1、STEM教育在校外科技教学中的实践与探索摘要：STEM 教育是跨界科学（science）、技术(technology)、工程(engineering)、数学(mathematics)等自然学科，以达到解决问题为目的教育模式。其新颖地以项目学习为载体，以团队合作共同学习的形式，将抽象的知识运用于日常生活中实际问题的解决，非常值得校外科技教学所借鉴，如果将STEM教育的教学形式、教学方法，灵活地运用到校外科技教学中，则会更加有效地达到提升学生的科学素质，培养学生的创新精神和实践能力的目的。笔者在长期的校外科技教育教学实践中，借鉴 STEM教育的精华，策略性地进行渗透融合：从教育理念上，让学生从学习
2、消费者变成创造者；从教学传统上，让教师从传播者变成探究者；从教育氛围上，让教育从教室拓展到更广阔空间；从教学方法上，采用跨界的融合、本土化特色的结合、文化精神的契合，在校外科技教学中让学生学会解决问题的能力方法，培养科学解决问题的思维习惯，达到创新意识和创新能力的培养目标。关键词：STEM 教育 校外科技教学 解决问题 创新思维培养正文一、问题研究背景美国从 1986年就已经全面实施了 STEM教育核心战略，所谓的 STEM教育是指科学（science）、技术(technology)、工程(engineering)、数学(mathematics)的集成教育。STEM 教育的特点是：学生参与、以
3、项目学习为载体、运用科学探究过程和工程设计过程的教育；采用团队合作的形式，在解决问题的过程中学习、创造、创新。正是由于这些令人耳目一新的理念、形式、方法，使得 STEM教育成为我国校内外教育的热门话题及效仿对象。但由于校内教学的课程安排，教学内容、教学材料和师资配备等的限制，在中小学实施 STEM教育还是有一定的难度， 而校外教育较之校内教育的诸多限制，是具有极大优势的：课程内容可自己设计，有较长及专门的教学时间，相对专业的教师，而且校外教育的目的就是通过多种途径、方式、方法培养学生的创新精神、创新能力，运用知识解决问题的实践能力，和 STEM教育的目标基本相同，所以，目前越来越多的校外教育机
4、构也开始尝试 STEM教育的实践。然而，即使是校外教育，我们也大多接受的是传统的教育教学的方法，在实施 STEM教育中对如何开展 STEM教育，如何为学生提供教学空间，也知之甚少。STEM 教育的实质，探究怎样用 STEM教育来改变传统科技教育教学方式和方法，是一项非常有意义的实践探索过程。二、当前校外科技教育教学的现状分析 1、校外科技教育的概念界定1990年版教育大辞典将校外教育定义为：由专门的校外教育机构领导和组织，旨在协同学校实现培养目标的各种教育活动。科技教育是其中的一种，而科技教学的形式有多种，包括有探究性活动，如观察、调查、实验等；技能性活动，如船模、空模等；体验性活动，如夏令营
5、、科技考察、野外调查等；应用性活动，如活动方案设计、社会实践活动等；游艺性活动，如科技展览、游艺、绘画等；宣传性活动，如科普讲座、科技演讲等范围宽泛，上述形式，均属于校外科技教育教学的范畴。2、校外科技教育教学的特点、目标与 STEM教育相契合学习知识是为了增强解决问题能力。校外教育的目的应该是让学生将书本上所获得的主要是已知的知识和原理，通过实践，转变成解决问题的能力，并且在过程中培养创造思维和创新能力，这和 STEM教育的目标是志同道合的。3、校外科技教育教学现状需要 STEM教育来改变我国的师范教育专业一般以学科教育划分，实际上并没有专门的科学教育专业，这就造成了即使是校外教育教师，实施
