域的投資逐年增加，2016年預(yù)算突破30億美元。值得注意的是，在大力發(fā)展STEM教育的同時，美國充分利用企業(yè)、非營利機(jī)構(gòu)等組織與政府部門共同建立了一個高效的跨部門合作的新模式。我國現(xiàn)階段也越來越關(guān)注STEM教育，并取得一定進(jìn)展，但是相比美國充分調(diào)動社會各種力量共同開展STEM教育來說做得還很不夠。因此，了解美國STEM教育發(fā)展，尤其是其政府與社會力量合辦STEM項目的情況，對我國促進(jìn)社會力量辦STEM教育具有借鑒意義。

二、特點(diǎn)介紹

STEM 教育中四門學(xué)科的教學(xué)必須緊密相連，以整合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生掌握知識和技能，并能進(jìn)行靈活遷移應(yīng)用解決真實(shí)世界的問題。融合的STEM 教育具備新的核心特征:跨學(xué)科、趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計性、藝術(shù)性、實(shí)證性和技術(shù)增強(qiáng)性等。

它重點(diǎn)關(guān)注四種素養(yǎng)(Literacy)：(1)科學(xué)素養(yǎng)是指學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識理解自然界、解釋自然現(xiàn)象、參與自然界有關(guān)決策的能力；(2)技術(shù)素養(yǎng)是指學(xué)生使用、管理、理解與評價技術(shù)的能力，學(xué)生應(yīng)當(dāng)了解某種技術(shù)的發(fā)展歷程，并知道如何使用新技術(shù)來改造社會、國家乃至整個世界；(3)工程素養(yǎng)是指學(xué)生應(yīng)當(dāng)以工程的視角去理解項目的設(shè)計與開發(fā)過程；(4)數(shù)學(xué)素養(yǎng)是指學(xué)生對不同情境下數(shù)學(xué)問題的分析、推理和有效交流思想的能力，學(xué)生應(yīng)當(dāng)主動發(fā)現(xiàn)問題，并清晰表達(dá)對這些問題的分析。

(一)跨學(xué)科

將知識按學(xué)科進(jìn)行劃分，對于科學(xué)研究、深入研究自然現(xiàn)象的奧秘和將知識劃分為易于教授的模塊有所助益，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，理工科教育出現(xiàn)了取消分科、進(jìn)行整合教育的趨勢。STEM 教育因此應(yīng)運(yùn)而生，跨學(xué)科性是它最重要的核心特征。美國學(xué)者艾布特斯(Abts)使用“元學(xué)科”(meta－ discipline)描述 STEM，即表示它是代表科學(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)?？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)際問題的能力的教育目標(biāo)。

(二)趣味性

STEM 教育在實(shí)施過程中要把多學(xué)科知識融于有趣、具有挑戰(zhàn)性、與學(xué)生生活相關(guān)的問題中，問題和活動的設(shè)計要能激發(fā)學(xué)習(xí)者內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機(jī)，問題的解決要能讓學(xué)生有成就感，因此需有趣味性。STEM 教育強(qiáng)調(diào)分享、創(chuàng)造，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生體驗(yàn)和獲得分享中的快樂感與創(chuàng)造中的成就感。有的項目還把STEM 教育內(nèi)容游戲化(將游戲的元素、方法和框架融于教育場景)，因?yàn)閷⒒谔剿骱湍繕?biāo)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)嵌入游戲中，有利于發(fā)展學(xué)習(xí)者的團(tuán)隊技能、教授交叉課程概念和負(fù)責(zé)的科學(xué)內(nèi)容主題，可以得到更多、更理想的教育產(chǎn)出。例如，芬蘭大學(xué)和美國北伊利諾伊大學(xué)合作成立了Finnish － US，在 K － 16 階段開展基于游戲的 STEM教育。

(三)體驗(yàn)性

STEM 教育不僅主張通過自學(xué)或教師講授習(xí)得抽象知識，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生動手、動腦，參與學(xué)習(xí)過程。STEM 提供了學(xué)生動手做的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的數(shù)學(xué)和科學(xué)知識應(yīng)對現(xiàn)實(shí)世界問題，創(chuàng)造、設(shè)計、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作并解決問題。因此，STEM 教育具有體驗(yàn)性特征，學(xué)生在參與、體驗(yàn)獲得知識的過程中，不僅獲得結(jié)果性知識，還習(xí)得蘊(yùn)含在項目問題解決過程中的過程性知識。這種在參與、體驗(yàn)中習(xí)得知識的方式對學(xué)生今后的工作和生活的長遠(yuǎn)發(fā)展會產(chǎn)生深刻影響。例如，我國臺灣學(xué)者賴恩瑩等利用樂高作為模組教具培養(yǎng)學(xué)生有關(guān)齒輪、力矩等工程概念(Lai，Zhang ＆ Wang，2012)。學(xué)生通過搭建樂高組件測試相關(guān)原理，不僅可以了解物理概念與知識，還在工程設(shè)計體驗(yàn)中感受到這些知識的重要作用，將抽象的知識與實(shí)際生活連接起來，很好地體現(xiàn)了 STEM 教育的體驗(yàn)性特征。

(四)情境性

STEM 教育具有情境性特征，它不是教授學(xué)生孤立、抽象的學(xué)科知識，而強(qiáng)調(diào)把知識還原于豐富的生活，結(jié)合生活中有趣、挑戰(zhàn)的問題，通過學(xué)生的問題解決完成教學(xué)。STEM 教育強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生獲得將知識進(jìn)行情境化應(yīng)用的能力，同時能夠理解和辨識不同情境的知識表現(xiàn)，即能夠根據(jù)知識所處背景信息聯(lián)系上下文辨識問題本質(zhì)并靈活解決問題。STEM教育強(qiáng)調(diào)知識是學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)環(huán)境互動建構(gòu)的產(chǎn)物，而非來自于外部的灌輸。情境是 STEM 教育重要而有意義的組成部分，學(xué)習(xí)受具體情境的影響，情境不同，學(xué)習(xí)也不同。只有當(dāng)學(xué)習(xí)鑲嵌在運(yùn)用該知識的情境之中，有意義的學(xué)習(xí)才可能發(fā)生。教師在設(shè)計 STEM 教育項目時，項目的問題一方面要基于真實(shí)的生活情景，另一方面又要蘊(yùn)含著所要教的結(jié)構(gòu)化知識。這樣，學(xué)生在解決問題的過程中，不僅能獲得知識，還能獲得知識的社會性、情境性及遷移運(yùn)用的能力。情境性問題的解決，可以讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)的生活，獲得社會性成長。

