浅谈基于项目实践的STEM教育实施策略

摘 要：在广州市推进STEM课程的过程中发现，该课程存在教学观念滞后、跨学科知识融合困难和传统分科教学惯性等问题。为提升教师跨学科融合素养，本文进行了深入的理论探索与教学实践，并开展了基于STEM教育项目开发与教学的研究与实践。理论上打破认识误区，实践上建立操作模式等对策，制订了STEM项目实践的策略与方法，构建了STEM项目“跨学科融合”模式。研究成果多次参与全国、省、市和区级STEM课程推进现场会、调研会及现场交流活动，检验了成果的应用性和可靠性。

关键词：STEM教育;跨学科教学;融合素养;培育策略

一、STEM教育的实施背景

（一）STEM教育的发展趋势

STEM课程与教育的概念最早起源于美国20世纪50年代，并得到其他国家教育学者的普遍认同。STEM教育的一般定义为：是一种以项目学习、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。2007年，美国国会又提出“针对STEM教育的活动计划”，STEM教育被提升为美国国家级的教育改革举措，对全球各国产生了更大的影响。近年中国STEM教育有了新进展。2016年教育部出台的《教育信息化“十三五”规划》明确指出有效利用信息技术推进“众创空间”建设，探索STEM教育、创客教育等新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识，养成数字化学习习惯，具备重视信息安全、遵守信息社会伦理道德与法律法规的素养。

2017年版教育部普通高中课程方案提出的课程“关联性”原则，即要求“关注学科间的联系与整合。增强课程内容与社会生活、高等教育和职业发展的内在联系”。笔者认为STEM教育的特点是跨学科融合性教育，并具備广泛的课程辐射性。STEM教育已经成为当前国内外教育的必然趋势，也成为我国课程改革的一大方向，更成为课程改革的突破口。笔者所在学校承担了一些STEM课程推进任务，极大地推动了本校STEM教育的进展[1]。

（二）STEM教育的主要作用

1.培育教师跨学科素养。教育教学动态系统中师生是一体化的，因此，要先研究如何使教师获得跨学科素养。2.促进学校教育深层发展。运用跨学科和行动研究方法，引领教师融合项目建设与实践，大力提升教师跨学科素养，培育具有深厚跨学科素养的教师团队。进行系统综合，形成稳定的、结构化和系统性的跨学科素养培育策略与方法，推进STEM教育系列项目建设向前发展。

二、STEM教育的实施条件

（一）以学科的发展现状作为基础

根据学校自身发展特点，组建学校STEM教育团队，设计和推动STEM系列课程和教学实践。基于本校科技教育活动方面丰富的资源和传统，如开展18年之久的学生“我与化学”等活动。近年科技教育已经扩展到物理、生物、地理、信息和通用技术学科共同参与并形成互补。充分利用我校教师的科技教育资源，同时也为STEM项目建设提供了多样性的科技活动资源。

（二）以现有的师资条件组建团队

经过10多年的科技创新教育实践，我校培养了一批富有青春气息、团结合作、具有较高研究水平的科技创新教育队伍。在过去10多年的科技创新教育实践活动中，本校教师组织学生参与多项科技创新探究实践活动，积累了丰富的活动素材，开发了“我与科学”科技创新教育课程。尤其宝贵的是科技创新教育中取得的教师专业发展成就是本项目建设的重要人力资源基础。

（三）以学校的优势资源构建项目

因地制宜，充分利用学校依山傍水的中草药资源条件建设STEM教育项目。融合芳香类中草药产品有形生产的四大特点，即综合运用知识技术、经历完整创造过程、强化规划设计意识和提高创意物化能力，将与人们日常生活密切相关的芳香类中草药系列产品的生产制作作为STEM教育的主要项目，并构建了项目化与系列化的STEM教育实践体系[2]。

三、STEM教育存在的问题及解决对策

（一）STEM教育中遇到的问题

1.课程与教学观念滞后。STEM项目实施中，多数教师课程观念滞后，导致STEM项目实践中遇到“神秘化”和“困难化”问题。因此，必须进行STEM课程理念及教学方法的学习、感悟与实践。本项目的针对性措施是：理论上打破认识误区，在实践的基础上建立操作模式。

