STEM教育与中小学体育教学的融合初探

任 贵，解西燕，罗 赣

（1.贵州大学体育学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州财经大学体育工作部，贵州 贵阳 550025）

1 STEM教育发展概况

STEM 是 科 学（Science）、 技 术（Technology）、 工 程（Engineering）与数学（Mathematics）英文单词的首字母缩写。STEM教育理念起源于美国，旨在通过在K12教育阶段推广STEM教育，将科学、技术、工程、数学有机地融为一体，培养学生的创新思维和运用多学科知识解决实际问题的综合素养，以应对21世纪全球化竞争带来的挑战。STEM教育强调多学科的交叉融合（社会学、科学、数学、语言艺术、技术、工程、音乐、美术、体育），跨学科性是其最重要的核心特征，通过课程整合的手段推进教学，以培养学生应具备的科学知识与技能；同时，STEM教育强调课程教学过程的实践性，注重课程内容与社会实践的紧密联系，旨在让学生在实践过程中学习的知识和技能能应用于日常生活以解决复杂问题。随着STEM教育改革的深入推进，美国教育部推出了一系列“体育运动中的STEM”计划，以STEM Sports为代表的众多教育培训机构、美国职业大联盟的部分球队和运动员也参与其中。

美国在STEM教育的演进与革新带动了英、澳、日、中等国家和地区对STEM教育的重视与投入。近年来，STEM、STEAM及STEM+教育在各国诸多教育政策和规划文件中开始频繁地出现。自2016年以来，我国教育部在先后出台的一系列规划和相关学科课程标准中，大力倡导STEM教育、创客教育等新型教学模式在中小学日常教学及课外教育实践活动中的应用，各中小学校和社会力量纷纷推出一系列以整合学习、问题解决为导向的STEM课程。值得一提的是，中国香港特别行政区教育局于2015年开始实施“体育STEM”计划，并在2017年颁布的《体育学习领域课程指引（小一至中六）》中明确指出，STEM的发展与改善当代社会的生活素质息息相关，在STEM教育活动中，综合和应用知识和技能的经验均有助促进学生全面发展。透过不同的体育活动和跨学习领域活动，学校可将STEM教育融入体育课程。在设计学与教活动时，体育教师可与科学、科技、数学等其他学习领域的教师进行跨学习领域的协作，以促进学生的综合应用知识和技能。根据学校情况、学生的兴趣和能力以及教师的专长，采用不同的教学方法，如以专题研习和环境导向形式的学习。同时，相关调查研究也陆续展开，学者李春晓等人对165名香港小学和中学体育教师完成了一项关于将STEM教育融入体育教学的意图调查，结果表明，体育教师几乎从不（50.9%）或偶尔（29.1%）将STEM教育纳入香港的体育课，只有19.4%的体育教师有时或经常在他们的教学中整合STEM教育。该调查研究提供了一些初步的实证证据， 为政策制定者进一步推动体育学科的STEM教育提供了数据支持。

2 中小学体育教学融入STEM元素的可行性

长期以来，我国教育体系注重理论知识的传授，学生大多偏重学科学习。《PISA 2018国际学生评估项目》调查表明，我国15岁学生在科学、科技及数学方面表现优异，远超被调查的其他国家和地区的学生。可见，现阶段STEM教育在强调科学、数学、工程、技术与其他理论学科融合发展的同时，我国学生更应关注实践类的课程学习。正如中国科学院大学杨国强教授所言，我国还需要一个新版本的STEM教育（体育S、交流T、表达E和积极主动性M）。

STEM教育与体育学科有着密切的关联性，特别是科技与数据的使用和运动科学原理对运动的促进等方面（表1）；同时， 体育学科中大量的教学内容均可渗透STEM教育理念。 将STEM教育与体育教学结合的优势：首先，学生学习STEM课程的途径并不一定完全通过实验或枯燥地坐在教室里听教师讲课，最好的方式是与学生日常生活中感兴趣的事情相关联，在这一点上，体育教学可充分发挥其特有的教学环境优势。 其次， 体育教学可更加直观地向学生展示相关运动项目背后的科学原理，使学生以科学的思维重新认识体育运动，在不知不觉中学习数学、生物、物理及力学等相关知识，强化学生综合应用各学科知识的能力，同时也有助于改善学生的健康状况。因此，以体育教学为基础的STEM课程，可利用体育运动吸引和激发学生的学习动机；以STEM课程为平台的体育教学，可综合各学科知识帮助学生改善和提升运动技术；透过不同的工具和应用程序，评估运动表现和运动强度 ，可以增强学生参加体育锻炼的兴趣。通过体育与STEM的跨学科融合，使学术内容不再枯燥，又为体育教学增加了学术内涵，更好地促进了学生运动认识的发展。

表1 STEM在体育运动中的应用

3 中小学体育教学融入STEM元素的应用举隅

中小学体育教学可与基础数学知识的应用相结合。例如，低年级学生对“时、分、秒”的学习，可通过定时拍皮球、1 min跳绳、测量脉搏等方式进行；以教学场地各种标志线分布为例，体育教师还可向学生讲授数学的半径知识及相关公式的应用；利用数学知识建模型，可引导学生找出排球扣球的最佳时机；将数学的抛物线知识引入篮球的投篮教学，通过相关知识的讲授（如不考虑空气阻力，投出去的篮球只受到重力影响，其运动轨迹就是一条符合一元二次函数的抛物线，抛物线弧度越大，篮球入筐的概率越高；出手瞬间的篮球处于某一高度h，具有初速度v、向后旋转的转速ω以及出手角度α，出手角度取决于出手时的力量和角度），学生结合实际练习，观察球的力量、速度、旋转和轨迹，即可掌握如何使用适当的弧线和角度，以提高投篮命中率。又如，通过定向运动的教学，学生可掌握其中所涉及的比例尺、距离、形状等数学知识，方向、位置、空间等地理学知识及指北针应用等方面的技能。在实操环节，通过对众多干扰信息的评估做出决策，也可培养学生独立思考、综合分析与解决问题的能力；教师也可以2022年北京冬季奥运会为契机，在体育教学中普及冬奥会运动项目中所涉及的物理学、空气动力学、生物力学等相关学科知识，全面发展学生的综合能力。

4 结 语

在中小学体育教学中融入强调多学科交叉融合发展理念的STEM教育是可行且必要的，各中小学校可结合教育政策、教学条件、学生兴趣等实际情况，鼓励体育教师加强与其他学科教师间的跨学科协作，将专业知识与其他学科知识进行有机整合。通过显性或隐性的渗透，适时地将STEM教育理念融入体育教学，使学生在提高身体素质、掌握运动技能的同时，不知不觉中学习和巩固综合学科知识。