(五)協(xié)作性

STEM 教育具有協(xié)作性，強(qiáng)調(diào)在群體協(xié)同中相互幫助、相互啟發(fā)，進(jìn)行群體性知識建構(gòu)。STEM 教育中的問題往往是真實(shí)的，真實(shí)任務(wù)的解決離不開其他同學(xué)、教師或?qū)＜业暮献?。在完成任?wù)的過程中，學(xué)生需要與他人交流和討論。建構(gòu)主義指出，學(xué)習(xí)環(huán)境的四大要素包括“情境”“協(xié)作”“會話”和“意義建構(gòu)”(何克抗，1997)。STEM 教育的協(xié)作性就是要求學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計要包括“協(xié)作”和“會話”兩要素:讓學(xué)生以小組為單位，共同搜集和分析學(xué)習(xí)資料、提出和驗(yàn)證假設(shè)、評價學(xué)習(xí)成果;同時，學(xué)習(xí)者通過會話商討如何完成規(guī)定的學(xué)習(xí)任務(wù)。需指出的是，小組學(xué)習(xí)最后的評價環(huán)節(jié)以小組成員的共同表現(xiàn)為參考，而不是根據(jù)個人的表現(xiàn)進(jìn)行獨(dú)立評價。

(六)設(shè)計性

STEM 教育要求學(xué)習(xí)產(chǎn)出環(huán)節(jié)包含設(shè)計作品，通過設(shè)計促進(jìn)知識的融合與遷移運(yùn)用，通過作品外化學(xué)習(xí)的結(jié)果、外顯習(xí)得的知識和能力。設(shè)計出創(chuàng)意作品是獲得成就感的重要方式，也是維持和激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)、保持學(xué)習(xí)好奇心的重要途徑。因此，設(shè)計是 STEM 教育取得成功的關(guān)鍵因素。美國學(xué)者莫里森認(rèn)為，設(shè)計是認(rèn)知建構(gòu)的過程，也是學(xué)習(xí)產(chǎn)生的條件(Morrison，2005)。學(xué)生通過設(shè)計可以更好地解完成了的工作，從而解決開放性問題。在這個過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)知識、鍛煉能力、提高 STEM 素養(yǎng)，因此設(shè)計性是 STEM 教育的又一核心特征?？茖W(xué)在于認(rèn)識世界，解釋自然界的客觀規(guī)律，技術(shù)和工程則在尊重自然規(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，解決社會發(fā)展過程中遇到的難題。按照科學(xué)和數(shù)學(xué)的規(guī)律開展設(shè)計實(shí)踐是科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)與工程整合的重要途徑。

(七)藝術(shù)性

也有人提出 STEAM 的概念，強(qiáng)調(diào)在 STEM 中加入“Art”學(xué)科。這個“A”狹義上指美術(shù)、音樂等，廣義上則包括美術(shù)、音樂、社會、語言等人文藝術(shù)，實(shí)際代表了 STEM 強(qiáng)調(diào)的藝術(shù)與人文屬性。STEM 教育的藝術(shù)性強(qiáng)調(diào)在自然科學(xué)教學(xué)中增加學(xué)習(xí)者對人文科學(xué)和社s會科學(xué)的關(guān)注與重視，例如在教學(xué)中增加科學(xué)、技術(shù)或工程等相關(guān)發(fā)展歷史，從而激發(fā)學(xué)生興趣、增加學(xué)習(xí)者對 STEM 與生活聯(lián)系的理解以及提高學(xué)生對 STEM 相關(guān)決策的判斷力;再如，在對學(xué)生設(shè)計作品的評價中，加入審美維度的評價，提高學(xué)生作品的藝術(shù)性和美感。概括來說，STEM 教育的藝術(shù)性是以數(shù)學(xué)元素為基礎(chǔ)，從工程和藝術(shù)角度解釋科學(xué)和技術(shù)。

(八)實(shí)證性

實(shí)證性作為科學(xué)的本質(zhì)(Nature of Science)的基本內(nèi)涵之一，是科學(xué)區(qū)別于其他學(xué)科的重要特征，也是科學(xué)教育中學(xué)習(xí)者需要理解、掌握的重要方面。STEM 教育要促進(jìn)學(xué)生按照科學(xué)的原則設(shè)計作品，基于證據(jù)驗(yàn)證假設(shè)、發(fā)現(xiàn)并得出解決問題的方案;要促進(jìn)學(xué)生在設(shè)計作品時，遵循科學(xué)和數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)律，而非思辨或想象，讓嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ淘O(shè)計實(shí)踐幫助他 們認(rèn)識和理解客觀的科學(xué)規(guī)律。總之，STEM 教育不僅要注重科學(xué)的實(shí)證性，更強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科情景中通過對問題或項目的探索，培養(yǎng)學(xué)生向真實(shí)生活遷移的科學(xué)精神和科學(xué)理性。

(九)技術(shù)增強(qiáng)性

STEM 教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生要具備一定技術(shù)素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生要了解技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)發(fā)展過程，具備分析新技術(shù)如何影響自己乃至周邊環(huán)境的能力。在教學(xué)中，它要求利用技術(shù)手段激發(fā)和簡化學(xué)生的創(chuàng)新過程，并通過技術(shù)表現(xiàn)多樣化成果，讓創(chuàng)意得到分享和傳播，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動力。STEM 教育主張技術(shù)作為認(rèn)知工具，無縫地融入到教學(xué)各個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生善于運(yùn)用技術(shù)解決問題的能力，增強(qiáng)個人駕馭復(fù)雜信息、進(jìn)行復(fù)雜建模與計算的能力，從而支持深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

三、STEM 課程的跨學(xué)科整合模式

在課程方面，STEM 教育代表了課程組織方式的重大變革。目前中小學(xué)最廣泛應(yīng)用的課程模式是分科教學(xué)模式，即數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科教師負(fù)責(zé)教授各自科目，很少重視學(xué)科之間的聯(lián)系。然而，要讓學(xué)生為未來的職業(yè)發(fā)展做準(zhǔn)備，他們必須超越學(xué)科的界限進(jìn)行思考。有研究表明，學(xué)習(xí)者接受 STEM 教育有助于獲得對數(shù)學(xué)和科學(xué)等內(nèi)容更加深入的理解。同時也有助于培養(yǎng)他們獲得在真實(shí)世界應(yīng)用這些知識解決問題的能力，因?yàn)檫@些問題從本質(zhì)上就是跨學(xué)科的。因此，STEM 教育的課程設(shè)計應(yīng)該使用“整合的(integrated)課程設(shè)計模式”，即將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等整合在一起，強(qiáng)調(diào)對知識的應(yīng)用和對學(xué)科之間關(guān)系的關(guān)注。

