略论STEM教材的编写模式

袁杰

摘要：STEM教学的模式与传统文化课程的教学模式是不同的两种教学形式，其显著特征表现在它是一种项目式学习的形式。在STEM教材中应充分体现项目式、工程性、跨学科、融合性、合作性等特点。在几年的STEM教学实践中，笔者探索了STEM教材的编写模式，形成了具有学校特色的教材，教材的结构如下：（1）学习目标;（2）材料及工具;（3）提出问题;（4）科学原理;（5）制作或设计;（6）开展创造;（7）活动调整;（8）活动评价;（9）活动总结。STEM教材的编写对推动学校STEM教学起到一定的促进作用。

关键词：STEM教学;编写模式;跨学科项目式

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写。STEM课程的重点就是加强对学生在科学素养、技术素养、工程素养、数学素养四个方面的教育。2017年6月20日，《中国STEM教育白皮书》在成都正式发布。《义务教育小学科学课程标准》 （2017年修订），对中国版STEM首次做出明确定义，即为“一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，它将科学、技术、工程、数学有机地融为一体”。我国科学教育界倾向于将STEM作为一种以真实问题解决为目标、项目式学习为途径的策略。值得关注的是，STEM越来越成为转变学习方式的抓手，以及落实理科核心素养的重要途径。基于国内国外的形势，STEM教育在我国迅猛发展，而相关的教材也如雨后春笋，越来越多。笔者翻阅了一些国内外教材，对STEM教学模式的研究并不多。以下是一些研究的综述：

一、国外STEM教学案例编写综述

国外对STEM教育的作用及具体的做法研究得较多，但具体到教学的模式则研究得比较少。由826全美（826Nationl）编著的《基于课程标准的STEM教学设计：有趣有料有效的STEM跨学科培养教学方案》是美国教育协会年会推荐的10本书之一。本书提供详细的教学案例、优质的课程资源，重塑学习方式、整合跨学科教学。该书收录了12个简单、有趣又吸引人的各种各样主题的课堂教案，涉及物理、生物、数学、科学和写作等知识内容，比如音乐中的物理、科幻小说写作、超能力背后的科学、航空航天等，仔细规划了讲解、实验、讨论等教学活动的时间，介绍了激发学生学习STEM的内在动力和天生好奇心的教学方法。但12个案例是各自独立的，每一个案例都是一种做法，没有固定的模式可循。

美国的生物学课程研究会（Biological Sciences Curriculum Study BSCS）在Atkin - Karplus学习环的基础上提出了基于建构主义的探究式5E教学模式，包含参与（Engage）、探究（Exploxe）、解释（Explain）、精致（Elaborate）和评价（Evaluate）五个环节。

美国巴克教育学院在2013年推出了评价项目式学习的“黄金标准”，以帮助教师进行测量、校准并提高项目的设计与实施能力。该标准包括三个部分：学生学习目标、项目的基本设计元素和基于项目的教学实践。

二、国内STEM教学案例及教学模式编写综述

国内对STEM教育的研究，多在STEM教育的理解上，或具体某个操作上。广州市教育局综合科组织人员编写了一套适合中小学的STEM教材，有一定的固定模式。但模式与传统的课程教学模式相近。李正燕在其硕士论文《中小学STEM教育模式的构建与应用研究》中提出STEM教育有三种模式：基于课堂的STEM教学模式、基于工作坊的STEM教学模式、基于活动的STEM教学模式，并对每一种模式给定了具体的操作模式。傅蓦、刘鹏飞在《从验证到创造一中小学STEM教育应用模式研究》一文中，提出制造性STEM教育应用的6步教育模式，这些模式在一定程度上解决了目前STEM教育现状的混乱状态，并为开展STEM教育提供了一定的参考。

何丽丹、李克东等撰写的《面向创造力培养的STEM教学模式研究》总结了国内外STEM教学模式研究情况，情况如下：

谢琪、邵佳靓在《当前我国STEM教育的存在的问题探究》一文中认为我国当今的STEM教育主要有以下几类：机器人学习、外展活动、3D打印技术的学习。认为不足之处在于：我国STEM教育只重视技能培养，轻视知识的学习;只重视实践的活动形式，轻视科学精神的培育;只重视学习结果，轻视学习过程。

