劉瑤

摘? 要： STEM是一種綜合性的跨學科學習手段，它注重對科學思維和理性思維的培養(yǎng)。隨著科技信息時代的到來，STEM得到了廣泛的重視。美國等一些發(fā)達國家頒布政策法令大力支持STEM教育，使得STEM教育在正規(guī)的學校教育和非正規(guī)的教育機構(gòu)中得以很好地發(fā)展。中國對STEM教育的認識較晚，但是也在探索嘗試中逐漸發(fā)展起來，如今STEM教育已在學校以及科技館中得到廣泛應(yīng)用。而博物館在促進STEM教育發(fā)展中的重要性卻往往被忽視。博物館應(yīng)正確認識自身在STEM教育中的價值，并逐步發(fā)揮自身在STEM教育領(lǐng)域的作用，以期更好地服務(wù)于兒童。

關(guān)鍵詞：STEM;博物館;兒童

引 言

STEM教育是一種新興的教育理念和模式。簡單來說，STEM是科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫，但其含義不止于此，其根本核心是將這四門學科整合成一個有機整體，旨在培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神[1]。STEM教育與人們的生活是息息相關(guān)的。從宏觀方面來看，STEM教育有助于我們了解自然、認識世界，以及提高人們利用自然資源、改造生存環(huán)境的能力。從微觀方面來看，燈會發(fā)光發(fā)熱、車輪是圓的、熱水吹一吹會變涼等日常生活現(xiàn)象中都蘊含著STEM原理。STEM教育啟發(fā)我們把科學知識運用于生活中，重視培養(yǎng)科學思維和理性思維。同時，STEM教學更注重教育的實踐性，鼓勵兒童動腦、動手，培養(yǎng)兒童的綜合技能，在幫助兒童學習方面發(fā)揮著重要作用。

一、STEM教育的發(fā)展概述

STEM教育起源于美國。一直以來，美國都十分重視培養(yǎng)具有STEM教育背景的人才。隨著科技時代的到來，科學技術(shù)成為促進各國發(fā)展，并在國際競爭中保持優(yōu)勢的重要因素，而培養(yǎng)能夠綜合運用STEM知識解決實際問題的創(chuàng)新人才成為一項勢在必行的舉措。1986年，美國國家科學委員會發(fā)表了《本科的科學、數(shù)學和工程教育》報告[2]，標志著美國開始關(guān)注學生理科能力的培養(yǎng)。此后，美國開始全面推進實施STEM教育。1999年，美國國家科學基金會（National Science Foundation）發(fā)表了題為《塑造未來：透視科學、數(shù)學、工程和技術(shù)的本科教育》的報告，提出了關(guān)于促進STEM教育的政策建議。2000年以后，美國公布了一系列文件和法案，如《美國競爭力計劃》《美國創(chuàng)新戰(zhàn)略》《教育中的創(chuàng)新愿景》《美國創(chuàng)造機會以有意義地促進技術(shù)、教育和科學之卓越法》等。這些文件和法案均強調(diào)了STEM教育在人才培養(yǎng)中的重要地位。正是由于國家為STEM教育提供了有力的組織保障及資金支持，使得美國的STEM教育戰(zhàn)略得以有效實施，并對美國整個國家的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。

中國的STEM教育起步較晚，從文獻來看，2014年以后，有關(guān)STEM教育的文章在數(shù)量上才開始穩(wěn)步增加，尤其在2016年有了明顯的增長。由于中國對STEM的認識剛剛起步，這一階段該主題的文章多集中在介紹STEM的定義、特征，以及國外STEM教育的發(fā)展經(jīng)驗等方面，未形成完整的體系，也缺乏實踐經(jīng)驗。2016年以后，STEM、STEAM 等詞語才開始頻繁出現(xiàn)在與教育相關(guān)的文件里。2016年6月，教育部印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》通知明確指出，積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學科學習（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，為教育信息化提供了更為廣闊的發(fā)展空間[3]。這一政策表明了國家對培養(yǎng)具有STEM教育背景的人才的重視。2017年和2018年兩年，中國陸續(xù)發(fā)布了《中國STEM教育白皮書》《中國STEAM教育發(fā)展報告（起點篇）》《中國STEM教育2029行動計劃》《STEM教師能力等級標準（試行）》。2019年11月，教育部發(fā)布了《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點》，規(guī)定從跨學科學習（STEAM教育）等四個方面探索推進信息化教學應(yīng)用的長效機制。2019年3月，教育部發(fā)布了《關(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見》，規(guī)定把學生實驗操作情況和能力表現(xiàn)納入綜合素質(zhì)評價。這些舉措表明，中國政府和社會力量也都在支持STEM教育的發(fā)展，同時國內(nèi)學者對STEM教育也逐漸有了更清晰的認識。

