美国小学STEM课程设置的 实践特色研究

吕伟妮 王晶莹 何静

【摘要】为保持国际竞争中的地位，美国全力推进教育改革，融入STEM教育，使STEM教育覆盖教育全过程，因此，培养具有科学素养和工程素养的高科技人才，成为美国整个教育阶段的核心任务。作为美国基础教育阶段的小学教育，是进行STEM教育的关键阶段，抓住学生的身心发展特点，开展独具特色的小学STEM课程教育，已成为美国教育任务的重中之重。

【关键词】美国小学STEM特色教育？摇？摇？摇STEM工程教育？摇“收集课程”

由美国国家科学基金会及美国教育部联合出台的STEM教育体系，旨在让所有学生都能够获得优质的STEM教育，培养具有学习能力、创新创造能力、问题解决能力、沟通交流能力及协调合作能力的科技人才，被整个教育界公认为最能适应时代发展要求的人才培养方案。

一、跨学科领域的美国STEM教育模式

STEM教育涵盖科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四大领域的教育，是四大学科的简称，但并非四大学科的简单组合。[1]STEM课程强调学科知识间的高度融合，注重学生跨学科的知识运用，旨在为学生提供参与学习活动的平台，在以学生为中心的课堂教学模式下，以发现学习、项目式学习、问题式学习为主，强调团队合作，重视技术应用，为学生提供丰富的信息资源，激发学生解决真实问题的创造性，以培养出STEM领域的杰出人才。

STEM教育作为一项培养复合型人才的跨学科教育模式，更加注重核心课程融合，美国全国州长协会中心（The National Governors Association Center，NGA）和各州教育长官委员会（The Council of Chief State School Officers，CCSSO）共同颁发的州共同核心课程标准（CCSS），包括数学和英语语言艺术学科。[2]如图所示，为STEM教育视角下美国中小学核心课程与科学课程的融合。

二、孕育STEM特色课程的美国幼小衔接教育

“收集课程”（Collections curriculum）由科里·巴迪奇（Kori Bardige）及幼小教育专家梅丽莎·拉塞尔（Melissa Russell）联合创设，对“马萨诸塞州学前教育指南”进行仔细调整，涵盖所有STEM发展领域，使每一项研究调查都符合马萨诸塞州学前教育目标体系。课程专门为4～5岁学龄前儿童而设，以儿童对理论或现象的疑惑为起点，在研究调查的实施过程中，不断收集有效信息，发现儿童的学习兴趣，进而确定下一次的研究主题、研究设计，以及活动场地等。

（一）马萨诸塞州“收集课程”特点

课程目标涵盖了马萨诸塞州设定的所有学前教育目标。课程中设置不同的主题供儿童进行深入探究，遵循统一的探究模式，注重室内外学习环境的创设，让儿童与外部世界充分接触，触发儿童的好奇心，激发创造性思维，培养创新能力，课程目标涵盖了马萨诸塞州早期教育机构所设定的所有学前教育目标。

课程以科学方法论为导向。从研究STEM教育工具开始，向儿童介绍科学方法，当儿童和父母进行合作探究式学习时，能够灵活运用科学方法，对已有理论和现象提出质疑，使科学方法成为孩子们运用已有知识进行猜想假设、验证理论的有效途径。

课程实施过程中，重视家长参与。家庭是儿童早期教育计划中不可或缺的组成部分，鼓励家长和孩子一起探索，分享孩子的相关问题。由此，教师不仅能够捕捉到孩子们的STEM学习的兴趣点，为课程设计做准备，更有利于对儿童进行全面评估。此外，家长参与课程计划，也有利于儿童通过家庭活动拓展课堂学习。

课程注重儿童敢于质疑的精神。研究起源于对已有結论和现象的质疑，教师根据儿童的疑惑，引导儿童及其父母确定STEM相关概念，随着概念问题的出现，教师设计相应的活动帮助他们进一步研究，调查最终丰富了儿童的学习经历，儿童在研究过程中分享学习体验，感受与父母合作学习的乐趣。

课程强调教师STEM专业术语的积累与运用。教师作为课程计划的设计者，不仅要为儿童提供指导，参与游戏，更要掌握并熟练运用STEM相关专业术语，例如：引导儿童进行比较的词汇，引导儿童进行问题解决的词汇，激发儿童数学思维的词汇，等等。

