沈永翔

（杭州市上城區(qū)教育學院，浙江 杭州310006）

一、引言

為促進教育國際交流，學習借鑒美國STEM教育經(jīng)驗，浙江省教育廳與美國印第安納州教育廳在2017年和2018年暑期合作實施了 “浙江—美國印第安納州中小學STEM課程平移項目”（以下簡稱“中美STEM平移課程”），邀請美國教師走進浙江的中小學課堂，組織我國教師觀察STEM課堂學習過程，感受美國教師課堂組織與教學實施的方法，幫助我國教師客觀、全面地體認STEM學習活動的特點[1]。平移課程針對我國教師的教學實踐需求，在學習項目選擇上突出動手實踐的特色，包括機械制作、電路制作、機器人等動手實踐項目，以及交通運輸、建筑與橋梁、資源回收、航空工程、太空安全等技術(shù)應用領域的研究課題等。同時，鼓勵參加培訓的教師基于STEM課程案例開展研討與交流，美國方面就平移項目的開展有針對性地安排STEM教育通識講座，啟發(fā)我國教師超越具體的學習項目和教學細節(jié)，思考STEM課程中學與教的策略。

在2018年浙江省人民政府督導委員會發(fā)布的浙江省縣域教育現(xiàn)代化發(fā)展水平的檢測報告中，杭州市上城區(qū)名列全省榜首，凸顯出上城教育在浙江教育中的區(qū)位優(yōu)勢。上城區(qū)的STEM教育在自主探索的基礎上，以開放和創(chuàng)新的教育理念，鼓勵教師開拓視野，學習和借鑒國內(nèi)外STEM教育的優(yōu)秀經(jīng)驗，并積極組織教師參與中美STEM平移課程項目培訓。2017年選派24位骨干教師參加，2018年選派36位STEM相關(guān)學科教師參加，并以此為契機在全區(qū)開展新一輪的STEM教育探索。

STEM教育區(qū)域推廣是STEM教育得以普及與發(fā)展的基礎，是促進區(qū)域教育公平、提升區(qū)域教育質(zhì)量的根基。在區(qū)域?qū)用?，STEM教育以怎樣的課程形式介入現(xiàn)有教學生態(tài)，重塑新型學習文化，如何把毫無STEM教學經(jīng)驗的教師引向STEM專業(yè)教師，如何激勵廣大科學、數(shù)學、信息技術(shù)等中小學一線教師開展STEM教學實踐，是STEM教育可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。因此，在區(qū)域?qū)用嫣剿鱏TEM教育的推廣策略對于有效開展STEM教育具有重要意義。

二、中美STEM平移課程的契機

以2017年中美STEM平移課程為分界點，上城區(qū)STEM教育推進工作大致可分為兩個階段。在平移課程項目之前，上城區(qū)的STEM教育實踐呈現(xiàn)的是零散的、點狀的、試驗性的態(tài)勢，主要是一些科學骨干教師在STEM理念與學科教學的融合方面積極探索。2017年7月，第一屆中美STEM課程平移項目啟動，上城區(qū)的勝利實驗學校作為承辦學校之一，為STEM教育工作者提供了研討與交流的學術(shù)平臺；2018年7月，第二屆中美STEM課程平移項目啟動，上城區(qū)的清河實驗學校作為承辦學校之一，為STEM教育工作者提供了研討與交流的學術(shù)平臺。中美STEM課程平移項目為上城區(qū)STEM教育發(fā)展帶來的契機主要包括以下幾個方面：

1.喚醒學科融合的意識

STEM教育強調(diào)不同學科之間的知識聯(lián)系，引導學生運用跨學科的思維方式解決現(xiàn)實生活中的問題，主要圍繞科學、技術(shù)、工程、數(shù)學等相關(guān)科目領域展開，各科目領域在支持學生認識和改造世界的過程中均發(fā)揮重要的作用[2]。美國教師在平移課程中的基于項目學習或基于研究的學習，給長期以來分科教學的上城教師帶來直觀的、現(xiàn)場的觀念沖擊，讓教師接觸到原汁原味的STEM教學，體驗到美國教師的課堂組織方式、評價方式等，喚醒了教師在自己的課堂中開展學科融合的意識，激發(fā)教師投身STEM教學的興趣。