(一)跨學(xué)科整合的模式

針對 STEM 教育整合的課程設(shè)計，美國馬里蘭大學(xué)赫希巴奇(Herschbach，2011)提出兩種最基本的課程模式:相關(guān)課程(the correlated curriculum)模式和廣域課程(the broad fields curriculum)模式。相關(guān)課程模式將各科目仍保留為獨(dú)立學(xué)科，但各科目教學(xué)內(nèi)容的安排注重彼此間的聯(lián)系。例如，上物理課可能需要學(xué)生預(yù)先掌握數(shù)學(xué)概念，數(shù)學(xué)和物理教師要通過溝通，將這兩次課安排在時間節(jié)點(diǎn)相近且數(shù)學(xué)課教學(xué)排在前面。相關(guān)課程模式與學(xué)校目前的課程模式很相近，但最大的區(qū)別在于前者需要不同學(xué)科之間的教師對課程安排進(jìn)行詳細(xì)、周密的協(xié)調(diào)和計劃。廣域課程模式則取消了學(xué)科間的界限，將所有學(xué)科內(nèi)容整合到新的學(xué)習(xí)領(lǐng)域。STEM 教育的廣域課程模式不再強(qiáng)調(diào)物理、化學(xué)甚至科學(xué)作為獨(dú)立的學(xué)科存在，而是將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等內(nèi)容整合起來，形成結(jié)構(gòu)化的課程結(jié)構(gòu)。

總的來說，上述兩種課程整合模式各有優(yōu)劣勢。相關(guān)課程模式對教師來說比較熟悉，但

需要各學(xué)教師之間密切協(xié)商與交流;廣域課程模式打破了學(xué)科間的界限，通過活動促使學(xué)生在真實(shí)情景中學(xué)習(xí)各學(xué)科的知識，但如何在打破的學(xué)科之間取得平衡、建立新的課程結(jié)構(gòu)對一線教師和政策制定者提出了新的挑戰(zhàn)。

(二)跨學(xué)科整合的基本取向

STEM 教育要求四門學(xué)科在教學(xué)過程中必須緊密相連，以整合的教學(xué)方式使得學(xué)生掌握概念和技能，并運(yùn)用技能解決真實(shí)世界中的問題。如何將四門獨(dú)立學(xué)科知識緊密關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)整合，有三種取向: 1． 學(xué)科知識整合取向

分析各學(xué)科最基本的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，找到不同學(xué)科知識點(diǎn)之間的連接點(diǎn)與整合點(diǎn)，將分散的課程知識按跨學(xué)科的問題邏輯結(jié)構(gòu)化。將各學(xué)科內(nèi)容造成以問題為核心的課程組織，通過序列化的問題有機(jī)串接起各學(xué)科知識，使課程要素形成有機(jī)聯(lián)系和有機(jī)結(jié)構(gòu)。

知識整合取向模式一般采用基于問題的學(xué)習(xí)模式(problem － based learning)，強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)計在復(fù)雜、有意義的問題情境中，通過學(xué)生合作解決嵌入真實(shí)情境中的問題或與真實(shí)世界相關(guān)的問題，促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)知識的理解與建構(gòu)，從而習(xí)得隱含于題背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。它可以使學(xué)生通過體驗(yàn)知識獲得的過程，促進(jìn)學(xué)生元認(rèn)知能力的發(fā)展，通過應(yīng)用知識解決問題達(dá)成對知識的靈活掌握，并能對知識進(jìn)行社會 性、情境性的遷移運(yùn)用。解決問題的目的是為了掌握蘊(yùn)含于問題之中或支持問題解決的知識，問題是多學(xué)科知識融合的交叉點(diǎn)與整合點(diǎn)，是觸發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)與探究的觸發(fā)器，是創(chuàng)新學(xué)習(xí)的載體。一般來說，問題解決的過程不會持續(xù)很長，具體開展的方式方法也會多樣化，比如 Web Quest 網(wǎng)絡(luò)探究、5E 教學(xué)法。研究性學(xué)習(xí)等。

2． 生活經(jīng)驗(yàn)整合取向

注重知識的社會功能，也就是基于學(xué)習(xí)者的需求，以第三次工業(yè)革命為代表的知識經(jīng)濟(jì)社會所必須的知識與技能為核心整合多學(xué)科知識，然后以項目設(shè)計與實(shí)施為載體，將學(xué)術(shù)性的學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為可解決實(shí)際問題的生活性知識?；咀龇ㄊ菑膬和m應(yīng)社會的角度選擇典型項目進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計學(xué)習(xí)者在體驗(yàn)和完成項目的過程中，習(xí)得蘊(yùn)含于項目之中的多學(xué)科知識與技能，或從改造和完善現(xiàn)社會的角度，選擇挑戰(zhàn)性項目。這種課程整合方式強(qiáng)調(diào)社會實(shí)踐活動以及社會問題解決能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科知識融合到真實(shí)的社會性項目中，在項目活動中尋找各學(xué)科知識整合點(diǎn)。因此，項目的過程分析、活動設(shè)計等社會分析是核心。生活經(jīng)驗(yàn)與社會取向課程整合模式一般采于項目的學(xué)習(xí)模式(project － based learning)，以實(shí)踐性的項目完成為核心，將跨學(xué)科的內(nèi)容、高級思維能力發(fā)展與真實(shí)生活環(huán)境聯(lián)系起來。項目學(xué)習(xí)一般以開發(fā)最終作品或“人工制品”為出發(fā)點(diǎn)，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生按自己的設(shè)計思路，采用科學(xué)的方法完成作品設(shè)計。作品設(shè)計是項目學(xué)習(xí)貫穿的主線和驅(qū)動力，學(xué)生在完成作品的過程中進(jìn)行檢索、討論、演算、設(shè)計、觀察等學(xué)習(xí)活動，并解決一個或多個問題，從而獲得知識和技能。作品制作是這種學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，但更為重要的是學(xué)生在制作作品過程中獲得跨學(xué)科的知識和技能，并獲得創(chuàng)造性運(yùn)用知識的社會性能力?；陧椖康膶W(xué)習(xí)并非只強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識的掌握，還側(cè)重對教材內(nèi)容以外知識的體驗(yàn)與經(jīng)歷，旨在豐富學(xué)生對事物的認(rèn)識，注重生活經(jīng)驗(yàn)知識的增長。整個學(xué)習(xí)過程應(yīng)真實(shí)可信，是反映真實(shí)情境和現(xiàn)實(shí)生活的體驗(yàn)性活動，體現(xiàn)將學(xué)術(shù)性學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為生活經(jīng)驗(yàn)知識價值取向。