2.跨学科思想融合困难。STEM项目主要障碍不是学科知识的困难，而是建立跨学科融合性观念。这些问题产生于对融合STEM教育核心特征的理解：如跨学科、体验性、情境性、协作性、设计性、技术性和融合性等。从教育科学原理的角度使教师认识到：STEM项目培养的主要是跨学科迁移与融合能力[3]。

3.技术工程素养的缺乏。从课程教育的角度看，除S、A和M课程领域之外，课程教育中被我们长期忽视的课程领域是什么？它们就是：T（技术类课程）与E（工程类课程）。因此，必须加强教师的技术与工程素养培育。

（二）STEM教育问题解决策略

1.促进跨学科课程融合。STEM教育本质上是学科思维及方法在技术与工程观念下的融合教育。为突破传统分科课程教学的惯性，采用学科教学基础上的示范、观摩和研讨等方式，真实体验跨学科融合式教学。学科融合不仅是学科知识的融合，更重要的是跨学科智慧融合。

2.培育技术工程素养。鉴于教师普遍缺乏技术与工程素养的现状，运用跨学科融合教育智慧，在各学科训练和培养一批关注跨学科教育的教师。特别重视跨学科的培训以具体活动呈现，培育师生在制造工艺、社会服务、生产应用和经济效益等技术工程方面的观念与素养，为我校STEM项目推进发挥了很大作用。

3.项目驱动与团队合作。STEM项目跨学科融合最核心、最重要的工作是项目或问题的设计。STEM项目的发展必须具有稳定性和可持续性，根据系统论演化观建立了STEM活动项目生成理论，称作“STEM项目树状生成模式”。整合方式是通过活动项目形成连贯、有组织的课程结构。制订“STEM课程教学设计表”，科学地指导教师进行良好结构化的STEM项目设计。

四、STEM教育内容组织与实施过程

（一）STEM教育内容的组织策略

对项目进行了“有形化”、情境化和融合化的系统组织，使得项目形成系统层次性与结构化的整体功能。

1.有形化。STEM就是一个项目，必须产出有形的产品，否则不能称作STEM。这里的“有形”具有技术、工程与艺术方面的丰富含义。STEM项目的技术与工程设计素养是目前STEM教育的短板，是我校STEM项目建设的重大挑战。

2.情境化。STEM项目主要从学生生活中产生，在真实情境中学习。根据教育科学原理，STEM项目培养的主要是迁移能力。让学生在STEM课程活动中把一个情境中学到的学科知识与思维方法运用到另一种情境，把知识与智慧迁移到其他领域或未来的活动中。

3.融合化。STEM項目转化为教学活动的“跨学科融合”机制的建立。跨学科融合STEM项目设计与教学实施概括为一个动态化流程（“”表示各环节之间的动态反馈）：项目生成跨学科融合STEM教学。

（二）STEM教育实施过程与方法

STEM项目的跨学科融合最核心、最重要的工作是项目或问题的设计。SIEM教育项目的发展必须具有系列性、稳定性和动态生成性，才能够具有可持续性，所以根据系统论演化观建立STEM的课程项目生成模式，称之为“树状生成”。

STEM项目依据学校课程资源，体现学校课程特色，满足学生个性差异发展。STEM项目引导中，发展了行之有效的主题引导策略“自主选题（视角策略）→反馈评价（发现策略）→自主发展（特长策略）”，取得显著实践成效。

STEM项目要有一定的“深度”才更有价值。本项目充实对跨学科知识的统整、融合和运用，使探究更加延伸和深化。项目一旦启动就会不断发展和变化，生成新颖的STEM项目。其敏感性在于如何在新分支中捕捉并筛选出最有探究价值的课题。

（三）STEM教育项目的教学实践

我校STEM项目实施中首先进行STEM视野下学科思想内涵的深度开发，再将科学、技术、工程、数学和艺术等内容以特定项目牵头整合，设计结构化课程，转化为教学实施。如下面两个例子：

一是在STEM教育中进行了创客（Maker）领域的探索与实践。例如，Arduino超声波报警器的制作、参加全国青少年车辆模型教育竞赛、组织STEM课程教师参加全国优秀科技模型教学设计等。进行了STEM教育视域下的IAB（信息技术，人工智能，生物医药）项目教学探索与实践，构建基于芳香类中草药的STEM活动项目化实践体系。还进行了劳动教育的项目化创新路径的探索与实践，有力推进了学校和区域劳动教育的发展，在教学实践中锻炼与提升了教师的跨学科融合素养。

