STEM 主题实验室规划建设初探

（山东省潍坊第一中学，山东 潍坊 261201）

STEM 作为科学(Science)、技术(Technolo-gy)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科的缩写，强调学科间的有机融合。STEM 教育就是建立在科学、技术、工程、数学有机融合的基础上，以设计和探索为目的，对技术问题的解决进行科学探索，其课程目标是提升学生科学、技术、工程、数学素养，其本质特征是跨学科整合，以科学与工程问题为课程主线，通过创造一个多维空间，为学生提供一系列具有一定关联性的学习经历。[1]

一、STEM 主题实验室建设背景

STEM 主题实验室是指基于STEM 教育，学生在教师指导下围绕某一主题开展学习和研究的实验室。在STEM 主题实验室中，教师作为引导者，提出研究任务，学生根据主题，组建小组，利用各种前沿技术进行学习、思考、讨论、设计、制作、总结及展示。实验室可以分为多个区域，如体感教学区、操作区、展示区等，目的就是更好地实现教育功能。有效地将科学、技术、工程、数学等科目学习融合在一起，让学生从解决实际问题出发，在培养STEM 思维的同时，不断提升学生综合素养。[2]

潍坊一中作为山东省重点中学、省首批办好的十九所重点中学之一、省规范化学校和省首批艺术教育示范校，积极争取市委市政府和市教育局的支持，投资建设STEM 主题实验室。实验室规划建设总面积800 平米，分8 个教学室，开设机器人、编程、创客马拉松、航模、APP 制作、视频制作、家居设计、太阳能、可替代能源、定格动画、桥梁设计、游戏设计、模拟城市、布艺设计、木艺设计等模块，为学生提供多样性必选、选修课程。在规划、建设和使用的过程中，我们进行了相关探索研究。

二、STEM 主题实验室规划建设的原则

STEM 主题实验室是学生学习、研讨、探究、实践的主要场所，实验室建设要立足学校实际，以学生为中心，服务为宗旨，同时要考虑新技术、新应用的发展，在空间建设上为学生提供可随时随地发生有效学习的氛围。

（一）选址便于学生活动

实验室建设的目的是为学生搭建有效开展STEM 学习活动的场所，最好的做法就是将实验室建在学生身边，为学生提供随时可交流分享、动手实践的场所。我校在主题实验室的选址方面就颇费周折。学校在基建的过程中规划了科技馆，地上三层、地下一层，内外楼梯，占地近3000 平米，空间设计合理。但距离是个问题，由于学校面积大，科技馆距离中心教学区比较远，学生从最远的教室到科技馆步行来回约需要30 分钟，扣掉课间时间，学生上课有效时间不足30 分钟，时间上不能保证实现教学计划。为更好的方便和服务学生，主题实验室最终选址在图书馆的一楼，原图书阅览室搬迁至二楼。学生社团活动中心也设在图书馆一楼，主题实验室与学生活动中心融为一体，整个图书馆一楼成为学生兴趣与特长、活动与实践、分享与交流的一体空间，而二楼图书阅览室也成为学生阅读图书、在线学习的有效补充，为学生自主、合作、探究学习提供了最大化的可能。

（二）空间效益最大化

我校从上百类课程中，选择开设13 门课程，根据课程类别，将相近的课程安排在同一个教学室。比如，太阳能和可替代能源、游戏制作和APP 制作，在有限的条件下为学生提供更多的选择。

（三）普惠与专业相结合

与我校新高考改革选课走班结合，学生高中期间总共可以选择8 个模块进行学习；考虑学生的兴趣爱好和未来发展，与艺术类17 个模块同时开课，这样每节课有24 个模块供250 名学生选择。在目前的条件下（实验室、教师等），STEM 课程不可能面向所有学生开放，比如本学期仅面向高二年级开课，有500 余人选择了创新课程。随着课程建设的逐步完善和师资力量的补充，学校将面向高一、高二两个年级开设课程。课程完成，学生可以获得2 个学分，共有4 个学期，学生可以选择4 个模块进行学习。同时，为了满足特长学生的学习和选拔，学校成立了相关的社团。比如机器人社团，就是人工智能和编程课程成绩突出、特长明显的学生组成，主要利用周末、自习、寒暑假等时间集中进行培训和练习。这种方式的选拔和培训效果非常明显，机器人社团在2018、2019 年度，共获得6 项全国冠军。