3． 學(xué)習(xí)者中心整合取向

這種模式不強(qiáng)調(diào)由教師預(yù)設(shè)問題或項目，而由學(xué)習(xí)者個體或小組調(diào)查、發(fā)現(xiàn)問題。它不僅強(qiáng)調(diào)解決問題能力的培養(yǎng)，還強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)問題的創(chuàng)新能力，是一種依據(jù)學(xué)習(xí)者需求，以學(xué)習(xí)者生活經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)尋找各學(xué)科整合點(diǎn)的模式。它強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者成就感與自 我效能感，強(qiáng)調(diào)學(xué)生好奇心與興趣的維護(hù)與保護(hù)，強(qiáng)調(diào)分享、創(chuàng)造的愉快。在理念上，它清晰地體現(xiàn)了教育的人本主義思想。

學(xué)習(xí)者中心取向整合模式采用學(xué)生主導(dǎo)項目的方式，學(xué)生以個人或小組為單位提出任務(wù)，任務(wù)內(nèi)容需要學(xué)習(xí)并運(yùn)用跨學(xué)科知識。學(xué)生在項目問題解決過程中，教師發(fā)揮協(xié)調(diào)、指導(dǎo)、檢查、監(jiān)督、計時和評價作用。其優(yōu)點(diǎn)在于能力較強(qiáng)的學(xué)生可以擺脫傳統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)化課堂教學(xué)對個人學(xué)習(xí)與設(shè)計活動的約束，能更好地發(fā)揮個人能力;缺點(diǎn)在于能力的學(xué)生會對學(xué)習(xí)過程中的自由度不適應(yīng)，需要教師更多的指導(dǎo);同時由于項目任務(wù)非結(jié)構(gòu)化，所以很難實(shí)現(xiàn)對學(xué)生技能最終結(jié)果的全面評估。學(xué)習(xí)者中心取向整合模式強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)者可以主動介入、研究與發(fā)現(xiàn)的豐富教育環(huán)境，讓學(xué)生在蘊(yùn)含豐富 STEM 知識的環(huán)境中進(jìn)行交互、探究與發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造意義、學(xué)習(xí)知識，在建構(gòu)性的環(huán)境設(shè)計中尋找蘊(yùn) 含 STEM 知識的整合點(diǎn)。

4． 三種整合取向的共性問題及應(yīng)對

上述三種課程整合取向代表了課程的知識屬性、社會屬性與人本屬性的不同側(cè)面，它們相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充，沒有絕對的優(yōu)劣，各有適合的領(lǐng)域與對象，在課程跨學(xué)科整合的實(shí)踐中應(yīng)該配合使用種取向。

不管采用哪種取向的整合模式，將知識情境化與社會化都是其優(yōu)勢，但各學(xué)科原有知識體系結(jié)構(gòu)的劣構(gòu)化是它們面對的共性問題，容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)知識結(jié)構(gòu)的不均衡，可能某些知識掌握得較好些知識卻沒有觸及(因?yàn)樗鶎W(xué)項目沒有覆蓋)。這種基礎(chǔ)知識的結(jié)構(gòu)性偏差對于中小學(xué)生是個很大的問題。創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力培養(yǎng)的可持續(xù)性，其根源還在于學(xué)習(xí)者有良好的知識結(jié)構(gòu)，并能不斷自我完善和發(fā)展?；A(chǔ)教育領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu)性缺失，會給兒童一輩子的成長帶來障礙。因此，STEM 的跨學(xué)科整合，一方面要將分學(xué)科的知識按問題邏輯或項目邏輯進(jìn)行跨學(xué)科重組，另一方面又要確保設(shè)計的問題和項目對所有學(xué)科基礎(chǔ)性知識結(jié)構(gòu)的全面、均衡的覆蓋。設(shè)計和實(shí)施 STEM 跨學(xué)科整合的課程，要在學(xué)科知識的系統(tǒng)性與解決實(shí)際問題/項目中所獲知識的隨機(jī)性之間保持一定的張力和平衡，于整體知識結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性設(shè)計問題，使各問題之間包含的學(xué)習(xí)議題(如專業(yè)概念、原理等)多次地相互鄰接和交叉重疊。

在此過程中，知識地圖技術(shù)是很好的課程設(shè)計工具。知識地圖可以對課程的核心知識及其關(guān)系予以可視化展示與管理。設(shè)計具體學(xué)習(xí)問題或項目時要對其涵蓋知識進(jìn)行分析，并與知識地圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)。當(dāng)所有學(xué)習(xí)項目都與知識地圖關(guān)聯(lián)時，通過結(jié)構(gòu)化的知識地圖，學(xué)生可以清晰地了解每個知識點(diǎn)上學(xué)習(xí)項目覆蓋的頻次與強(qiáng)度，如果某知識點(diǎn)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性缺失，可以通過定向覆蓋的學(xué)習(xí)問題或項目設(shè)計進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)。

第四篇：對在中小學(xué)推廣STEM教育模式之我見

對在中小學(xué)推廣STEM教育模式之我見

摘 要 STEM教育是近年來由國外新引進(jìn)的教學(xué)模式，對STEM教育模式應(yīng)做理性分析，在應(yīng)用實(shí)踐上不宜全盤照搬，應(yīng)做適應(yīng)性改進(jìn)。

關(guān)鍵詞 STEM教育；中小學(xué)；信息技術(shù)；教學(xué)模式

中圖分類號：G620 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）13-0071-03

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，教育模式也在不斷更新，STEM教育便是近年來由國外新引進(jìn)的教學(xué)模式。這一模式的應(yīng)用，目前在國內(nèi)中小?W處于起步階段，各種面向中小學(xué)教師的STEM教育培訓(xùn)課程應(yīng)運(yùn)而生。筆者認(rèn)為，從STEM教育的定義本身及實(shí)踐考察，結(jié)合我國中小學(xué)生的認(rèn)知水平情況和培養(yǎng)目標(biāo)要求，對STEM教育模式不宜全盤照搬，應(yīng)做理性分析，結(jié)合時代發(fā)展要求加以改進(jìn)，具體問題分析如下。STEM教育的定義探析

“STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的簡稱，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合。STEM教育并不是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育的簡單疊加，而是要將四門學(xué)科內(nèi)容組合形成有機(jī)整體，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。”[1]以上可看作STEM教育比較典型的釋義，如何具體理解，有必要從以下三個方面進(jìn)一步探討。

何謂“工程”學(xué)科 “工程”是一個怎樣的學(xué)科，這是首先要提出來進(jìn)行探討的問題。查《當(dāng)代漢語詞典》：“工程：[名]規(guī)模較大，需要投入較多人力、物力的建設(shè)項目、工作等：土木～|水利～|圖書出版～|希望～。”在

