从澳门科技实践大赛看青少年科技人才的培养

编者按：2018世界机器人大会在北京成功落下帷幕，由求真教育实验研究院承办的Fly To Future（简称FTF）青少年无人机大赛也于本届会议首次亮相。在此前的一个月，中国青少年科技中心副研究员肖燕赴澳门参加国际青少年科技实践大赛。尽管主题不同，但两项赛事的理念是共通的，即发展STEM教育，大力培养我国的青少年科技人才。本文由肖燕在澳门科技实践大赛后撰写，对此做出思考。

今年暑期，世界机器人大赛、青少年创新大赛，各种大大小小的科技竞赛如火如荼。在这些竞赛中，澳门青少年科技实践大赛中“LED灭蚊灯的设计与制作”是一大亮点。

此竞赛环节要求选手将电学的基本知识与实际产品设计结合并形成模块产品，思考如何把设计与实施变成一个动手实践的过程。选手通过现场设计，提出创意、规划方法、设想过程、形成方案。设计环节鼓励参赛学生在合作中主动提出设想和建议，尊重并理解他人的观点和处境，运用各种沟通方法发掘资源，展示自身组织合作等能力。设计图出来后，选手需要以书面形式表达自己的想法。在成果（作品）展示环节，学生在公众面前进行演示或表演，充分展示自己的独特性和表达能力。各参赛队一起交流，分享信息、创意和成果，对他队的成果进行鉴赏甄别，聆听观众的评价并进行反思，感受成功和挫折。在整个展示与交流中，学生也能学习他人的探究成果，进一步激发探究的欲望。参赛学生完全沉浸在生活场景中，感受现实需要，从消费者的角度切入，思考产业人的行动。这一切对学生了解社会、融入社会，树立社会责任感和使命感有很大的帮助。

整个过程给笔者留下了很深的印象。竞赛是一个精心打磨的成品，体现了主办方的设计理念。主办方首先设计了“问题发现和方案规划能力”，其次是“工具应用和问题解决能力”，最后是“信息沟通和资源协作能力”。工程实践这一环节虽然以个体行动为主，但其中涉及的资源整合、信息收集、分享优化、程序设计等却是多元、多维的复杂过程，这就是这次科技实践大赛的成功之处。实践大赛过程中，学生对工具的使用、构图等基本技能的熟练程度、应用效率都得以体现，这就是STEM的课程项目完成与检验过程，也就是我们说的科学素养。这是发达国家科学教育所着力提倡的。从参赛的学生来看，他们的三种基本素养得到了检验：理解科学、技术、工程和数学对当今社会的影响有重要意义；至少熟悉每个领域涉及的基本概念，并能较为熟练地掌握这些概念与原理；能够发展自己的認知能力、人际交往能力和灵活性、主动性等。这样的科技实践大赛很值得推广。

一、成功科技大赛的判断标准

目前，我国开展了多种以青少年为主体，以科学知识、科技成果为依托的竞赛。这些科技竞赛是推动青少年科技活动开展的重要手段，在科学普及和提高青少年科学素质方面发挥了巨大的作用。实践表明，成功的竞赛不仅有利于选拔和培养优秀的科技后备人才，从长远效应来看，还能提升一个国家的科技实力，乃至推动整个国家的发展。一般认为，一项成功的科技大赛，应达成以下目标：

1.能够在现场引导下进行资源分析，能够对加工对象的材料属性加以了解，对外形、结构进行适当的创意设计，并独立开展资源准备。

2.能够在现场尝试对加工对象的结构特点、材料属性进行开放性的创想以及功能创新设计，并能够遴选多种材料开展多方案尝试。

3.能够基于结构知识和材料知识，提出多种组合的有创变价值的可行性解决方案，并能够独立规划相对应的工具和加工方案。

4.能够应用多种适龄工具进行单一成品加工，或至少熟练使用一种工具参与多人合作加工，能够用工具在一定程度上解决现实问题。

5.能够现场使用多种适龄工具开展多层次的深加工，并能熟练参与、统筹多人合作的复杂加工，能够适当应用科学原理开展创客实践。

6.能够选择应用数字化工具、传感技术工具等辅助加工制作。并能够利用相关科学原理进行方案优化；能够应对较复杂的多人多步骤加工，对各环节的联动变化进行统筹加工。

7.懂得尊重事实、依靠科学解决问题；能准确表达自己的观点，理解和评价别人的观点，并能运用多种方式进行合作交流和沟通。形成角色和责任意识，能通过协商进行合理分工，主动担当、相互协作，并能够通过交流，形成和分享彼此或共同的成果。

目前，发达国家都在推广这种STEM教育。我国教育部在2017年2月印发《义务教育小学科学课程标准》的通知，首次从官方的角度提出了STEM教育的标准。2017版的《小学科学课程标准》规定，从小学一年级开设科学课。《标准》明确了科学素养的内涵包括科学知识、科学研究的过程和方法、科学精神以及运用科学知识解决问题等多个面向；在科学目标中增加了一个维度，即科学、技术、社会与环境的维度；课程内容中增加了一个板块——技术与工程领域；按低、中、高三个年龄段安排课程内容的学习进阶。另外，在2018年1月新颁布的《普通高中课程标准》中，很多学科也都明确倡导或渗透了STEM教育思想。