2.提升教師STEM教學技能

美國教師在STEM課堂節(jié)奏把控、課堂氣氛營造、合作技巧指導和學生評價方式等方面，有諸多經(jīng)驗可供我國教師參考：①教學節(jié)奏，美國教師善于根據(jù)班級學生的學習能力靈活調(diào)整教學進度，即使由于學生的學習能力比預期弱導致完成不了預設的教學目標也會放慢速度，保證不落下一個學生；②課堂氛圍，美國大多數(shù)教師在課堂上會用夸張的表情、動作、聲音表現(xiàn)自己教學的激情，吸引學生的注意力和參與的興趣。我國教師在課堂上一般不茍言笑，甚至有的教師在課堂上不說一句與教學內(nèi)容無關(guān)的“廢話”；③合作指導，美國教師通過游戲、話題交流、活動等形式強化學生的小組合作意識，并在STEM學習過程中強調(diào)組內(nèi)協(xié)作互助，共同完成學習目標。然而我國教師一般沒有花時間培養(yǎng)小組合作的意識，最常見的是指定小組合作，并且為提高課堂時間的利用效率，常常直接分派給小組成員具體職務；④評價方式，由于衡量學生學習能力的標準不同，中美教師采取的評價方式也不同。美國教師擅長綜合運用正式與非正式評價，過程性與總結(jié)性評價，教師評價、同伴互評與自我評價相結(jié)合的方式對學生進行全面評價，并關(guān)注學生在各個領域的表現(xiàn)。我國教師往往運用紙筆測試或總結(jié)性評價來衡量學生的學習效果。

3.匯聚STEM教師研修共同體

在選派教師參加中美STEM課程平移項目時，秉持“學科相關(guān)、骨干優(yōu)先”的原則，兩次參加平移課程培訓的教師共計60人次，涵蓋了科學、數(shù)學、信息技術(shù)、英語、綜合實踐等學科的優(yōu)秀教師。這一教師群體往往在本學科的教學業(yè)務上已小有成就，對新鮮的教學理念、教學方法抱有濃厚興趣，由他們組成的STEM教師研修共同體是上城區(qū)開展STEM教學改革的生力軍。

以此為契機，上城區(qū)教育學院從區(qū)域?qū)用鎸徱昐TEM教育對中小學課程改革的推動作用，考察STEM區(qū)域推進的可行性與可能路徑，力圖在先前點狀的、試驗性的STEM教育的基礎上，開啟STEM教育推進工作的第二階段，即讓STEM教育惠及全區(qū)的中小學師生，促進區(qū)域STEM教育的提質(zhì)增效和均衡發(fā)展。

三、區(qū)域STEM教育推廣的策略

區(qū)域STEM教育的推進，在參與主體上，需要政府、教師、學生、企業(yè)共同努力；在實施內(nèi)容上，需要將教育理念、政策、課程、裝備、培訓、文化建設等內(nèi)容有機融合[3]。STEM教育作為一種新型教學方式，其推廣和普及必然是一項復雜的系統(tǒng)工程。從實踐層面來說，制約區(qū)域STEM教育推進的因素可以歸結(jié)為三個要點：①人的因素，即師資的培訓，怎樣把毫無STEM教學經(jīng)驗的教師培養(yǎng)成具有一定專業(yè)水平的STEM教師；②課的因素，即課程開發(fā)，怎樣開發(fā)適合區(qū)域內(nèi)中小學生的STEM課程；③時間的因素，即課時保障，怎樣在課程與課業(yè)時間比較緊張的中小學，保障STEM課堂的教學時間，協(xié)調(diào)教師與學生的上課時間。針對以上制約因素，上城區(qū)通過培育STEM教師研修共同體加強師資建設，通過國外引進與自主開發(fā)建設STEM課程，并制定相應的教師激勵措施和課程實施保障，推進區(qū)域STEM教育發(fā)展。