“STEM”教學(xué)模式中，“工程”怎樣去體現(xiàn)？這是在國內(nèi)中小學(xué)實(shí)施STEM教育的難點(diǎn)所在。

理工科大學(xué)有“工程學(xué)”學(xué)科，一般的理解是：工程學(xué)是一門應(yīng)用學(xué)科，是用數(shù)學(xué)和其他自然科學(xué)的原理來設(shè)計有用物體的進(jìn)程[2]?？梢姡肮こ獭迸c“科學(xué)”“數(shù)學(xué)”之間其實(shí)彼此關(guān)聯(lián)，并非是互相獨(dú)立的學(xué)科。眾所周知，“工程”無論是在設(shè)計還是在建設(shè)過程中，都需要使用“科學(xué)”和“數(shù)學(xué)”知識，因此，以四個維度獨(dú)立的心態(tài)去看科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科的觀點(diǎn)，從邏輯上講是有缺陷的。

傳統(tǒng)STEM教育的時效性 由于STEM教育缺少信息技術(shù)（Information Technology）這一重要因素，從目前的情況來看，顯得缺乏時效性。STEM教育誕生時，信息技術(shù)并不發(fā)達(dá)，因此當(dāng)時并沒有將信息技術(shù)整合在一起，但在當(dāng)前信息技術(shù)已滲透到社會各個行業(yè)的形勢下，推廣或應(yīng)用STEM教育模式顯然不能缺少信息技術(shù)或信息工程技術(shù)這一現(xiàn)代以至未來具有廣泛發(fā)展前景的重要元素。筆者認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)STEM教育所希望實(shí)現(xiàn)的大融合愿景，離開信息技術(shù)或信息工程技術(shù)因素是難以取得理想效果的，因此，應(yīng)用STEM教育需重視信息技術(shù)或信息工程技術(shù)的整合，以使這一模式適應(yīng)時代發(fā)展要求，體現(xiàn)時效性。

STEM教育實(shí)踐 “STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Tech-

nology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的簡稱，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合”，可以說這就是STEM教育理念核心的內(nèi)涵?，F(xiàn)在結(jié)合一個實(shí)例來分析STEM教育實(shí)踐性。

在本地區(qū)初中階段曾有過將物理、化學(xué)、生物、地理四個學(xué)科合并成為科學(xué)一個學(xué)科，實(shí)施學(xué)科教學(xué)大融合的經(jīng)歷。2003年在課改浪潮中，深圳市將初中物理、化學(xué)、生物、地理四科合并為科學(xué)學(xué)科，實(shí)現(xiàn)學(xué)科大融合，經(jīng)多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)科大融合存在的問題更多，“作為初中課改的產(chǎn)物，將物理、化學(xué)、生物、地理等四科知識‘合四為一’的科學(xué)課，在我市經(jīng)過了數(shù)年爭議和質(zhì)疑后，有望于今年秋季開學(xué)后重返分科教學(xué)”[3]，后來又恢復(fù)了分學(xué)科教學(xué)。這個例子或許并不能完全說明教學(xué)模式融合的科學(xué)性問題，但從實(shí)踐角度也可以表明，對于目前國內(nèi)的中小學(xué)來說，實(shí)現(xiàn)學(xué)科大融合應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，把握實(shí)踐要求，特別是注重其科學(xué)性。STEM教育要注意結(jié)合國內(nèi)中小學(xué)教學(xué)實(shí)際

STEM教育最早始于1986年的美國?！?986年，美國國家科學(xué)委員會（NSB）發(fā)布了《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》（又稱《尼爾報告》），該報告是美國STEM教育發(fā)展的里程碑，提出集成科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)和工程教育。2005年，國家科學(xué)總院和國家研究委員會（NRC）向美國國會提出《駕馭風(fēng)暴：美國動員起來為更加輝煌的未來》，期望在21世紀(jì)大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)，進(jìn)行國際競爭?！盵1]可見，原始STEM教育是針對本科生教育提出的教育模式，是為了強(qiáng)化理科學(xué)生的科技理工素養(yǎng)提出的要求，對于理工科大學(xué)生來說，這樣的要求是無可厚非的。那么，這種源于大學(xué)理工科培養(yǎng)目標(biāo)改革的教育模式，在多大程度上適應(yīng)我國中小學(xué)的教學(xué)實(shí)際，應(yīng)是將這種教學(xué)模式引進(jìn)中小學(xué)教學(xué)中首先要解決好的問題。

關(guān)于我國有關(guān)義務(wù)教育階段課程開設(shè)的規(guī)定，在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020年）》中明確指出：“提高義務(wù)教育質(zhì)量。建立國家義務(wù)教育質(zhì)量基本標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測制度。嚴(yán)格執(zhí)行義務(wù)教育國家課程標(biāo)準(zhǔn)、教師資格標(biāo)準(zhǔn)。深化課程與教學(xué)方法改革，推行小班教學(xué)。配齊音樂、體育、美術(shù)等學(xué)科教師，開足開好規(guī)定課程……大力開展‘陽光體育’運(yùn)動，保證學(xué)生每天鍛煉一小時，不斷提高學(xué)生體質(zhì)健康水平。提倡合理膳食，改善學(xué)生營養(yǎng)狀況，提高貧困地區(qū)農(nóng)村學(xué)生營養(yǎng)水平。保護(hù)學(xué)生視力?！庇纱丝梢?，目前義務(wù)教育階段學(xué)生在學(xué)校的主要任務(wù)是根據(jù)國家課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，學(xué)習(xí)規(guī)定課程，特別強(qiáng)調(diào)了要加強(qiáng)體育鍛煉、增強(qiáng)體質(zhì)的問題。

2012年11月召開的黨的十八大提出：“全面貫徹黨的教育方針，堅持教育為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)、為人民服務(wù)，把立德樹人作為教育的根本任務(wù)，培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人?！盵4]可見，關(guān)于義務(wù)教育階段課程的要求，筆者認(rèn)為，對于中小學(xué)生來說，無論是文科還是理科，都應(yīng)從提高綜合素養(yǎng)出發(fā)，根據(jù)要求學(xué)好規(guī)定的有關(guān)課程，要全面、均衡地發(fā)展。過早強(qiáng)調(diào)強(qiáng)化理科教學(xué)理念，或可產(chǎn)生拔苗助長的弊端，導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)偏科現(xiàn)象，偏離基礎(chǔ)教育培育綜合素質(zhì)的目標(biāo)。

