STEM 教育贯通培养实施策略

【摘要】身处信息科技时代的人们深知科技变革之迅速，强国发展之需要。为发展各国综合实力、提升国际竞争力，各国都在不断探索培养综合素质人才的有效途径。STEM教育在美国的实施成果为美国社会的发展培养了大量综合素质人才、产出了大规模创新性科技成果。近年来STEM也得到了国际教育的认可，各国纷纷探索实践，着力培养综合素质人才。这种教育同样在我国也引起了高度重视。因此，为培养综合素质人才以应对未来的科技指数攀升，笔者研究教育教学相关理论，在一线不断进行探索实践。近日，联合国教科文组织将在中国上海设立国际STEM教育研究所，也为我国开展STEM教育带来了新的研究平台，其主要职能是促进科学、技术、工程和数学领域的教育，涵盖从幼儿到成人的各个阶段，致力于为全民提供包容、公平、适切和优质的STEM教育。这与笔者所研究探索的STEM教育的贯通培养不谋而合。

【关键词】STEM教育  探客  Tinker  创客  Maker  综合实践活动课程

【中图分类号】G52  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2024）04-0172-03

为优化STEM教育的实施，落实STEM教育培养目标，助力科技创新人才的培养，在教育实施阶段，笔者不断在创新方面进行研究，前期实施阶段总面临一种为了创新而创新，或者空谈创新，找不到着力点和切入点的窘境。那么什么是创新？面对创新应该秉承什么理念？保持怎样的心态呢？当下大多数所谓的创新都是在引导基础上的标准答案。创新应该是不可预见的，因为创是突发性的；新是前所未有的，所以创新不是在一个课堂中预设出来的，而是随时随地可能发生的，那么我们需要留给创新足够肥沃的土壤，和足够充足的养分和空间，才有可能看到成果破土而出的那一刻。土壤是技能，养分是知识，技能和知识固然重要，而应对失败，再次尝试的勇气更是一种必不可少的能力。这些也正是综合素质人才的核心素养。因此，笔者认为将探客（Tinker）教育引入小学STEM课程为技术与工程的实施与发展奠定能力基础，将创客（Maker）教育融入中学STEM课程为发展技术与工程提供提升空间。通过贯通培养最终达成STEM教育目标是值得尝试的途径。

一、问题提出

虽然培养技术工程人才的课程教育主要体现在高等教育阶段，但早期发现与培养技术工程创新人才是加大21世纪优秀人才培养不可或缺的一部分，为人才的培养提供了强而有力的先决条件。重视基础教育阶段科技创新人才培养是应对越来越严峻的国际人才市场竞争的重要策略。笔者认为从小学甚至从幼儿园到高中教育阶段的贯通教育是培养创新科技人才的基本路径，是培养创新科技人才的有效模式。笔者在开发与实施STEM课程的过程中发现，在小学阶段STEM课程更多注重跨学科融合，其重点更加偏向M（数学）与S（科学）的知识与技能的培养。对于T（技术）与E（工程）的课程教育体现则有所欠缺。笔者认为究其根本原因为数学是科学的基础，数学和科学是产生技术的前提，技术是自然科学理论的应用。而工程是将数学、科学与技术应用于社会生活创造出符合人们目的的产品，可以说是技术的实践应用。即STEM课程的发展顺序为M-S-T-E。例如，从麦克斯韦用数学方法计算并预测电磁波的存在—赫兹用实验证实并发射了电磁波—探寻电磁波的作用，马可尼无线电通信实验成功—无线通信电技术成熟—实施无线电技术工程项目，使得无线电技术在当今社会中广泛应用（如微波炉、监测人体健康数据、雷达定位、气象预测、航空航天通信等）。因此，相对于学科融合，具有技术工程的课程开发难度较高、开发成本大，在学生相关能力培养和提升方面更是有着很强烈的无助感。