1.師資建設：培育STEM教師研修共同體

（1）STEAM教育名師工作坊

STEAM教育名師工作坊由資深STEAM名師章迎華領銜，其成員包括9所中小學的科學、數(shù)學、信息技術(shù)、美術(shù)學科教師，是一個跨學校、跨學科的教師研修工作坊。工作坊每月組織一次現(xiàn)場活動，不定期進行網(wǎng)上研討活動，活動形式豐富多彩，包括讀書會、觀點沙龍、頭腦風暴、經(jīng)驗分享、專家指導、教學展示、外出訪學等，促進參與教師對STEM教學理念的理解與教學技能的提升。同時，通過教研活動積累優(yōu)質(zhì)STEM教學資源，為后續(xù)優(yōu)質(zhì)資源的區(qū)域分享做準備。

（2）科學教師研修共同體

STEM教育強調(diào)各學科融合，強調(diào)學生實踐能力與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，這與小學科學的教育目標相一致。在科學教研員聞蓉美老師的帶領下，先后開設了一系列STEM教學研修課程，如《基于工作坊項目學習下的小學科學教師專業(yè)能力提升》《基于新課標及STEM理念下的教師實踐能力提升》《基于STEM理念下的項目主題式教學研究》等，從科學學科教學的角度，推進STEM教學方式變革?？茖W教師的研修活動主要關(guān)注怎樣通過STEM項目學習，促進學生主動學習和深度學習，提升團隊合作能力，增強學生的問題解決能力，同時改變教師的教學理念，變革教學方式。以骨干科學教師為主，其他教師共同參與，通過區(qū)域指導和協(xié)調(diào)，穩(wěn)扎穩(wěn)打，成熟一個STEM項目，推廣一個項目。

（3）教育信息資源中心組織的相關(guān)研修與培訓

上城區(qū)教育信息資源中心開設《小學數(shù)學教育與創(chuàng)意編程》，鼓勵全區(qū)的數(shù)學教師參與，希望通過游戲化的方式，讓數(shù)學教師們認識編程，體驗通過技術(shù)解決問題的樂趣。數(shù)學教師在iPad上編寫程序，控制無人機和機器人完成指定任務。目前STEM教育中，科學、技術(shù)和工程領域的體現(xiàn)是較為充分的，在數(shù)學方面的體現(xiàn)上不突出。編程課程的開設，意在帶動一批數(shù)學教師參與到STEM教學中，增加STEM教學中的數(shù)學味道。同時，教育信息資源中心根據(jù)區(qū)域STEM教育的發(fā)展情況，組織一系列的教育沙龍活動，邀請高校專家、企業(yè)組織等和一線教師一起探討STEM教育中的相關(guān)問題。例如2018年11月，以初中STEM教學推廣為主題，特邀浙江省STEM協(xié)同中心資深專家、浙江大學教授劉徽開設講座。專家的研究成果往往是高屋建瓴，教師們與劉教授深度互動，探討怎樣通過STEM的真實性學習，促進學生的復雜問題解決能力，培養(yǎng)學生的專家思維。

（4）積極參與其他研修與培訓

為了加深教師對STEM理念的理解，上城區(qū)組織教師參與STEM相關(guān)的浙江省教師培訓，以促進教師之間的學習與交流。另外邀請STEM未來計劃等機構(gòu)從理論和實踐出發(fā)，為部分學校組織《瘋狂過山車》實操課和《科學與工程實踐》理論培訓等。

除此之外，上城區(qū)鼓勵教師以開放的視野看待STEM教育，組織了2017年上城區(qū)骨干教師赴加拿大STEAM課程研修團，讓教師充分感受國外STEM課程與教學的形式與文化，更好地服務于本土STEM教學。

2.課程開發(fā)：國外引進與自主開發(fā)并重

目前STEM課程大致分為兩種類型：一是翻譯國外STEM教育的課程資源和設置體系，然后進行二次開發(fā)；二是國內(nèi)機構(gòu)、教師根據(jù)自己的理解、經(jīng)驗，自主開發(fā)。從實施上看，從國外購買課程的費用很高，很多知識體系和國內(nèi)尚未有很好的銜接，教師使用起來需要有專門的培訓。而國內(nèi)的課程則普遍依托技術(shù)工具進行設計和實現(xiàn)，多以技術(shù)類課程的學習為主。