自我反思，生成問題 在小學(xué)數(shù)學(xué)生態(tài)課堂對話式教學(xué)中，教師的教學(xué)不能僅僅停留于學(xué)生數(shù)學(xué)知識和能力的訓(xùn)練層面上，更多需要通過對話的形式，讓師生之間、學(xué)生和數(shù)學(xué)之間的關(guān)系發(fā)生改變。這需要教師在教學(xué)完成之后對自己的教學(xué)進(jìn)行反思，找出差距和不足，進(jìn)而改進(jìn)和調(diào)整教學(xué)方案，以提升教學(xué)質(zhì)量。同時，教師需要引導(dǎo)學(xué)生對自己在本課時的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行反思，和同學(xué)之間展開對話，交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，在交流中生成新的問題，而通過對新問題進(jìn)行合作式探究，深化對課堂知識的理解和認(rèn)知。此外，教師可以在課時的結(jié)尾，適當(dāng)提出開放性問題，讓學(xué)生進(jìn)行課后反思，并且鼓勵學(xué)生與其他學(xué)生進(jìn)行探討，展開對話，幫助學(xué)生提高自學(xué)能力[8]。

如在“搭配中的規(guī)律”一課教學(xué)結(jié)束后，教師可以提出問題，如：“預(yù)習(xí)中只有五件衣物，為何有六種搭配方式呢？如果褲子和上衣一起進(jìn)行搭配，在第幾天一定會出現(xiàn)重復(fù)呢？”等等。這些問題具有一定的開放性和趣味性，學(xué)生在課后思考時會和同學(xué)進(jìn)行對話交流，而在這個過程中便可以達(dá)到自我反思、生成新問題、獲取新知識的效果。結(jié)語

綜上所述，本文在對某小學(xué)數(shù)學(xué)教師對生態(tài)課堂對話式教學(xué)的認(rèn)知和應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)查并分析結(jié)果之后，對小學(xué)數(shù)學(xué)生態(tài)課堂對話式教學(xué)模式從多個方面展開論述。小學(xué)數(shù)學(xué)生態(tài)課堂具有低碳性、自主性、合作式、多層次、和諧性、高品質(zhì)等特點(diǎn)。而小學(xué)數(shù)學(xué)生態(tài)課堂開展對話式教學(xué)模式，較之傳統(tǒng)教學(xué)模式更具有優(yōu)化教學(xué)方式、清晰師生思維、豐富課堂內(nèi)容、促進(jìn)師生交流等優(yōu)勢，而且在小學(xué)生探索學(xué)習(xí)規(guī)律、進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，問題聚焦、探究嘗試，解決問題、運(yùn)用練習(xí)，拓展思維、自我反思，生成問題等方面，切實(shí)有效地增強(qiáng)教學(xué)效果，值得在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中推廣和合理使用，以此提升課堂教學(xué)的質(zhì)量和效率?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]陳惠芳.問題導(dǎo)學(xué)：開展“對話式教學(xué)”的應(yīng)然之道：以小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)為例[J].上海教育科研，2013（8）：64-67.[2]?惠芳.生態(tài)理念下的數(shù)學(xué)“對話式教學(xué)”實(shí)踐[J].上海教育科研，2014（3）：81-82.[3]孫燦霞.“對話式教學(xué)”在小學(xué)數(shù)學(xué)生態(tài)課堂中的應(yīng)用[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2015（2）：40.[4]徐軍.小學(xué)數(shù)學(xué)生態(tài)課堂“對話式教學(xué)”的探討[J].教育界，2016（3）：14.[5]楊凱.小學(xué)數(shù)學(xué)生態(tài)課堂“對話式教學(xué)”模式的構(gòu)建[J].時代教育，2016（20）：192.[6]朱虹.“對話式教學(xué)”在小學(xué)數(shù)學(xué)生態(tài)課堂中的實(shí)踐與思考[J].情感讀本，2015（32）：53.[7]王桂艷.小學(xué)數(shù)學(xué)生態(tài)課堂“對話式教學(xué)”模式的應(yīng)用[J].中國校外教育，2016（3）：79.[8]左艷琳.“對話式教學(xué)”在小學(xué)數(shù)學(xué)生態(tài)課堂中的實(shí)踐與研究[J].都市家教，2016（6）.

第五篇：淺談基于STEM理念的Arduino教學(xué)實(shí)施策略

淺談基于STEM理念的Arduino教學(xué)實(shí)施策略

摘要：信息技術(shù)教師在項目驅(qū)動的Arduino教學(xué)中，融入STEM教育理念，能培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力。本文首先對STEM教育和Arduino教學(xué)進(jìn)行了簡單介紹，然后結(jié)合作者的教學(xué)實(shí)踐和思考提出了基于STEM理念的Arduino教學(xué)實(shí)施策略，最后羅列了在實(shí)際教學(xué)中還可以進(jìn)一步完善之處。

關(guān)鍵詞：STEM；Arduino；教學(xué)實(shí)施策略

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2018）15/16-0135-05

當(dāng)今科技發(fā)展日新月異，創(chuàng)客文化席卷全球，中學(xué)信息技術(shù)教育也緊跟時代發(fā)展潮流，新一輪課程改革倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、計算思維和實(shí)踐能力。傳統(tǒng)的教學(xué)科目一直存在著較為嚴(yán)重的“知識本位或技術(shù)本位傾向”，而現(xiàn)在所提倡的STEM教育，尤其是基于STEM理念的Arduino教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、實(shí)踐動手能力和設(shè)計創(chuàng)造能力，這恰恰是當(dāng)前學(xué)校教育有待加強(qiáng)的部分。

STEM教育與Arduino教學(xué)

Arduino是一款開源軟硬件平臺，具有操作簡單、價格低廉、可拓展性強(qiáng)等特點(diǎn)。其教學(xué)旨在以Arduino控制板、傳感器和各種執(zhí)行器等硬件為載體，在創(chuàng)客空間的平臺下，融合STEM教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力、想象力、創(chuàng)造力以及解決問題的能力。Mixly（米思齊）是一款為Arduino測控板編程的軟件，其編程界面與Scratch編程軟件、App Inventor軟件等有相似之處，其所具有的“能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、開發(fā)過程簡單、組件模塊豐富、支持即時調(diào)試”的特點(diǎn)，使得這款軟件可以?m用于初中信息技術(shù)拓展類課程課堂教學(xué)。

Arduino的課程目標(biāo)定位為培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用各種知識和技能，來解決各領(lǐng)域、各方面、各類型實(shí)際問題的能力。STEM教育理念則提供了重新審視傳感器等硬件使用方法教學(xué)和程序設(shè)計教學(xué)的視角。把STEM理念融入Arduino教學(xué)，強(qiáng)調(diào)將過程和方法置于復(fù)合的真實(shí)問題情境中，倡導(dǎo)將各個領(lǐng)域的知識通過綜合的Arduino課程結(jié)合起來，加強(qiáng)學(xué)科間的相互融合，發(fā)揮綜合育人功能，讓學(xué)生在真實(shí)情境下學(xué)習(xí)，在項目活動中應(yīng)用多學(xué)科知識和技能解決問題或進(jìn)行“創(chuàng)意智造”，從而有助于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