课程注重课堂内外学习环境的创设。学习环境被教育者称为“第三位教师”，对学习环境的设计是突出STEM教育理念的有效途径。环境的创设，首先要满足不同类型的STEM探究活动的需要，场地的选取也要便于组织；其次，学习环境中应包含研究调查中所需的全部素材和资源，并根据需要定期轮换，以鼓励儿童的探索精神；最重要的是，环境氛围能够激发儿童STEM学习兴趣，使学生在幼小衔接阶段奠定对后续STEM研究的兴趣基础。

（二）“收集课程”的格式化实施建议

该课程中所进行的调查研究，每一次的调查都是对前一次调查的进一步研究，旨在帮助该阶段教师在研究活动过程中，深入了解儿童，确定下一次活动主题。“收集课程”的每一次调查研究，教师都遵循相同的模式进行调查活动设计。大致格式化要求：1. 构成调查研究框架，初步构思研究过程。2. 确定详细的学习目标，尽管教师要负责评估儿童所涉及的所有领域，但是对选取的学习单元或主题，一定要是儿童感兴趣的，要满足儿童个性化发展需求。3.在调查中进行问题反思，反思性的问题旨在帮助教师深入思考某个主题。在已完成调查的基础上，进行研究思路的拓展，根据儿童的兴趣点，思考他们下一步想要学习什么，在哪里学等问题，进而增添学习材料，选择适宜的学习环境，完善课程设计。4. 带领儿童到户外，鼓励儿童探索自然环境，这也是教师进行研究反思的主要部分。5. 通过STEM相关术语的介绍，帮助孩子加深对STEM领域的了解，增强对研究主题的理解。课程实施建议老师可以将单词添加到单词墙上，并用作环境装饰品，以提高孩子们的写作和阅读兴趣，当然STEM相关术语也会因兴趣和不同的研究方向而有所不同。6.每项研究记录都设有笔记页面，供教师在调查过程中添加笔记，记录便于后续研究的信息，同时也便于问题反思与经验分享。此外，每个教师都配备“工具箱”，记录并收集调查过程中产生的附加信息，以便进行个别化教学。

三、以STEM工程教育为起点的美国小学课堂

（一）小学STEM工程教育实践基础

美国在K-12教育阶段的改革中，强调STEM教育的融入，尤其强调技术素养与工程素养的渗透。[3]工程素养是指理解技术的工程设计与开发过程，工程设计主要是将科学与数学的相关原理创造性地应用于实践，其核心是整合多门学科知识，将难以理解的概念与实际生活联系，激发学生解决问题的兴趣。小学教育阶段作为STEM教育的基础阶段，更加强调提升学生的工程素养，STEM工程教育强调与数学、科学等相关学科的联系，由美国科学出版社根据美国最新科学教育大纲（NGSS）编写的《科学的维度》中，第一个维度即科学与工程实践，意在说明学生需要做什么。具体来讲，学生学科学、学工程的前提，就是要学会八件事：学会问问题，清楚自己要解决的问题是什么，学会建立并应用模型，学会进行调查研究，具有数学和算法思维，学会设计问题解决方案并解释相关科学现象，学会用证据证明自己的观点，学会获取信息并分析表达。上述八件事作为美国小学STEM工程教育的核心要素，也是小学阶段STEM工程教育的实践基础。

（二）小学STEM工程教育教学实践

动手实践、项目式学习是STEM教育的核心要求，也是STEM教育落到实处的有效策略。STEM工程教育以工程项目为单元，强调对所学概念、原理的综合运用，以小学四到六年级的工程教育课为例，分析美国小学阶段STEM工程教育理念。例如：四年级的STEM工程教育，通过电磁单元的学习，了解电路类型，以理解科学概念为前提条件，设计出普通电路板，在此基础上，进行午餐闹钟的设计，专门定制的闹钟语音提醒，需要拥有语言天赋的合作伙伴；五年级阶段，学生根据要求，利用给定材料，设计系统模型，如记录气象数据的仪器、水循环系统、水过滤系统、火星探测器的着陆系统等；六年级阶段关于桥梁的工程设计，从材料的选取、购买，到桥梁各部分的比例以及整体架构，全部由学生完成。

