以STEM教育为例浅谈中小学科学教育实施策略

党的二十大报告提出，教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。党和国家对优秀科技人才的需求比以往任何时候都更为迫切。STEM教育是一种整合科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科，旨在培养学生问题解决能力、批判性思维和创造力的跨学科教学方法。STEM教育作为世界各国教育领域的研究热点，是我国众多学校探索科学教育实施路径的重要突破点之一。

本文将以太原市成成中学校STEM教育实践为例，对当前中小学科学教育实践进行研究，进一步探寻现阶段中小学科学教育的有效实施策略。

一、太原市成成中学校大力发展STEM教育

太原市成成中学校作为全国百所STEM领航校之一，投资建设了“青少年科创院”，旨在打造太原市乃至山西省的STEM辐射中心。学校结合校情形成了适用于STEM教育的“135EX”教学策略。“1”指一个教学目标，即通过开展项目式学习，培养学生综合运用知识解决实际问题的能力；“3”是指教师进行三项研究，包括研究国家政策、文件、社会需求，研究国内外论文、机构教材及教学案例等，还有研究学情。“5EX”指STEM项目具体实施策略，包括进入情境与提出问题、科学探究与数学应用、工程设计与技术制作、联系社会与创意设计、多元评价与学习反思等。

学校朝着四个方向组织开展研究设计，包括STEM+人工智能、STEM+创意制作、STEM+3D打印、STEM+航天航空。研究学情之后，学校在高中学段开设了创意设计和人工智能社团，在初中学段开设了航模和3D打印社团。不同的STEM+课程有不同的课程体系以及不同的学习手册和指导手册。学校还将四大社团的优势进行了结合，在实践探索过程中设计出了有发展潜力的融合性项目。以智能家居项目为例，在STEM+人工智能的基础上，运用人工智能技术进行设计，再结合创意设计和3D打印技术对房屋构造及内部家居形态等进行规划。防盗背包项目则将外壳创作设计和内部功能设计两大部分进行了融合，尝试用大项目融合小项目，稳步推进设计进度。

二、STEM教育助力中小学科学教育改革升级

STEM教育有助于实现“教”与“学”的转变。对于学生而言，若想要由学习者转变为挑战者，需要具备自控能力与自学能力，例如自行组织并开展工作，学会时间管理等。对于教师而言，传统的教授者形象会逐渐向项目情境的设计者、资源的管理者和过程的调控者转变，这就需要教师在教学过程中有自我检查、自我校正、自我强化的能力。

STEM教育能够帮助学生提升学习内驱力。STEM教育强调通过实践活动让学生亲身体验搭建、研究和解决问题的过程。STEM教育的最大特点是学科间的融合，这种融合使得学生可以在一个项目中学习多种知识，并从不同视角尝试独立解决问题，这种跨学科的学习方法可以提高学生的综合能力和学习内驱力。

STEM教育助推科学教育改革升级。科技的飞速发展使得传统的分科教学已不符合现代人才的培养要求，仅凭单独一门学科的知识也无法更加高效、合理地解决现实生活中面临的问题。STEM教育能够打破各学科之间的壁垒，通过跨学科的教育教学方式，培养学生的科学探究能力和问题解决能力，助力学生实现全面发展，推动科学教育改革升级。

三、STEM教育理念下中小学科学教育相关问题分析

活动时间难以保证。学校社团活动过程中曾遇到过无法保证活动时间的问题。例如航模社团活动时需要先搭建好飞机骨架，然后进行试飞练习，而四十分钟的社团活动时间仅够学生完成第一步。又如人工智能社团活动时一般要先进行程序设计，再组装相关硬件，最后再对程序进行测试、修改。但在该社团实际开展活动的过程中，学生进行程序设计和硬件组装时存在较大困难，使得社团活动难以实现闭环。

科学探究层次浅、不充分。科学探究是一个复杂的过程，需要以观察现象、提出问题和假设作为探究起点，然后进行数据收集与分析，最后对实验过程和结果进行反思、改进。从以往的实践中发现，学校目前组织开展的科学探究存在问题设定和现实生活联系不紧密、缺少交流表达平台等问题。从学生的角度看，科学探究活动在多数时候仍处于被动学习科学知识而非自主探索。但是，科学探究是一个开放的过程，需要与他人进行交流并共同探究，如果这个过程不够开放，则不利于科学素养和探索精神的培育。

评价体系不完善。目前开展的科学探究难以达到以评促学，以评促教的效果。现行的STEM四大类课程采用不同的项目学习手册，每个项目有不同的评价标准。例如在人工智能智慧小车项目中，评价范围包括硬件搭建、功能编程的完成度等，评价角度较为单一。同时，教师通常作为评价主体在进行评价时可能会带有一定的主观性，容易使得评价结果不够客观。

四、中小学科学教育有效实施策略

为切实改善科学教育实施效果，提升中小学生科学素养，笔者尝试提出以下建议。

完善科学教育保障体系。相关部门及教师要始终以立德树人为根本任务，不断完善课程体系，修订科学教育教材，改进课程教学方法，同步探索利用人工智能、虚拟现实等技术手段改进教学过程和教学效率。此外，还要积极鼓励社会力量共同参与，提升开展科学教育和科学探究的质量及水准。

改进STEM项目探究程序。学校及教师要继续加大学科融合力度，创设与现实联系更加紧密的探究情境，想方设法激发学生对科学的探究热情，并对学生的探究成果给予肯定，鼓励学生就探究经验进行分享与交流。

进一步完善评价机制。学校及教师应根据不同项目的侧重点设计不同的评价量表，将过程性评价与终结性评价相结合，将自评与他评相结合。同时，评价机制要能全面反映学生学科知识、学科技能的习得情况，综合评价学生跨学科知识运用能力和解决问题的能力。

综上所述，STEM教育作为一种跨学科教学方法，对于提升中小学生科学素养、探究能力和创新精神具有重要意义。教育工作者应持续关注STEM教育最新发展动态，不断探索和创新教学方法，以适应快速变化的社会需求和技术进步，为孩子们营造一个更加丰富、多元和开放的学习环境，让他们在探索科学的道路上勇敢前行。

（作者单位：山西省教育技术与评估监测中心/太原市成成中学校）

责任编辑栗树林助理编辑芦啸坤