基于STEM理念的Arduino教學(xué)實(shí)施策略

Arduino教學(xué)總體來說是教師引導(dǎo)學(xué)生在面向真實(shí)問題解決的項目探究學(xué)習(xí)（Problem Based Learning and Project Based Learning）過程中，綜合運(yùn)用各學(xué)科知識、相關(guān)技術(shù)、工程設(shè)計思想和科學(xué)研究方法來進(jìn)行問題解決、創(chuàng)新設(shè)計與個性化制造，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生STEM素養(yǎng)、創(chuàng)新意識、計算思維和實(shí)踐能力的目的。在Arduino教學(xué)實(shí)施過程中，要以STEM理念為指導(dǎo)，巧妙運(yùn)用各種策略來促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成和促進(jìn)學(xué)生的綜合發(fā)展。

1.問題引導(dǎo)或項目驅(qū)動

教師在進(jìn)行課堂教學(xué)時，應(yīng)圍繞學(xué)生熟悉的問題開展教學(xué)。引導(dǎo)學(xué)生在完成具體項目的過程中學(xué)得知識、習(xí)得技能、發(fā)展思維或提高能力。不論是信息技術(shù)拓展課還是學(xué)生社團(tuán)活動，以項目的方式開展教學(xué)，問題情境的生活化能夠使得知識與學(xué)生已有認(rèn)知的距離感減弱，學(xué)生能夠置身于真實(shí)的生活情境中學(xué)習(xí)知識、解決問題、設(shè)計智造。

在Arduino教學(xué)入門課上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生完成“交通信號燈制作”項目。此項目涉及到物理學(xué)中LED的特點(diǎn)及使用方法、程序設(shè)計中最基本的順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計、對Arduino UNO板數(shù)字輸出端口進(jìn)行高低電平設(shè)置和延時時間控制方法（如圖1）。這些知識屬于物理學(xué)和信息技術(shù)學(xué)科中較為基礎(chǔ)的知識，完成這一項目既能使學(xué)生獲得成就感，也能促使學(xué)生掌握最基本的硬件知識和編程技巧。

在實(shí)際教學(xué)中，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生做生活中的有心人，發(fā)現(xiàn)生活中的問題，尋找項目創(chuàng)作靈感。例如，結(jié)合學(xué)校消防演習(xí)活動，可以完成“火災(zāi)報警器”的制作。此項目用到的硬件為火焰?zhèn)鞲衅骱头澍Q器，涉及到程序設(shè)計中的選擇結(jié)構(gòu)（分支結(jié)構(gòu)），用到了Mixly軟件中的模擬輸入和串口監(jiān)視器的使用（如圖2）。這一項目主題來源于實(shí)際生活，并服務(wù)于生活，是一個很有意義的練習(xí)項目。

2.協(xié)同教學(xué)和協(xié)作學(xué)習(xí)

STEM理念倡導(dǎo)跨學(xué)科融合，現(xiàn)實(shí)問題的解決也常常要用到多個不同領(lǐng)域的知識，但學(xué)校開設(shè)Arduino課程的教師一般是信息技術(shù)教師。信息技術(shù)教師雖然具有程序設(shè)計和軟件使用方面的專業(yè)知識，但對物理、音樂等其他學(xué)科的知識并不精通。因此，在實(shí)際教學(xué)中，如果需要向?qū)W生傳授其他學(xué)科的專業(yè)知識，可邀請相關(guān)學(xué)科任課教師來給學(xué)生講授，這就是所謂的“協(xié)同教學(xué)”。不同的學(xué)生有自己所擅長的學(xué)科，Arduino課上的任務(wù)基本都是由小組協(xié)作完成的，教師在分組時應(yīng)盡量做到使各學(xué)習(xí)小組“組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)”，一起研究，協(xié)作完成每個項目。

例如，“創(chuàng)意門鈴”（按下門鈴按鈕可以播放“兩只老虎”音樂）項目制作時雖然用到的電子元器件只有蜂鳴器和按鈕，但涉及到音樂（樂譜、音調(diào)、節(jié)拍）、物理（聲音的傳播、振動頻率與音調(diào)的關(guān)系）、信息技術(shù)（數(shù)組、函數(shù)的定義與調(diào)用）等多學(xué)科知識。在引導(dǎo)學(xué)生完成這一項目時，教師可邀請音樂教師等來給學(xué)生講授專業(yè)知識，也可以讓學(xué)生以完成課前任務(wù)的形式，以小組為單位主動去請教相關(guān)學(xué)科教師（如圖3）。

有時看似很簡單的一個項目，也要用到多門學(xué)科的知識。例如，“自動變速風(fēng)扇”項目要求風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速根據(jù)人與其距離的變化而發(fā)生改變，這個項目用到了物理學(xué)中的摩擦力和紅外測距原理，也用到了數(shù)學(xué)中的映射，并且整個項目的難點(diǎn)在于映射的運(yùn)用（如圖4）。

3.實(shí)踐應(yīng)用與創(chuàng)意智造

總體來說，Arduino課程教學(xué)的開展就是基于問題解決，服務(wù)于實(shí)際生活。所以在教學(xué)實(shí)施時要注重實(shí)踐應(yīng)用，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)意智造。通過研究性學(xué)習(xí)活動，給學(xué)生體驗(yàn)知識、運(yùn)用技能、設(shè)計作品、拓展思維、收獲能力的樂趣，傳遞反復(fù)迭代、精益求精的設(shè)計態(tài)度，讓學(xué)生愛上設(shè)計，愛上創(chuàng)造，愛上生活。

日常生活中，部分商店門口掛著迎賓娃娃，當(dāng)顧客進(jìn)入時就會說“歡迎光臨”。我們可以利用可調(diào)紅外傳感器開關(guān)設(shè)計一款個性化簡易迎賓儀（如圖5），當(dāng)設(shè)備檢測到有人經(jīng)過時，指示燈亮起并演奏迎賓曲。這就是一個比較基礎(chǔ)的實(shí)踐應(yīng)用，在這一項目基礎(chǔ)上，還可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行拓展延伸――制作一款倉庫入侵檢測裝置，當(dāng)設(shè)備檢測到有人進(jìn)入倉庫時提醒倉庫管理員及時查看倉庫監(jiān)控。