6、教育教学的方式方法内容上难免打着较深的传统教学的烙印，虽然广大校外教师已经意识到这点，并也努力去改变，但苦于缺少更有效的模式来借鉴。美国学者贾尼丝.萨伯把培养聪明的孩子和培养智慧的孩子概括为两种教育方法：聪明的孩子 智慧的孩子1、能够知道答案 1、能够提出问题2、带着兴趣去听 2、表达有力的观点3、能理解他人的意思 3、能抽象概括4、能抓住要领 4、能演绎推理5、完成作业 5、寻找课题6、乐于接受 6、长于出击7、吸收知识 7、运用知识8、善于操作 8、善于发明9、长于记忆 9、长于猜想10、喜欢自己学习 10、善于反思显然，STEM 教育是培养智慧孩子的教育，而我们的校外教育也是希望培养出智
7、慧的孩子，所以科学地借鉴和实施 STEM教育是有意义的探索和实践。三、实施策略实践与探索1、从教育的理念上，让学生从知识学习的消费者变成创造者问题：桌子上的一杯热水，为什么会变凉？学校传统式教学 STEM 教育学生：听为主 提出科学问题：热水为什么会变凉？研究技术问题：怎样才能让水不变凉？ 图 1：传统式教学与 STEM教学对比由上面图示可见，“热水变凉”，既是生活中的问题，也是一个科学的系统问题。学校传统式的教学（教师讲-学生听）模式，只能让学生知道水变凉的道理，却无法真正地让学生掌握水变凉的原理。校外教学运用 STEM教育让学生从学习的消费者转变为创造者，这意味着对基础教育已有重要影响，并
8、将在未来产生持续、广泛运用于基础教育的趋势。在 STEM教育中，学生自主地学习知识，从“做”中“学”，像“创客”一样进行创造，拥有自己的作品，享受创造作教师：讲为主成效：很容易让学生明白水变凉的道理，教师主导型教学、学生被动式学习，无法将知识迁移、实践运用运用数学问题：采集数据，测试分析让水不变凉的依据。实现工程问题：制造让水不变凉的装置项目驱动式的学习，“刨根掘地”般“消费”了学习过程，自主创造了学习事件，实现了从学习消费者成为创造者的转变。品的学习过程和成就感。随着认知过程而步步推进，理论结果将源于亲身实践，学生不再仅仅简单地消化和吸收教学内容，而是通过实践和创造来学习知识，创造性吸收了知
9、识。可见学校教学实践的重心也正在发生转变，创造力日益成为主动性学习、实践性学习的主旨。2、从教育的传统上，让校外教师从教学知识的传播者变成探究者习惯了传统教学的校外教师如何适应 STEM教育所带来的新需求和挑战，这是当下校外教学所面临的一个共同难题。在 STEM课堂中，要弱化教师作为知识传播者的定位，强化课程设计的要求，努力让每一位教师成为课程的开拓者与探究者。以创意建筑模型设计为例：教学目标使用设计记录纸，让学生亲自对“客户”进行访谈认识建模设计的技巧思考并设计创意建模草图教学步骤创意建模的赏析了解居住者及讨论了解建模创意的多元应用和角度图 2：创意建筑模型设计 STEM教学法由图示可知服务
10、于三个教学目标，课程被分为三个步骤：在第一个步骤中，通过大量案例让学生“脑洞大开”，了解不同建筑的形式、造型和功能，达到激发想象力，并对创意要素及多元性进行思考的效果。第二个步骤中，学生了解设计思维和采访技巧，使用人物介绍纸，让学生根据居住者的基本信息，设计采访问题，学生可以初步判断居住者的信息和基本特征。第三个步骤使用设计记录纸，让学生亲自对“客户”（由教师扮演）进行访谈，让学生学习利用共同心理了解他人，并开始设计和思考。在这一系列的 STEM教育过程中，教师完成了几个角色的转化。第一，跟传统课堂一样，教师是教学的设计者，制订课程流程，确定使用的工具，设计课程需要的课件等，这有赖于教师的个人
