学校场域下的STEM教育活动类型与案例分析

赵宇

<h3>在《国家创新驱动发展战略刚要》、《关于深化教育体制机制改革的意见》、《教育信息化“十三五”规划》等相关文件精神指导下,STEM教育在我国呈现出蓬勃发展的态势。STEM教育侧重于理工科教育,强调跨学科学习,重视动手操作的实践性学习。</h3><h3><br></h3><h3>几年来,STEM教育在学校、科技教育场馆、校外教育机构都已经开展了许多教育实践和研究,在不同的教育实践场所所展开的STEM教育活动既有基本的共性,又由于所处场域不同,在活动设计与实施等方面有其不同特点。本文将结合具体案例,对在学校场域下所开展的STEM教育活动类型进行分析,希望能为STEM教育活动的设计与实施提供思路和可操作性的指导。</h3> <h3>一、 学校场域的特点</h3><h3>所谓场域并非单指物理环境,也包括他人的行为以及与此相连的许多因素。我们在开展STEM教育活动时,往往会从活动本身的教育目标出发去设计与实施,容易忽略一些相关因素的影响,如时间限制、场地条件、师资水平、学生基础等,这就会使得活动效果受到影响,甚至不尽如人意,所以在开展STEM教育活动时要有系统性的考虑,特别要重视物理环境和人文环境因素的影响。</h3><h3><br></h3><h3>在学校这个场域下,相对于科技教育场馆和校外教育机构有其自身特点。目前学校最基本的教学组织形式为班级形式、班级规模相对固定(40人左右)、教学时长固定(一节课40分钟左右)、教学周期为学期(20周左右)、学生学习内容基本按年龄划分(年级)、教师按学科划分。</h3><h3><br></h3><h3>综合以上因素,学校的STEM教育活动开展,最重要的一点是要面向全体学生,而不是面向部分学生的特长教育,这就要考虑到活动的普适性;学校稳定的教学组织形式既是STEM教育活动开展的有力保障又常常会带来一些限制,这就要求考虑活动的系统性和灵活性行;虽然STEM教育倡导跨学科学习,但学校基本依然采用的是分科教学形式,这就要求活动既要突破学科本位的思想又要依托于学科教学基础。</h3><h3><br></h3><h3>对于STEM教育活动的开展,学校既会有像科技教育场馆一样较大规模的、具有主题性的活动,如科技节,也会有像校外教育机构一样,面对不同年龄阶段的、相对小范围的活动,如社团或俱乐部形式,还会有以班级为单位,综合实践类课程形式。因此,对于基于学校场域下的STEM教育活动研究具有一定的普遍可借鉴性。</h3> <h3>二、 学校场域下STEM教育活动不同维度的划分</h3><h3><font color="#b04fbb">(一) 从时间的角度来划分</font></h3><h3>在学校开展STEM教育活动,时间是一项需要考虑的重要因素。这是活动开展的基础,学校的课时安排固定且不易调整,往往是牵一发而动全身,所以若没有考虑到时间因素,即便是很好的STEM教育活动也很难落地实施。</h3><h3>在学校可以40分钟、90分钟、120分钟为基础来划分,40分钟为学校中标准的一课时,但由于STEM教育活动实践性的要求,在40分钟内很难完全完成,所以通常会把某一活动划分为三至四次课来完成,形成一个教学单元,这对于STEM教育来说,虽然不是一个很好的方式,但在学校中是最具可操作性的。90分钟相当于学校中的两节课连排,随着教育改革的深入,这种排课形式也愈加常见,这种形式在学校中可以算是一种可实现的较好选择了。在学校中通常也会开展一些以年级为单位甚至全校的STEM教育活动,通常时间会更长,可以化为120分钟的类型。当然STEM教育不应以时间设限,也会有类似STEM日或活动周,甚至更长时间的活动,但就现有的学校教育模式而言,可以简单的以此划分。</h3> <h3>(二)从学科基础的角度来划分</h3><h3>虽然STEM教育强调跨学科,但是在学校中开展使用的是现有的学科课时和学科教师,从这个角度来看,学校通常会利用科学课、技术课(信息技术课、劳动技术课、通用技术课)、综合实践课的课时和教师资源来开展STEM教育活动。</h3><h3>以科学学科为基础的STEM教育活动开展的最为广泛,在STEM教育引入之前,科学课教学就早已有“做中学”之类的教育理念,在2017年国家颁布的科学课程标准中又强调了科学课要“注重引导学生动手与动脑相结合,增强学生问题意识,培养他们的创新精神和实践能力。”在课程内容上也更加突出了“技术与工程领域”,这就使得以科学学科为基础的STEM教育是在学校中最具可行性,开展最广泛的教育活动。</h3><h3>随着国家对创客教育和人工智能教育的重视,以技术课为基础的STEM教育活动也日益受到重视。这些活动更加以技术为基础,特别是信息技术,通过开源硬件和电脑编程进行“智造”活动,这在学校中开展的也日益广泛。