（四）师生共同设计方案

方案设计是非常重要的一个环节，与后期的建设、装修、模块选择、上课等息息相关。学校成立实验室建设筹备小组，由专家团队、教师代表、家长代表、学生代表等组成，征集各方的意见建议。我校共设计了5 套建设规划方案，从空间利用、教室采光、课程开设等方面，研究确定了2 套方案；筹备小组成员通过多次论证，对设备选型、课程开设及建设方案等进一步细化研究，确定最终方案。

三、STEM 主题实验室建设策略

（一）课程资源建设

目前针对高中阶段的、可借鉴使用的STEM 课程资源比较少，我校在论证阶段选择开设的模块也是接近高中学生、主要针对初中生开设的课程，如何建设适合高中生、符合学校实际的课程成为我们必须面对的问题。我校采取的策略是教师主导进行课程目标、课程内容、课程活动和课程环境的设计，以任务驱动的方式由学生分组实施工具优化、活动优化、技术优化与人员优化等,逐步完善STEM 课程的设计与实施,彰显其学本价值。

（二）师资队伍建设

高中阶段的教学任务比较重，师资也比较紧张，我校的STEM 教师主要由信息技术、通用技术教师和职员组成，没有专职的教师。为有效推进STEM教学实施，学校成立科学教育处，设立STEM 专职岗位，同时根据通用技术课的特点，在保证学生通用技术必修学习的基础上，将每周一次通用技术课调整为隔周一次通用技术课，给学生更多的课时选择，达到教师满工作量、学生修满学分的平衡。

（三）管理组织建设

学校成立中学生科学院，作为学生创新自主管理组织。中学生科学院实行院长负责制，设院长1 人，秘书长1 人。科学院下设办公室（成员由各研究院导师组成），办公室设管理员、导师等若干职位。同时成立全能智造研究院、人工智能研究院、创新设计研究院、STEM 教育研究院、高端物理创新研究院5 个研究院。中学生科学院的主要成员均为选修创新课程的学生，他们的研究方向确定，学习内容和项目难度上高于普通学生。主要目标是发现那些具有严谨的科学态度、务实的科学精神、主动的创新意识、较强的创新能力和实践能力的学生，鼓励他们积极参与各类青少年科学竞赛活动。

四、STEM 主题实验室建设的启示

（一）统筹人才培养体系

STEM 教育强调教育管理部门、基础教育和企业等相关要素的协同，并发挥各自在政策制定、教育研究、课程制定、资源支持和项目实践等方面的优势，为STEM 教育提供系统支持。[3]STEM 教育要实行畅通计划，贯通各学段教育，在人才培养和招生规划进行统筹，充分发挥各类型学校的优势，构建良好的、可持续发展的人才培养体系。

（二）加强师资队伍的培育

STEM 理念的诞生，对教师提出了更高的要求：教师不仅要掌握多领域的知识，还要具备跨学科综合的能力。所以，打破学科边界，加强教师间的紧密合作，开展教师间的互动交流对STEM 教师至关重要。[4]目前，社会培训机构的师资力量和课程资源总体比学校强，专业性较强但师资良莠不齐。一方面，学校可以与社会培训机构沟通协作，实现人才共育；另一方面，学校要充分调动各学科教师尤其是中青年教师的积极性，强化STEM 教育培训，在日常的教育教学中加强学科融合。

（三）加强与职业教育的衔接

由于对STEM 的理解不同，STEM 教育的内涵也有很多不同的扩展，涉及的学科、技能和内容较多，没有标准，没有系统，而且随着移动互联网、物联网、人工智能和智能制造等产业的高速发展，STEM 教育的内容也在不断更新。作为学校，需要与时俱进的促进教与学的变革，为学生提供优质、多样和个性化的学习支持，更重要的是根据本校的实际和优势，做好顶层设计，加强与职业教育的衔接，让职业教育更多的参与到学校的STEM 教育中来。

（四）加强与科技企业的联合

STEM 教育不能单纯依靠学校的力量，需要社会团体、公众的广泛参与，尤其是科技企业的支持和配合。学校要积极与企业沟通，让企业参与教育改革，获得企业战略、资金和技术支持。学校提供STEM 教师专业发展的课程资源和培训方案，企业提供跨学科的教学资源和针对性的行业指导，实现STEM 理论知识学习与教学能力提升的有效融合，逐步建立校企合作的人才培养模式。