11、能力和教学经验；第二，教师是调节者和辅助者，如何启发学生脑洞大开，如何当好“客户”这一角色，调动学生的思维，都需要精心考虑；第三，教师还应该在课堂中起到引导和鼓励作用，让学生能够更好地形成自由合作的小组。STEM教育的教师在角色转变的需求下，对教师的素质要求有了一个新的提高。教师首先也要是一名 STEM人，能够和学生并肩作战，共同寻找灵感，完成新颖作品，教师自我满足感可以视为对自己的能力、对学生的学习产生预期的效果信仰。3、从教育的氛围上，让教育从教室拓展到更广阔的空间STEM教育起源于美国文化，这也注定了 STEM教育需要有不同的空间模式，开放与动态体现了 STEM教育的发展水平。从构建 S
12、TEM空间生态系统的角度看，STEM空间需要满足社群合作、创意实践、开放资源、协作空间的需要。在教室里，必须打破传统课堂的空间设计，对教室空间进行重新建构：（1） 教室座位 45人为 1个小组的设置，更能促进学生在项目过程中头脑风暴及团队协作；（2） 设计一些没有桌椅的空地，学生可以随意坐在地上，无拘无束创作出更大、更自由的作品；（3） 设置可移动的白板，学生可以随意写出遇到的问题，方便教师能够及时给予指导。（4） 要给学生备足大量地日常随处可见的材料，这些与生活息息相关的物品可以激发学生更多的创造力，让学生学习的时候更加自由开放。上述原则落实到中小学的教室布置上，从硬件配置上看，要求“大”、
13、“全”、“长”，即需要足够大的场所、提供足够全的工具、开放足够长的时间。从软件配置上看，教室建设需要营造“创”、“聊”、“做”、“展”的氛围与环境。用琳琅满目的工具墙、触手可及的加工设备营造“创”的氛围，学生进入教室即有身份认同感；在教室中提供讨论桌、白板等工具营造“聊”的环境，学生可以随时进行讨论；通过材料、工具、时间的约束营造“做”的氛围；用优秀作品激励学生，形成“展”的氛围，以此激发学生的参与欲。4、从教育的形式和方法上，多维度融合,避免 STEM教育的水土不服融合是 STEM教育的关键，也是教学最困难之处。STEM 教育不仅强调科学、技术、工程、数学四个领域之间的关联及有目的、有方法、
14、有系统的融合，更强调基于问题、基于设计和基于项目的融合学习。（1）跨界融合实施教育STEM教育是项目制学习，跨界是其特点，将各类知识融合起来，整合成一个“培养链”。除了“学科群”的整合，跨界融合的“立体链”模式培养，实现学生知识与技能的融会贯通，这对于实施 STEM教育是很重要的。A、校外与校内教学要融合虽同在教育系统，但校内校外之间有一条“沟”，现在维系两方面的主要是一些竞赛活动，教学活动上的交集很少。事实上校外教育在创新教育方面有很多好的理念和实践经验，而学校教育是创新教育惠及所有学生的最好的主渠道，只要双方教师能够协作互补，就能加快 STEM教育的推进。B、校外教育与社会要融合有生命力的
15、教育一定是与时俱进的教育，STEM 教育吸引人的地方就是新技术的应用。而社会上的企业和高校拥有 STEM教育所需的新技术和装备，同时他们也在利用自己的优势参与到 STEM教育中来。校外教师可以利用自己的力量来为 STEM教育服务，只要把握与平衡好双方的利益关系，从培养青少年创造力这个大目标上，是能够达到共赢的。C、校外教育与实验室要融合STEM教育是大众教育而非精英教育，学生的兴趣爱好各异.上海地区的学校都有各类实验室，如果打破学科界限加以融合，可以满足 STEM教育的要求。例如一个有陶艺特色的学校，学生可以在计算机实验室里进行创意设计，再到陶艺制作实验室去实现创意，甚至可以添置一台特殊的陶土
16、 3D打印机实现数字化制造。这样就能使学校实验室的效益最大化，并可以让不同兴趣爱好的学生都能受惠于 STEM教育，形成对科学原理、科学制作、实践创新的整体概念，成为学生良好兴趣爱好的多元支撑。D、校外教学之间要融合STEM教育是基于项目创造的学习，一个项目可能会涉及到工程学、信息学、美学、心理学等多种学科，它既需要科学理论的支撑，又需要用技术来实现，一个学科的老师单打独斗往往是不能胜任的，这就需要将不同专长的教师融合起来，形成一个多能的指导团队。如 OM和 DI活动就是一种基于项目的创造活动，一项活动中包含科技、艺术和人文，有不同专长组成的指导团队就会产生有效的指导效果。同时在融合过程中每个教