陈刚、巫雪琴构建了制造型和创造型“嵌人式”STEM模式：问题与聚焦一调查与研究一设计与制作一展示与评价一完善与拓展，认为通过合理安排课中与课后实施环节，提供丰富的“课程链接资源”以及活动支架等方法，把外部不确定因素降到最低，才能在现行的教育环境中“生根发芽”。

总结：国外的研究，具体的模式不多;国内的研究，STEM教学模式与传统课程的教学模式相近，很难体现STEM教育的项目式学习特征，其跨学科性、融合性难以得到充分的体现。

三、中学阶段STEM教学实施的条件与基础

（一）在当前形势下开展STEM教育的困难与条件

STEM教育的主要特征是跨学科性、融合性、合作性，一般某一项目的STEM教学要求的时间也比较长，一节课基本是没有办法完成的。在中学阶段，没有专门的课程用于开展STEM教学，比较接近的是综合实践课程和研究性学习课，甚至很多学校干脆把综合实践课和研究性学习课等同于STEM课程。这显然是对STEM教育的一种误解，也不能体现STEM教育的核心，即STEM课程的工程性。一旦用专门的课程开展STEM教学，一节课40分钟显然是不能满足要求的。

STEM教育与常规国家课程相比，常規的国家课程中的学科课程是综合和融合的基础，没有基础就不可能融合。所以，要处理好单科学习与系统学习的关系，并在时间、课程安排上有具体的体现。

虽然STEM教育与常规的国家课程有一定的冲突，但我国的课程设置中也有一定的操作空间。在中小学阶段，都设有综合实践课、社团活动课，还有校本课程、兴趣活动小组，这无疑为开展STEM教育提供了广阔的空间和充裕的时间。

2017年广州市教育局所属教育研究院启动了广州市STEM教育的课题研究，至此，广州市STEM教育正式拉开了序幕。2018年5月，广州市教育局所属科研处开展了STEM教育实验项目的申报。2018年11月，广州市教育科研处组织专家批准了24所学校开展STEM教育实验项目。

（二）STEM教育的师资力量

开展STEM教育需要一定的师资力量，相对其他的学科课程，日前我国专业从事STEM教育的师资力量较为薄弱。在中学阶段，多为物理、信息技术、通用技术老师担任，广东省、广州市教育部门相关科室组织强有力的培训，各学校根据本校的实际还邀请了专家进校培训，或者把STEM教育的教师送出去培训。这些举措为中小学STEM教育的正常开展提供了一定的基础。

（三）实施STEM教育的文本材料

2019年，广州市教育局组织一批专家，针对广州市的STEM教育，编写了一套具有本地特征的STEM教材，这套教材涵盖了小学、初中、高中，教材内容涉及了各个方面，具有一定的可操作性。除此之外，各式各样的STEM教材如雨后春笋，出现在各地的书店和网店上。不可否认，这些材料对于我国开展STEM教育起到了一定的推动作用。

四、校本STEM教材的编写

目前STEM教材编写，大多数还是沿用之前的教学设计编写方式，未能充分体现STEM教育的特点。经过几年的探索和实践，在学校STEM教育团队成员的共同努力下，我校探索出一套编写STEM教材的思路。

（一）编写思路

STEM教材要体现科学知识的学习与应用，应以问题为导向，从问题中来，以解决问题或提出问题的策略为最终目标，注重STEM教育中的跨科性、融合性，学习的方式应以合作学习、自主探究、自主设计、论文撰写为主要形式。

针对当前STEM教育的形式，基于学校的实际情况，提出STEM教材的编写思路，并在实践中加以实施。

（二）形成具有校本特色的编写模式

经过近一年的摸索，我校逐渐形成撰写STEM教育案例的模式，即：（1）学习目标;（2）材料及工具;（3）提出问题;（4）科学原理;（5）制作或设计;（6）开展创造;（7）活动调整;（8）活动评价;（9）活动总结。这些模式，充分体现了STEM教育的科学性、技术性、跨学科性、融合性等特点，是科技创新的必要元素。