STEM教育是跨學科的項目式學習，以問題解決為導向的綜合素質(zhì)教育。課程是STEM得以落地實施的載體。對于廣大一線教師而言，獨立開發(fā)STEM課程往往需要耗費大量的精力與心血，且課程的專業(yè)性也難以保障。因此，上城區(qū)決定采取比較穩(wěn)妥一點的方式，即引進國外成熟的STEM課程，與具有浙江教育出版社背景的STEM未來計劃團隊一起，進行本土化改造，合作開發(fā)STEM課程。目前，已經(jīng)聯(lián)合研發(fā)的STEM課程如《電風扇的秘密》《躲避高溫》《書包新技能》《降落傘》《通信密碼》《藍色星球》等已涵蓋小學全學段，并在全區(qū)17所學校開展教學實踐，旨在通過STEM課程來普及K-12階段的工程教育，培養(yǎng)每個孩子系統(tǒng)解決問題的能力，為孩子的未來賦能。

合作開發(fā)并不是簡單的拿來主義，國外的STEM教育雖然在課程設計、材料保障、學習評價等方面較為成熟，但由于教學對象、學習文化、課堂組織等方面的差異，無法直接應用于中國的STEM課堂，因此必須對其進行本土化的改造。上城區(qū)鼓勵一線教師根據(jù)課程標準和學生需要，在國外STEM課程的基礎上，加入自己的思考，開發(fā)出適合上城學生的STEM課程。在整個課程的開發(fā)過程中，我們與STEM未來計劃團隊始終以“5E教學法”貫穿項目學習，并在項目中融入8項工程實踐能力的訓練，從而培養(yǎng)學生系統(tǒng)性解決問題的能力。下面以《降落傘》為例分析其設計思路，了解如何達成STEM多學科領域的融合與集成。

《降落傘》的STEM課程設計主要包括：引入問題并確定需求、宣布挑戰(zhàn)任務、分享交流、學生討論及設計降落傘等環(huán)節(jié)：①情景導入環(huán)節(jié)。設計地震中因山地地形復雜、道路損壞嚴重，人員和車輛無法從道路進入災區(qū)的特殊情況，要求學生設計一個可以在該情形中完成救援任務的降落傘。于是在教師的引導下，學生開始關(guān)注降落傘、傘面形狀、傘繩長短、傘的結(jié)構(gòu)、設計和功能等，進而搜集有關(guān)降落傘、傘面大小對降落傘下降的影響、傘繩的多少對降落傘下降的影響、傘兵和投放物資的降落傘的相關(guān)資料。②教師宣布挑戰(zhàn)任務。學生開始設計并制作一頂可攜帶200克左右重物且能夠平穩(wěn)下降的降落傘，該降落傘還要求下落的時間要長且可以在4米左右高空安全釋放、打開并安全降落在指定的區(qū)域內(nèi)。③分享交流環(huán)節(jié)。教師需要先了解學生有關(guān)降落傘的前概念知識掌握情況，如降落傘的草圖繪制、構(gòu)成材料、穩(wěn)定性，降落傘的主要結(jié)構(gòu)和功能，降落傘如何攜帶重物緩慢下降等。在對降落傘相關(guān)知識的了解和掌握的前提下，學生在分享交流環(huán)節(jié)會產(chǎn)生思維碰撞，進而為更好地設計和制作降落傘做好鋪墊。④學生開始討論并設計和制作降落傘。設計之前，要給出設計文檔的要求和關(guān)鍵問題的引入，其中，設計文檔的要求包括設計草圖繪制、尺寸標注、比例等，關(guān)鍵問題的引入要考慮降落傘可以平穩(wěn)下降的功能以及制作時要特別注意的地方，此外，還應鼓勵學生大膽嘗試、自主設計與創(chuàng)新制作。