17、师自身也会自然地发生知识跨界，提升 STEM教育的驾驭能力。（2）本土化特色结合立足于国内实际的教育发展现状，教师要开展“STEM+”的研究和实践，其中“+”是实施 STEM教育本土化的一个符号标志。本土化不是狭隘的地域观念，更不是理念方式的对立，只是一个过程而不是一个目的，将国外的 STEM教育与国内的“STEM+”教育实施过程融汇，双方寻求到一种协调模式，使 STEM理念产生“当地响应”，这种入乡随俗的“STEM+”,不仅是学生知识的有机叠加，又是学生思维的有效碰撞，更是学生能力跨越式地飞跃。（3）文化精神契合所谓 STEM教育，一般有两种理解，一是培养创新人才为目标的教育，另一是渗透了文
18、化与精神的契合教育。那么什么是 STEM文化呢？就是兴趣驱动、跨界融合、紧跟时代、创意设计、动手实现、协作分享。特别是“兴趣驱动”这一点，因为每个人都有兴趣爱好，每个人都可以张扬自己的兴趣，按着自己的愿望去做一些有趣的事、美好的事，那么陶行知先生的“天天是创造之时，处处是创造之地，人人是创造之人”的愿望真的有了可实现之日。这一切正是我们基础教育所追求的目标。四、进一步思考1、进一步丰富科技制作活动 STEM化有人说，现在的 STEM教育就是在给科技制作活动带上 STEM的帽子。此话是有道理的。其实科技制作活动和 STEM教育是近亲，但是科技制作活动的育人目标比较单一，而 STEM教育的育人目标
19、要全面的多。如果说科技制作活动是一个蛋糕胚子，不加任何改造而是仅仅换一个标着 STEM教育的盒子，那肯定不是真正的 STEM教育。因此我们要在蛋糕胚子上添加元素，比如：兴趣引领、学科整合、创意设计、团队协作、分享成果，那么单纯的蛋糕胚子就会变成营养丰富的“美味蛋糕”。这也就是我们现在要做的事，将科技制作活动 STEM化。2、找准科技素养普及和科技精英培养的平衡点STEM教育是大众教育，应普及广大的学生，注重过程体验，只要学生在活动中“玩”出新意，哪怕是星星点点；只要动起手来，即使简单粗陋。要宽容起步时的跌跌撞撞，只要走起来总会越走越好。“路顺好走路”，那些学有余力，富用创造天赋的精英也会应运而
20、生。3、借助创客教育的社会化平台，推进 STEM教育的多元化发展创客教育是社会文化，强调学习者也是创造者，学习过程也是创造过程。“造物”是创客教育的重要特征，注重将学习者不同的想法变成现实。STEM 教育虽然一样可以造物，但更注重动手实践的过程，进而开展科学探索，达到解决问题的能力办法，是一种跨界的教学模式。“项目化”学习是创客教育和STEM教育的关联点，通过沉浸式的项目学习去引导学生全方位地掌握新技术，多元化地推进创新人才的培养。总而言之，伴随着新工业革命时代的来临，STEM 课程中培养的创新能力、科技认知及解决问题的能力，都是孩子们面对未知世界不可或缺的。校外教育中实践 STEM教育，一方面培养了创想人才，另一方面也运用 STEM的理念和方法改造教育。STEM 教育所实践探索的经验及方式方法在学生综合素质培养及创新精神和实践能力培养上具有非凡的意义。2017年 3月 1日参考文献1、范燕瑞STEM 教育研究华东师范大学学报 2011年 8月2、珞伽机器人教育科技青少年 STEM教育方式探索2016 年 9月3、余胜泉 胡翔STEM 教育理念与学科整合模式2015 年 7月4、朱丽卿 叶兆宁STEM 教育如何从理念走向实践2016 年 2月5、龚有俊校外教育教师的应用写作2015 年 3月6、吴永和国内开展 STEM教育的难点和解决办法2016 年 5月