二是拓展了STEM项目数学思维的创造性应用。针对芳香类中草药产品制作STEM项目创新设计的需要，运用数学思维与信息智能技术，构建STEM项目的“Ω模型”“ф模型”和“H模型”等数学思维模型。运用信息技术创建了对应的“Ω程序”“ф程序”和“H程序”等软件。将这些数学模型和信息技术用于STEM项目方案的创意设计，有力地推动了教师跨学科融合素养与STEM教育能力的提升。

五、STEM教育的实施效果

（一）STEM教育促进学生创新能力的提升

通过STEM项目教育，引导学生将学科知识与生活经验相结合，促进学生科技特长发展。仅2018年第十九届“我爱祖国海疆”全国青少年航海模型教育竞赛全国总决赛中，我校学生就获奖21项，其中一等奖8项。学生在“四模一电”STEM创客项目全国比赛中摘金夺银，屡获大奖。同时STEM项目也促进了学生学业发展。凡是STEM课程开展得越真实，越有深度和力度，学生在各种学科的学业成绩越好，发展后劲越足。如我校连续7年获广州市普通高中毕业班工作一等奖。

（二）STEM教育促进学校文化品位的提升

本校结合中华优秀传统中医药文化与学校资源条件构建了“芳香类中草药产品生产”STEM项目系列，涉及学科领域有中药、数学、物理、化学、生物、美术、技术与工程等方面。运用STEM理念开展中草药种植、加工、芳香油提取、产品制作及应用等，构建STEM跨学科课程，实践STEM教育。积极运用自己创建的数学思维模型进行芳香油科学探究，依靠信息智能技术处理项目技术工程问题并制订并实施方案，展示了橙皮苷提取利用等20多个课例。促进了教师跨学科创新教学能力的提升，感受到项目真实性是STEM教育得以不断生长的土壤。

（三）STEM教育促进学校办学质量的提升

本校的STEM教育成果多次参加省、市级学术推广交流，吸引本省内多所学校前来学习交流。笔者设计的STEM教育课例还多次进行线上教研观摩，深受师生好评。因学校的STEM教育项目鲜明的时代特征和符合学生认知的个性化特色，受到社会关注，近两年先后被广东电视台、广东教育公众号、广州电视台、羊城晚报、增城日报和增城电视台等多家媒体专题报道，引起热烈反响。笔者的研究与实践成果之一“信息技术支持的STEM项目跨学科教学”成果参加“第一届中小学（含中职）优秀STEM教学案例奖评选活动”并获奖，被专家评价为“教学案例高度契合STEM教育理念，充分体现跨学科学习特点，为全国各学校推进STEM教育提供了优质经验[4]”。

结束语

尽管我校在STEM教育中进行了辛勤探索，积累了一些经验，取得了一定成绩，但是还存在不少困难和问题。在软件建设方面，部分教师对STEM教育还缺乏深刻认识，承担STEM教育教学的师资队伍素质还需提高，学校STEM教育领军人才还比较少;在学校层面，对STEM教育的课程体系构建还需要强化和深入，还需加强科学规划与硬件建设，以充分发挥STEM教育的功能。未来要在STEM项目师资队伍建设和STEM项目理论与实践研究方面进行加强，并形成系统性成果。

参考文献

[1]邱德峰，全晓洁，李颜希.国外STEM教育的研究热点与前沿探析[J].教师教育学报，2020（7）：5，11-21.

[2]夏雪梅.学科项目化学习设计：融通学科素养和跨学科素养[J].教育研究与评论（中学教育教学），2018（9）.

[3]段春红.我国STEM教育研究特征与趋势探析[J].中小学电教，2020（9）：3-5.

[4]段春红.我国STEM教育研究特征与趋势探析[J].中小学电教，2020（9）：3-5.

作者简介：周丽红（1970— ），女，汉族，广东增城人，广州市增城区高级中学，中学高级，本科。研究方向：中学教育教学改革。

本文系广州市增城区教育科学“十三五”规划2019年度重大课题基金项目“基于STEM教育提升教师跨学科融合素养的策略研究”（编号：zc2019001）的研究成果。