二、涵义解读

（一）探客（Tinker）的含义及发展

“探客”一词是由英文单词“Tinker”转变而来，“Tin？鄄ker”译为补锅匠、白铁匠。探客教育基于皮亚杰的建构主义思想以及杜威的新三中心论。2005年，美国教育家基弗尔·塔利（Gever Tulley）于旧金山创立Tinkering学校。学校不设置课程与考试，旨在为6岁及以上年龄的孩子创造基于真实材料与工具的活动环境，鼓励基于好奇心的动手实践、协作创造，给予孩子们空间和自主权以锻炼实际解决问题的能力。此外，2008 年以来，美国旧金山博物馆的 Tinkering 空间以实验融合 STEM 知识与思想为理念，一直致力于鼓励游客参与 Tinkering 活动以动手体验创造的意义。2013年，“第十届国际计算机娱乐技术进展会议”提议，将 Tink？鄄ering 理念作为有效的知识生产模式延伸至教育领域。

（二）创客（Maker）的含义及发展

“创客”一词是由英文单词“Maker”转变而来，“Maker”译为制造者，是指那些能够将自己的想法和创意变为现实的人。随着信息技术的飞速发展，自学资源丰富、开源平台的建立等丰富了创客的制作途径，降低了成为创客的门槛，同时信息科技也使得创新思路的交流途径和效率也得到了极大的提升，这不仅有助于促进普通人成为创客的动力，更加有助于创客教育的开展与发展。创客教育让学生根据自己的目标，通过利用已知材料和技术手段，实现某产品的制作，将自己的想法和兴趣爱好转化为现实。

（三）探客、创客与STEM中工程部分的关系

三、STEM教育贯通培养实施策略

（一）STEM课程贯通培养实施背景

国际上，美国国家教育进展评估（NAEP）于2013年出台《2014年NAEP技术与工程素养评估框架》，是首次将技术和工程学科并列的学科素养与评估框架 。作为STEM教育的核心目标，技术与工程素养逐渐受到国际重视。为帮助人们做出有关技术的明智决定，更好地为技术的设计、开发和使用作出贡献，2020年7月13日美国颁布《技术与工程素养标准：技术和工程在STEM教育中的作用》，分析了该标准的研制背景和内涵，阐释其学段贯通和资源整合的课程体系，深度解构技术和工程的实践框架与交互图景。

我国的STEM教育于2017年被纳入新课标，其本土化的过程中，STEM课程体系日渐完善，学校利用STEM教育跨学科融合属性提升相关知识与技能方面得到了广泛的认可，进行了策略研究以及实施探索，其成果多数停留在提升各学科成绩，发展学科素养等层面。但进一步将数学和自然科学的相关知识技能以及核心素养发展到技术工程方面没有明确目标，落实培养STEM综合素质人才缺乏具体实施策略的研究与探索实践。

（二）STEM课程贯通培养实施路径

近些年来，STEM教育和创客教育在我国得到了重视，而非正式教育下的探客教育却鲜有实施。非正式教育的课余时间阶段，一般家长会选择具有功利性的课外补习，不会用大量的时间去让孩子接触探客教育。缺乏市场的情况下就更加缺乏第三方开发优质课程的动力。综上所述，笔者探索更合适的实施场所和实施途径，尝试在小学综合实践活动课程中融入探客教育，在中学综合实践活动课程中融入创客教育，形成贯通培养从而达成STEM综合素质人才的培养目标。笔者所进行实践的学校是一所十二年制公办学校。除小学、初中和高中以外还配套有一所幼儿园，实施统一课程管理与规划。这有助于preK-12的贯通课程体系的探索与实施。横向整合跨学科课程、纵向贯通学段，有助于构建完善的STEM教育体系；整合各级各类多元主体，打通产学研用合作壁垒，探索协同育人和评估机制。