（三）实施STEM教育

1.课堂教学。

充分利用综合实践课、通用技术课、自然科学相关学科（数学、物理、化学、生物等）开展STEM教学，课堂讲解科学知识、集中解决技术问题，课后由学生合作（或独立）完成项目的成品。即利用课内与课外相结合实施STEM教育。

在物理教学中实施STEM教育，比如：制作反应时间尺、制作过山车模型等。

在生物课堂中实施STEM教育，比如：观鸟活动、植物识别活动等。

2.利用社团开展STEM教育。

目前学校开设了相关的科技活动社团，即创意机器人社团、无人机社团、无线电测向社团、航空模型社团、航海模型社团、车辆模型社团、建筑模型社团。利用这些社团开展STEM教育，如机器人社团是利用每周一节课的学习时间来进行，在学习初期，利用中午学生的休息时间进行科学知识的讲授，学生也可以在这个时间完成设计工作。

3.利用校本课程组织开展STEM教育。

我校的校本课程，每周一节课，由学生自由报读，计人学分。部分STEM教育以校本课程的形式开展。

（四）STEM教学的实施效果

STEM教育的成果形式通过为一个具体的物品，或一篇相关的案例文章等。评价的方式，有现场观看、展示与互评。

（1）使一部分同学的科技才能充分得到了发挥。学校智能机器人开发小组开发了智能取纸机、智能果蔬打包机、智能沏茶机等，从设计、制作到调试，充分显示了中学生可挖掘的潜力。

（2）开发学生的科学思维。

学校生物科开展了植物识别活动及观鸟活动，通过活动，开发了学生的科学思维。

学校物理科，开展了反应时间尺的制作、过山车模型制作等活动，将科学知识与社会实践相结合，激发了学生参与社会的情感。

（3）学校老师有了跨学科的综合思维。

通过开展STEM教育，老师们会重新审视自己原来的学科教学，当经历了跨学科的教学后，老师便会用跨学科综合思维来考虑问题，他们会在教学过程中自觉或者不自觉地把自己的学科和其他学科建立起来。所以STEM教育下的教学环节同样会促进老师的学科

教学。通过学科开展的一系列STEM教育课程，逐渐地形成了一些跨学科教学的思维。

五、STEM教育的评价指标探索

1.参与活动积极性的评价。

项目的开展，有赖于人的参与，项目开展得是否顺利，取决于学生参与活动的积极性与主动性，所以这方面的评价是活动的一个起始评价，对后续活动的开展有着至关重要的作用。

2、项目或活动的知识性评价。

本部分的评价重在衡量学生对学科知识的接收情况，学生将所学知识与生活实际相联系的能力。

3.提出问题能力的评价。

提出问题的能力是新课程标准对学生的要求，学生能否提出问题、提出问题的品质都能反映学生的学习能力。

4.工程设计能力的评价。

STEM教育有别于科技活动的一个关键因素即为培养学生工程设计能力，体现在对产品或活动过程的个设计。

5.解决问题的能力的评价。

分为三个部分：面对问题的态度（正向态度、了解问题）、处理问题的方式（执行实现、评估结果）、问题解决的品质（批判创造）

6.应用数学解决问题的评价。

在开展STEM教育活动中，学生利用数学知识解决问题的能力也是评价考核的一个关键点。

7.跨学科综合能力的评价。

对一个作品或一个活动整体完成情况的考核，如果在各个方面表现得突出，则可以赋予较好的评价。对以上因素均可有一个赋分的机制。

STEM教育在我国的实施虽然越来越广泛，但STEM教材的编写、STEM教育的常态化实施仍然是值得我们研究的话题。

【参考文献】

【1】陈凯、夏晶、陈悦：《〈中国STEM教育白皮书〉的文本挖掘》，《基础教育》2019年第3期，第25～38页。

【2】826全美：《基于课程标准的STEM教学设计：有趣有料有效的STEM跨学科培养教学方案》，中国青年出版社2018年版。

【3】赵呈领、赵文君、蒋志辉：《面向STEM教育的5E探究式教學模式设计》，《现代教育技术》2018年第3期。

【4】田阳阳：《基于项目式学习的STEM课程校本实践路径探析》，《基础教育参考》2019年第18期，第33～36页。