STEM教育提倡的是科学、技术、工程与数学这四个领域的融合，它体现的是跨学科和学科融合的整体。STEM课程帮助学生树立基本的科学技术理念，强调应用科学知识解决问题的能力培养，让学生达成对工程设计的理解。

二、STEM课程的核心是培养青少年科学素养

科学素养的培养是STEM教育的首要目标。STEM课程更强调以学生为中心，强调学习经历和结果的开放性，以及对学生设计能力和解决问题能力的培养。在实际教学过程中，课程问题的引入无法用单一的学科知识解决。因此，课程既要求学生学习各领域的知识与技能，也要求他们学习如何将这些知识与技能融会贯通到其他领域中，或者将一个领域的方法和技能用于解决另外一个领域的问题。课程通过创设多维的课程空间，为学生提供一系列具有一定关联性的学习经历，从而让学生达成知识和技能的融会贯通。

通过对任务或项目的分析，学生可以了解到课程与实际生活的关联。在遇到生活问题或工程问题时，学生可以联系与之相关的科学、技术、数学等领域的各类问题，并思考如何将这些问题结合起来，这就是STEM课程的核心。

真正的STEM教育，应该遵循科学探究流程或工程实践流程，引导学生自己去思考问题、解决问题，并在这个过程中去学习各个学科知识，最终培养的是学生的终身发展能力。STEM教育更重要的是让学生从生活出发，找寻自己需要解决的问题，建立项目，去想象、去设计、去体验了解基础的机械工程和编程知识，去分工协作解决问题。一个完整的STEM教学应该鼓励学生基于现实生活中的实际问题，提出解决思路。如果缺乏了这一步，STEM教育就失去了最根本意义。

探究式、互动式教学能让学生真正掌握STEM教育的精髓。教学方式以项目为周期，带领学生探究或实践，在这个过程中让学生自己习得知识和技能，达到培养内在综合能力的目标。

学生要自己描述问题，找出解决这个问题的限制条件。接着，通过各种渠道收集资料，找出前人的方法。在已获得的资料基础上，根据自己拥有的知识，提出所有能想到的解决方法，并筛选出最好的一个，建立模型。利用材料，创造出实物，实现自己的想法。测试作品，对作品做出评估，并进一步完善设计。这是一个完整的探究式学习过程。

在日常的教育教学中，要创设校内校外互联的STEM学习环境，让不同的学习者参与STEM探索。这种探索包括提出创意、引出思考、形成问题、收集信息、制定策略、协作整合、创作实践、技能操作、反思总结、表达说明、分享交流等。教师要真实有效地记录学生在动手实践过程中的情况，及时发现问题、反馈与纠正。要重视在评价中反映学生在态度、价值观、方法、能力等方面的變化，关注学生能否在问题的提出和解决过程中主动获取、应用知识。

STEM的教学至少应包含以下六项基本要素，即“生活之需、材料之识、工具之能、过程之控、资源之选、分享之趣”。教师应该遵循生活教育理念——“教育即生活”，突出强调“融入生活需求，解决现实问题”这个准则，特别重视引导学生跳出书本，走近生活，积极创想，反复实践。

三、如何推进我国STEM教育

当前，中国面临着产业结构调整和加快转型升级的新挑战，急需大批具备科学素养、技术专长和实践能力的复合型、创新型人才。在我国推进STEM教育，不仅有助于我们抓住第四次工业革命机遇，促进制造业的智能升级，更有助于我国公民科学素养的培养和劳动者就业能力的提升，促进就业，维护社会和谐稳定。创新STEM教育模式，加快STEM教育发展，加强跨部门、跨领域的STEM教育合作，已成为当前我国人才战略的重要任务，也是优化我国人力资源结构和质量、提升国家竞争力的紧迫要求。

首先，要营造一个全社会共同参与的、一体化的STEM教育环境，促进教育研究者与实践者的协同合作。科学实践课程是一个需要多种载体支持的综合课程，空间、工具、教材、习材、加工对象等都是其不可或缺的课程载体。借助校内外教育资源开展各类科技竞赛是一种很好的方式。

其次，要加强复合型师资队伍建设，关注小学全科教师的培养。要开展具有跨学科背景的师资力量的培训，尤其是加强对STEM教育相对落后地区和群体的师资培训，帮助教师们获得更多STEM学习经验，提高其关于科学、数学和技术的本质认识和科学素养，鼓励他们将STEM教育融入教学中。

最后，科技竞赛应该结合中小学课堂特点以及学情，跨学科融合，由语、数、物等学科科组综合开发并在对应课时实施，将学科知识融入竞赛中。引入STEAM教育理念，通过竞赛活动，使学生有机会综合学习和运用数、理、化、艺术等多学科的知识。

总之，推进STEM教育已成为世界教育发展趋势。我们必须抓住机遇，开拓进取，主动作为，在学习借鉴发达国家STEM教育实践经验的基础上，面向未来，立足本土，努力探索具有中国特色的STEM教育发展道路，为培养具有科学、技术、工程和数学素养的复合型、创新型人才做出积极贡献。