探客和创客都是实施STEM课程的有效手段，为STEM课程提供重要尝试。幼儿园阶段的STEM课程融入探客教育。内容目标以认知结构、探索材料为主；课程设计以开放式探索—修补—制作为路径呈螺旋式上升发展。利用学校现有资源，带领学生充分接触大自然和社会环境，在探索中熟悉身边的材料。在游戏中，利用身边的材料进行简单的修补工作，如，搭建、连接、调整等。通过体会动手实践给客观事物带来的影响，不断主动构建相关知识体系。1～3年级阶段的STEM课程融入探客教育。内容目标以认知材料、探索工具为主；课程设计以开放式探索—修补—制作为路径呈螺旋式上升发展。基于对材料和结构理解的前认知，利用真实材料真实工具进行初级修补。主要在认识材料、利用材料和探索工具使用方法及安全使用工具等方面进行积极主动的尝试。没有预期产品，没有竞争和对错，随时产生新想法新思路，并随时根据真实反馈进行及时调整，具有生成性。通过体会多次尝试，迭代调整，培养工匠精神。4～6年级阶段的STEM课程融入创客教育。内容目标以使用工具和材料进行制作、发展技术能力为主；课程设计以修补—制作—技术工程为路径呈螺旋式上升发展。基于初级修补能力所发展出的相关素养，利用现代材料和相关技术工具将学生的目标产品进行制作产出。在设计和制作的过程中不断发展相关技术能力。通过开放性思考尝试提出解决方案并实践，在STEM课程贯通培养的基础上，促进技术和工程素养的提升。7～9年级阶段的STEM课程融入创客教育。内容目标以利用技术手段和特定材料进行制作、通过深入研究去解决问题能力为主；课程设计以设计—制作—技术工程为路径呈螺旋式上升发展。基于大量的实践经验累积、计算机技术的学习与发展，将各种技术工具综合运用，从而达到更高精度的设计和产品产出，发展解决问题的能力，如，3D打印技术的应用。9～12年级阶段的STEM课程融入创客教育，内容目标以设计工程项目方案并实施为主，依据方案寻找合适的材料、应用高级技术手段和专业工具设计制作所需产品，从而解决相关实际问题。课程设计以设计—制作—技术工程为路径呈螺旋式上升发展。外显技术和工程素养，从而实现贯通教育STEM综合素质人才培养目标的落实。

（三）STEM课程贯通培养实施意义

1.进一步优化并完善了STEM课程内容结构。在主题内容的设计上，横向跨学科、加强各个学科间的联系从而更好地服务于课程目标的实现。主题内容的选择上，同一内容的学习纵向贯通不同学段进行多次学习，不同学段的学习侧重点不同，理解层次逐步加深，使学生对概念形成多角度理解，突出育人目标的连续性和进阶性，促进学生全面发展和综合实力提升，从而实现随机通达教学的效果。

2.建立资源库，引导和帮助教师把握教学深度与广度，资源共享有助于成果推广与提升教师STEM课程指导和开发水平。打破各校各地域之间的隔阂，促进优质教育、公平教育的实现。

3.促进次生课程的发展，如衔接课程、学长课程和开学课程等。拓展开发社会资源，为不同领域的资优学生提供支持，寻求家校社合力，为其能力提升提供平台和保障。

4.实现育人目标，落实人才培养。满足学生的个性化发展、个性化培养，尊重学生个体化差异，提供个性化指导，促进个体发展，提升科技创新力、意志品质和综合能力，进一步达成STEM综合素质人才培养目标。

四、结束语

STEM教育贯通培养能够将各学段学习内容、能力和渠道等方面相互衔接串联成更为有效的教育复合体，是促进学生有效学习、深度学习、终身学习的重要保障。在STEM课程的贯通培养融合了探客和创客教育，为提升STEM课程中工程与技术的知识、技能和思维的占比打下坚实基础。探客教育的引入不仅有助于创新思维的早期培养，还能够弥补数字技术带来的对真实工具真实操作的陌生，去感受真实的客观世界，去观察思考并验证事物的本质。而数字技术就是建立在自然科学认知的基础上，还能够补充学校教育中的失败教育。失败是不可避免的，面对不确定性，面对挑战，学生能够从容面对，调整心态面对失败，再次尝试，再次解决，只有这样才有可能达到成功。

参考文献：

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[4]张莹.幼儿园创客教育的实施方法[J].甘肃教育，2023（21）：71-75.

作者简介：

李从芮（1989年2月—），女，北京市人，本科学历，一级教师，研究方向：物理、综合实践、STEM课程。