初中生對新鮮事物有較強(qiáng)的好奇心，也有著豐富的想象力和一定的創(chuàng)作欲望。例如，“空氣電子琴”是一個創(chuàng)意智造項目，其原理是用超聲波測距儀檢測手與傳感器之間的距離，通過數(shù)學(xué)運(yùn)算將其轉(zhuǎn)化為1～7之間的一個音符，再通過蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)的聲音（如下頁圖6）。這一項目難度不算大，但很有趣味性，學(xué)生制作完成后也很有成就感。當(dāng)然，創(chuàng)意智造項目應(yīng)在學(xué)生學(xué)習(xí)過基礎(chǔ)硬件知識和編程技巧后，根據(jù)來源于生活的創(chuàng)作靈感，自己嘗試設(shè)計制作創(chuàng)意作品。

4.學(xué)科整合與綜合發(fā)展

近年來，各國開始重新審視全球化背景下的創(chuàng)新人才培養(yǎng)。有研究表明，將不同學(xué)科知識以割裂的方式進(jìn)行教學(xué)，是教育界的常見弊端，STEM教育從誕生開始就擔(dān)負(fù)著克服這一弊端的重要使命，并促使STEM逐步進(jìn)入教育各階段。Arduino教學(xué)應(yīng)在STEM理念指導(dǎo)下，以現(xiàn)實(shí)問題為基點(diǎn)，將多學(xué)科、多個應(yīng)用領(lǐng)域的知識和技能巧妙地融合在一起，設(shè)計好項目或課題來引導(dǎo)學(xué)生動腦思考、動手實(shí)踐，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)、創(chuàng)造能力的綜合發(fā)展。

例如，冬天的晚上，睡覺前想把燈關(guān)掉，而燈的開關(guān)卻在幾米外的門口，如果能用遙控器來控制燈的開關(guān)，會變得方便很多，基于此，可以設(shè)計制作一款“遙控?zé)簟?。要想完成這一項目，首先要了解常用紅外遙控系統(tǒng)中發(fā)射器和接收器的基本工作原理，還要綜合運(yùn)用編程技巧（如圖7）。

5.在項目真實(shí)性與教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)性之間找到平衡

現(xiàn)實(shí)生活中，我們會遇到很多問題，然而，大部分真實(shí)項目會受到很多因素的制約，有些甚至要用科技前沿知識才能解決。而在Arduino教學(xué)實(shí)施時，教師要考慮學(xué)生的年齡特點(diǎn)、身心發(fā)展特點(diǎn)和他們已有的知識儲備，教學(xué)項目難度要落在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)，太難或太復(fù)雜的研究項目不適合作為教學(xué)內(nèi)容?？茖W(xué)知識、數(shù)學(xué)知識和程序設(shè)計知識都有一定的難度階梯，學(xué)生不能跨越較大的梯度來學(xué)習(xí)這些知識，因此，在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)在項目真實(shí)性和教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)性之間找到平衡。

例如，“樓道節(jié)能燈”的設(shè)計與制作（如圖8）就是一個兼顧項目真實(shí)性與教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)性的研究項目，用聲音傳感器檢測周圍環(huán)境聲音的響度，用光線傳感器檢測周圍環(huán)境的亮度，然后判斷是否響度較大且亮度較低，滿足條件時燈亮起，否則燈處于滅掉的狀態(tài)。

6.在課時有限性與探究耗時性之間找到平衡

不可否認(rèn)，“中考”這根指揮棒在初中階段具有強(qiáng)大的導(dǎo)向作用，教育行政部門、各級各類學(xué)校都很重視初中學(xué)校中考升學(xué)率。信息技術(shù)、綜合實(shí)踐等非中考學(xué)科課時量較少，而一個真實(shí)的綜合項目的完成往往需要花費(fèi)學(xué)生較長的時間，在Arduino教學(xué)實(shí)施中，處理好課時有限性與探究耗時性這一矛盾是很有必要的。

解決這一矛盾的途徑之一是設(shè)計復(fù)雜度適中的項目作為課堂練習(xí)任務(wù)。例如，“趣味抽獎轉(zhuǎn)盤”是用按鈕控制舵機(jī)隨機(jī)旋轉(zhuǎn)一定角度的電動抽獎器（如圖9）。這一項目只涉及到三個知識點(diǎn)：隨機(jī)數(shù)、舵機(jī)控制、中斷。

解決這一矛盾的另一個途徑，就是引導(dǎo)學(xué)生充分利用課內(nèi)和課外時間。例如，“打地鼠游戲”是學(xué)生熟悉并喜愛的一款小游戲，以此作為探究制作項目，需要花費(fèi)學(xué)生較多的時間。學(xué)生可以在課堂上完成“項目功能說明和解決方案的撰寫”，在課余時間小組合作完成項目，遇到問題時可向老師或同學(xué)求助。

Arduino教學(xué)中可以進(jìn)一步完善之處

1.硬件配備與更新問題

Arduino UNO控制板和各種傳感器等設(shè)備的購買需要花費(fèi)一定的資金，在支持開設(shè)拓展性課程的學(xué)校申請資金相對容易些，但在大部分學(xué)校申請經(jīng)費(fèi)可能會比較麻煩。教師可以通過申請課題和各種級別的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室項目來獲得科研經(jīng)費(fèi)。Arduino作為新生事物，發(fā)展速度非常快，各種具有新功能的傳感器相繼問世，此外，為了支持學(xué)生創(chuàng)新研究項目的開展，也常常需要購買新的傳感器。教師如何通過各種渠道獲得研究經(jīng)費(fèi)也是一個值得思考的問題。

2.課時問題

基于STEM理念的Arduino教學(xué)比較注重項目實(shí)現(xiàn)過程中的問題解決和設(shè)計實(shí)現(xiàn)過程中的方法習(xí)得，這種探究性學(xué)習(xí)比較耗時，在總課時數(shù)不變的情況下，應(yīng)盡可能申請兩節(jié)課連排。教師可以開通以分享Arduino作品為主的微信公眾號，利用各種網(wǎng)絡(luò)資源，支持學(xué)生課后的拓展性學(xué)習(xí)。

3.功利主義和錦標(biāo)主義問題

Arduino課程的開展應(yīng)以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展為目標(biāo)，應(yīng)在一定程度上具有“普適性”。各種青少年科技創(chuàng)新大賽在某種程度上促使部分拓展課異化了發(fā)展學(xué)生核心素?B的目標(biāo)定位，部分比賽結(jié)果與中考加分相關(guān)，教師應(yīng)避免功利主義和錦標(biāo)主義在課程實(shí)施中出現(xiàn)。

小結(jié)

基于STEM理念的Arduino教學(xué)是教育改革和時代發(fā)展的產(chǎn)物，其所具有的整合性、實(shí)踐性、趣味性等切合了初中生的學(xué)習(xí)需求。通過改進(jìn)教學(xué)策略，研發(fā)教學(xué)資源，Arduino教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

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