《降落傘》項目的學習，是一種整合科學、技術(shù)、工程和數(shù)學的學習，學生在整個學習過程中會運用科學探究和工程設計的過程實現(xiàn)跨學科學習。該項目學習中需要關(guān)注和理解科學問題、技術(shù)問題、工程問題、數(shù)學問題、運用設計過程解決問題及評價標準等。

（1）科學問題：知道降落傘是利用空氣阻力、依靠相對于空氣運動充氣展開的可展式氣動力減速器；認識降落傘的主要組成成分有傘面、傘繩、開傘部件和傘包等；知道傘面的大小、形狀、材料，傘繩的長短、多少，懸掛物的輕重會影響降落傘的下降速度。

（2）技術(shù)問題：掌握降落傘的制作技巧，如傘的裁剪、傘繩與傘衣的連接等；會設計對比實驗研究降落傘下降的影響因素。

（3）工程問題：會畫降落傘的三維視圖；能制作穩(wěn)定下降的降落傘；通過迭代，不斷優(yōu)化降落傘。工程內(nèi)容是該課程的主體?？梢詣?chuàng)設“地震中載重物安全救援”或創(chuàng)設“載人返回艙安全著陸”的情境提出問題，即設計安全降落傘。在分析問題的基礎上，為學生提供更多的背景經(jīng)驗活動，以支撐他們學習相關(guān)知識、積累必備的實踐經(jīng)驗。

（4）數(shù)學問題：能繪制降落傘的結(jié)構(gòu)圖，標明部分尺寸及所用材料；能設計對比實驗的數(shù)據(jù)表格，并記錄實驗數(shù)據(jù)；能對實驗數(shù)據(jù)進行合理的解釋。

（5）運用設計過程解決問題：學生在了解一定經(jīng)驗、具備相關(guān)能力后，課程將進入解決問題的環(huán)節(jié)：設計、制作、測試、改進和交流。學生在完成降落傘的項目后，會經(jīng)歷分析任務、設計方案、設計匯報、制作與測試、撰寫研究報告、交流與反思等一系列過程。在STEM課程中，不僅培養(yǎng)了學生解決問題的能力，更培養(yǎng)了學生積極思考、敢于質(zhì)疑的精神。

（6）評價標準：STEM學習的評價注重主體多元化評價，不僅有以教師為主體的學校評價，還有項目團隊的自我評價、團隊之間的相互評價，評價過程包括過程性評價和成果評價，主要從項目選擇、方案設計、產(chǎn)品制作、項目展示、資源利用等方面進行評價。《降落傘》的課程依據(jù)“5E教學法”的“參與、探索、解釋、遷移和評價”各過程環(huán)節(jié)，給出了詳細的評價，進而幫助教師及學生了解他們的發(fā)展與進步。

課程開發(fā)后，還需要經(jīng)過不斷的嘗試和實踐，及時發(fā)現(xiàn)課程中的不足、完成課程的迭代。例如，教師在實踐過程中發(fā)現(xiàn)，活動中數(shù)學領域的知識涉及較少，于是在《降落傘》項目中額外增加了傳感器模塊，記錄降落傘下落過程中的數(shù)據(jù)，要求學生通過對數(shù)據(jù)的分析提高降落傘制作的質(zhì)量，探尋物體下落中的物理規(guī)律。

總之，《降落傘》項目能夠使學生專注于問題、事例、積累經(jīng)驗和解決生活中的實際問題，還可以給學生提供搜集資料和觀察設計的機會，學生通過討論、交流與反思，形成自主學習、合作學習、自我監(jiān)控、自我反思和自我評價的學習方式及理念。學生通過設計、制作和分享，培養(yǎng)敢于嘗試、善于體驗和勇于實踐的良好品質(zhì)和終身學習理念。

3.教師激勵：促進STEM教學的成果化

教師是踐行STEM教學的主體。STEM教育對教師提出了更高的要求，由于我國STEM教育處于起步階段，各學校幾乎沒有STEM教育的專職教師。中小學從事STEM教育的教師多為兼職教師，由科學、信息技術(shù)等學科教師兼職從事STEM教育，或是從校外教育機構(gòu)聘用。在教師培養(yǎng)方面，學校主要采用相關(guān)的理論講座、技術(shù)培訓與課例觀摩等活動形式，來提升教師對STEM教育的理解水平和應用技能。