</h3><h3>在教育部最新颁布的《中小学综合实践活动课程指导纲要》中明确指出,“综合实践活动是国家义务教育和普通高中课程方案规定的必修课程,与学科课程并列设置,是基础教育课程体系的重要组成部分。该课程由地方统筹管理和指导,具体内容以学校开发为主,自小学一年级至高中三年级全面实施。”将综合实践活动课列为国家必修课程,同时允许学校自主开发课程内容,这无疑为开展STEM教育提供了政策保障。还不止于此,在各个学科教学中都更加强调“综合实践”,如在语文和数学学科的课标中就分别设置了“综合性学习”和“综合与实践”的课程内容。甚至在2018年出台的《北京市普通中小学校全面实施素质教育督导评价方案》中明确要求,“加强科学类课程实验教学和实践活动,落实中小学校各学科平均不低于10%的课时用于开展校内外综合实践活动课程的要求”。可见,国家的教育改革和政策使得各个学科都有开展STEM教育的空间,也只有当STEM教育不再是某个学科的事情的时候,STEM教育才是真正的落实。</h3> <h3>(三)从对STEM教育的理解来划分</h3><h3>许多STEM教育工作者都能说出STEM教育的基本含义,但是对STEM教育的理解可能会不尽相同。最简单的划分可以有狭义和广义两种。在这里把在狭义理解基础上开展的STEM教育活动称为“硬STEM”,把在广义理解基础上的STEM教育活动称为“泛STEM”。</h3><h3>泛STEM教育活动形式更加多样,可以是基于某一学科的,也可能是基于学校活动的,总体来讲都强调动手实践,丰富学生的体验,是对学科知识的综合运用,或是对社会现实问题的关注。硬STEM教育活动更加强调以“技术与工程”为核心,训练学生能够像真正的工程师一样思考,注重学生工程实践能力的培养。不论是硬STEM还是泛STEM,都有利于促进教师教学方式的转变,有利于提升学生的综合素质和创新能力。</h3> <h3>三、 学校中的STEM教育活动类型与案例</h3><h3>中国人民大学附属中学实验小学自2018年9月在学校中开设STEM课,经过一段时间的实践探究,为更好的进行课程设计与实施,学校将STEM课分为了:科学探究类、手工制作类、电子信息类和工程挑战类。</h3> <h3>(一)科学探究类</h3><h3>科学探究类STEM课重视与科学知识原理的结合,注重科学探究过程和工程实践能力,渗透人与自然、人与社会关系的教育。如《种子的家》一课(见图1),以三年级下学期科学课“植物的生长变化”为课程内容设计出发点,让学生使用具有三层结构的一次性塑料杯和纸巾等制作使种子更容易发芽的容器,期间还讲解了毛细现象的科学原理,认识了塑料的种类进而帮助学生树立塑料回收和环境保护的意识,同时也为进一步对植物生长进行科学探究做好了准备。</h3><h3>科学探究类课程不同于科学课中的小实验,并不是单纯的为了验证或观察某个科学原理或现象,而更注重多学科的融合和学生工程实践能力的培养。</h3> <h3>(二)手工制作类</h3><h3>手工制作类STEM课以“实物”为导向,练习使用工具,重视在制作的过程中让学生发挥创造性,解决实际问题。如《我的衣服我来叠——制作叠衣板》一课(见图2),课程让学生以硬纸板为材料制作叠衣板,在制作的过程中会用到剪刀、美工刀、直尺等工具,将劳动教育与STEM教育相结合。</h3><h3>手工制作类课程不同科技小制作,所注重的是帮助学生建立工序、工艺等和工程技术相关的概念与知识的学习和能力培养。</h3> <h3>(三)电子信息类</h3><h3>电子信息类STEM课以电子技术和信息技术为基础,使用开源电子和软件编程进行“造物”,强调将技术应用于生活。如《仰卧起坐计数器》一课(见图3),以体育健康达标测试的实际应用为出发点,让学生使用Microbit电子开发板通过图形化编程实现仰卧起坐计数的功能。</h3><h3>这类课程与传统的信息技术课不同,不局限于对电脑软件的学习,强调把创意变为现实,常常以项目的形式组织教学。</h3> <h3>(四)工程挑战类</h3><h3>工程挑战类STEM课强调工程思维,在限制条件下进行建造或制造活动,以“更高、更快、更强”等设立挑战目标,让学生体验工程设计与制造流程,理解工程过程与方法。如《纸牌塔搭建》一课(见图4),以有限纸牌数量和搭建形式为限制,挑战纸牌搭建的层数。</h3><h3>工程挑战类课程可以提升学生的团队合作能力,塑造学生坚毅的品格,通过设计有挑战性的任务激发学生的创新能力。</h3> <h3>  STEM教育旨在培养出能够适应时代发展的创新型人才,学校教育依然是人才培养的主阵地,通过对学校场域下的STEM教育活动的分类,可对STEM教育活动的设计与实施提供思路与指导,促进学校教育的变革。</h3><h3><br></h3>