综合分析不同年级的STEM工程实践课，体现了数学、科学、语言艺术与工程实践的密切融合，四年级更加注重工程、科学与语言艺术的综合应用，而高年级阶段则更注重工程与科学、数学的融合，强调科学方法的运用、模型建构以及数学运算思维，并且年级越高要求越高。虽然不同年级STEM工程教育的侧重点不同，但共通之处在于：促进学生批判性思维和创造性思维的发展，提升学生合作交流能力，每一项有意义的工程项目，都遵循统一的设计过程：确定所要解决的问题及要求；构想并确定最佳解决方案，制订操作计划并执行；反复操作，完善解决方案；等等。

四、美国小学STEM教育特色

STEM教育作为四门学科的综合课程体系，以综合的教学方式培养学生的科学素养，提升学生综合运用各学科知识解决实际问题的能力。面向于K？鄄12教育阶段的STEM教育，其特征表现为：跨学科性、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性，以及技术性。[4]而美国小学阶段的STEM教育，其特征则更倾向于跨学科性、批判性、协作探究性、实践操作性四大方面。

一是跨学科性。跨学科性是美国小学阶段STEM教育的核心特征。STEM作为一种融合科学、技术、工程与数学为一体的综合课程，其教育理念从根本上就体现多门学科的整合性，[5]数学和科学作为进行工程设计的实践基础和概念原理，而技术却始终贯穿于工程设计的全过程，支撑着工程项目的开展。STEM教育的跨学科性，旨在希望学生能够利用数学与科学的基本原理，对现实问题加以解决，强调不同学科知识的综合应用能力。

二是批判性。美国21世纪学习合作组织，认为将要进入21世纪劳动力市场的学生，必须掌握必要的关键能力，在该组织制定的“21世纪学习框架”（Framework for 21st Century Learning）中，要求学生所具备的学习与创新技能（4Cs）中，包括批判性思维与问题解决意识，注重提升学生的批判性思维意识与问题解决能力。[6]通过对美国小学教育阶段STEM课程的阐述，可以看出，关于STEM学习项目的选择，并非凭空而来，而是在充分了解各学段学生学习兴趣，抓住学生对问题的质疑点，对学生的质疑进行引导，进而决定STEM课程中的研究项目。

三是协作探究性。美国“21世纪学习框架”学习成果部分的4Cs技能中，还强调学生的沟通技能与合作技能。STEM注重项目式学习方法的应用，项目式学习被美国小学教育阶段普遍采用，在汇集学生学习兴趣的基础上，为学生提供学习的关键素材，引导学生组建团队共同解决问题。学习过程注重对学生合作沟通能力的培养，帮助学生形成团队意识，以及在合作过程中发现新问题并深入探究的意识。更值得一提的是，美国幼小衔接阶段的STEM特色课程，不仅关注儿童间的合作，更注重儿童与家长间的协作探究，进而弥补儿童课堂学习的不足。

四是实践操作性。STEM强调对理论知识的综合运用，教材中的理论源于实践，并且需要实践来不断验证。美国小学阶段的STEM课程，更加注重学生的课堂主体地位，教师仅仅引导学生进一步发现问题，帮助学生明确所要解决的问题，为学生提供详尽的研究素材，学生按照要求动手操作，反复实践。例如小学阶段STEM工程教育课程中，对语音闹钟、桥梁等设计中，无形中要求学生不断试验，持续改进设计，在实践操作过程中，发现新问题、解决新问题，最终呈现完美的工程设计方案。

参考文献：

[1]李慧，王全喜，张民选. 美国STEM教育的探析及启示.[J]. 上海师范大学学报（哲学社会科学版）. 2016（5）：144-152.

[2]Kori Bardige， MS. Ed.，Melissa Russell，M. Ed.Collections：A STEM？鄄Focused Curriculum.[R]. Heritage Museums & Gardens Inc. 2014.

[3]张思宇，朱成科. 美国STEM教育及其对我国小学教育改革的启示.[J]. 教学与管理（小学版），2017（5）：57-59.

[4]余胜泉，胡翔. STEM教育理念与跨学科整合模式.[J]. 开放教育研究，2015（4）：13-22.

[5]吕延会. STEM教育的核心精神.[J]. 当代教育科学，2017（5）：16-19.

[6]邓莉，彭正梅. 通向21世纪技能的學习环境设计——美国《21世纪学习环境路线图》述评.[J]. 开放教育研究， 2016， 22（5）：11-21.

（作者单位：①青岛大学师范学院；②北京市北达资源中学 ？摇责任编辑：朱蕴茝）