為鼓勵教師積極參與STEM實踐，上城區(qū)出臺了一系列激勵措施，促進教師STEM教學實踐的成果化：①在上城區(qū)教師多媒體教育軟件制作評比活動中，特設STEM案例專項；②在教科研課題申報時，優(yōu)先支持STEM主題相關(guān)的課題研究；③在《上城教育研究》的“智慧教育”模塊開辟STEM教育專欄，刊載區(qū)內(nèi)優(yōu)秀的STEM教學案例和論文；④在項目實踐的過程中，不斷進行版本迭代和優(yōu)化，集合全區(qū)優(yōu)秀教師的智慧，針對諸如《機器人工程師》《挑戰(zhàn)音樂節(jié)》《降落傘》等優(yōu)秀案例優(yōu)先安排出版。STEM相關(guān)案例、課題和論文的撰寫，既是教師本人在STEM教學方面的進一步深化，也是對教師本人STEM教學實踐的認可，進一步激發(fā)教師對STEM教育理念的認同和教學的熱情。

4.實施保障：保障課程資源和開課時長

STEM教育在美國備受重視，而我國同樣對其抱有極大的期望。STEM教育可以彌補分科教學的弊端，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維與解決問題的能力，這是課程改革力圖達到的目標之一，也符合新時代下我國對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需求。課程建設方面，學校多以教育研究機構(gòu)和公司購買為主。目前，我國的STEM課程在學校的存在形態(tài)表現(xiàn)為必修課、選修課、社團活動課。課程形式多集中于社團課程與選修課。學校層面上，一些學校與科研院所或教育企業(yè)合作，積極建設STEM學習空間，引進STEM課程和教師培訓項目，STEM教育是一個以多學科融合促進學生創(chuàng)新能力、問題解決能力和實踐能力發(fā)展的大概念，需要各個學科不同程度地參與其中。我國在STEM教育的政策制定方面比較欠缺，目前還沒有將其置于國家競爭力的提升戰(zhàn)略層面，我們也很難看到學校制定相應的對策，打破學科壁壘，在各學科進行積極推進。

如果要讓STEM成為一種普惠的、日常的教學方式，那么它一定不是幾次公開課或教研課的問題，需要必要的課時保障。為此上城區(qū)在區(qū)域?qū)用嬖O立專項經(jīng)費，為參與STEM教學改革的學校采購課程、設備等資源。目前，上城區(qū)中小學全員參與STEM教學，其中深度參加即獨立開設STEM課程的中小學有17所，占總比例60.7%，在課時安排上，保障這些學校至少每周一節(jié)STEM課。

四、結(jié)束語

STEM教育區(qū)域推廣的關(guān)鍵在于，區(qū)域自身發(fā)展狀況各有不同，因勢利導，依托自身的環(huán)境和條件，分析區(qū)域優(yōu)勢和需求，尋找最優(yōu)化的推進策略。美國的STEM教育開展已逾30年，而我國近年來才開始關(guān)注STEM教育，在STEM教育理論與實踐方面的經(jīng)驗積累和文化積淀尚淺。在國外STEM已趨于成熟的情況下，是完全獨立自主在科學教育與勞動技術(shù)課程的基礎上發(fā)展本土STEM教育，還要充分吸收國外優(yōu)秀的STEM教學經(jīng)驗并加以改造和利用？答案是不言而喻的。上城區(qū)牢牢抓住承辦兩次中美STEM平移課堂項目的機遇，以開放和創(chuàng)新的姿態(tài)迎接STEM教學變革中的挑戰(zhàn)，喚醒教師的學科融合意識，提升教師STEM教學技能，同時匯聚了一個熱衷于STEM教學的教師群體，通過師資建設、課程開發(fā)、教師激勵和實施保障等策略，促進STEM教育的常態(tài)化和普及化。