二、國外的STEM教育實踐

美國十分重視對具有STEM教育背景的人才的培養(yǎng)：在學校正規(guī)教育方面，美國政府加大從小學到大學STEM教育的支持力度;在非正規(guī)教育方面，政府鼓勵教師把學生帶到科技館、博物館等校外場所進行科學啟蒙教育，鼓勵學校和科技館、博物館等建立長期有效的合作關(guān)系，以加強學生STEM綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。美國最著名的兒童博物館之一波士頓兒童博物館，是孩子們的天堂，博物館像兒童樂園一樣色彩豐富，設(shè)置了兒童喜歡的各種動手參與項目。兒童可以觀察小球或小船在流動的水中的漂流方向和速度，觀看小球在不同的軌道中的運動軌跡，還可以親自動手做木工活等。同時，波士頓兒童博物館還專門為教師和家長撰寫了幼兒STEM教育的活動指南《STEM萌芽》（STEM Sprouts）。美國芝加哥兒童博物館是一個將學習和游戲相結(jié)合的地方，博物館中有恐龍遠征、水稻探險等展覽，可以讓兒童在駕駛模型汽車時了解汽車的構(gòu)造，在航天飛機模型里了解航天飛機的知識。這種鼓勵兒童探索，并讓其自己發(fā)現(xiàn)、建構(gòu)知識體系的游戲過程就是STEM教育的重要體現(xiàn)。美國匹茲堡兒童博物館和西雅圖兒童博物館都以啟發(fā)兒童的想象力和創(chuàng)造力為宗旨，為他們提供教育項目。

除美國外，很多其他國家也非常重視STEM教育。英國重視低幼階段的科學教育，鼓勵科技館等機構(gòu)對學校教師進行培訓，旨在幫助教師了解科學學習的方式，使教師能夠潛移默化地在教學中體現(xiàn)這一學習方式，同時鼓勵教師把學生帶到科技館進行科學啟蒙[4]。韓國國立果川科學館分設(shè)了不同的展館，其中兒童館專門為年齡較小的嬰幼兒而設(shè)計，通過游戲發(fā)展兒童的好奇心，鼓勵他們探索，啟發(fā)他們的思維。而在其基礎(chǔ)科學館中，兒童可以調(diào)動各種感官來感受自然科學的魅力。館內(nèi)還專門設(shè)計了“地震體驗” “臺風體驗” “流浪血管探索”“滴水之旅”等深受兒童和家長喜愛的STEM相關(guān)活動，兒童在游戲中獲得科學探索的經(jīng)驗，并發(fā)現(xiàn)隱藏在我們?nèi)粘Ｉ钪械目茖W原理[4]。日本為了實現(xiàn)中小學階段的STEM教育目標，對傳統(tǒng)教育進行了改革：從整體上修改教學大綱，增加STEM教育的課時和內(nèi)容，激發(fā)學生探索STEM的興趣，盡可能保證學生接受STEM教育機會的增加，從而提高全民STEM相關(guān)素養(yǎng);重點選拔、培養(yǎng)具有STEM天賦的學生;鼓勵女性從事STEM相關(guān)職業(yè);加大STEM教師培訓[5]。德國政府認為STEM教育應(yīng)貫穿整個教育過程，尤其關(guān)注在教育初始階段對STEM教育的應(yīng)用傳播。德國的STEM教育重視幼兒階段的啟蒙，到了中學教育階段，一部分中學專門培養(yǎng)學生的STEM技能，還有一部分中學開設(shè)了STEM教育項目，供學生們選擇。

三、中國的STEM教育實踐

中國的STEM教育實踐分為正規(guī)教育中進行的STEM實踐和非正規(guī)教育中進行的STEM實踐兩種。目前，許多幼兒園和小學都開展了STEM理念下的課程改革。以某幼兒園為例，園內(nèi)專門開辟出“木工坊”教室，作為開展兒童STEM教育活動的場所。教師擔任著啟發(fā)者和引導者的角色，鍛煉兒童使用工具的能力，同時注重培養(yǎng)兒童的溝通協(xié)調(diào)能力、動手動腦能力、處理問題能力、想象力等綜合能力[6]。國內(nèi)還有許多幼兒園已經(jīng)開始把STEM教育融入日常的教學中，用積木搭建房屋、軌道，以鍛煉兒童的技術(shù)思維能力和工程思維能力;一些精心設(shè)計的科學小游戲，如“破譯磁鐵的秘密”“追尋調(diào)皮的光”等，激發(fā)了幼兒科學探究的興趣。中國教育科學研究院STEM研究中心組織實施了“中國STEM教育2029行動計劃”，于2018年開展遴選領(lǐng)航學校及種子學校等相關(guān)工作。北京大學附屬小學、中國人民大學附屬中學實驗小學等79所學校被列為領(lǐng)航學校;北京市海淀區(qū)中關(guān)村第二小學、北京市海淀區(qū)中關(guān)村第一小學被列為種子學校。2017年到2019年，江蘇省已連續(xù)召開了三屆全省STEM教育大會，并在第二屆STEM教育大會上發(fā)布了《江蘇省基礎(chǔ)教育STEM課程指導綱要（試行）》。在兩年多的時間里，STEM教育在江蘇省的幼兒園和小學、初中學校中廣泛開展[7]。

如今，學校之外的非正式教育機構(gòu)也為兒童提供了開展STEM教育的場所，科技館、博物館、校外興趣班、兒童娛樂場所等都在積極開發(fā)STEM教育項目，其中科技館以其自身優(yōu)勢成為最重要的機構(gòu)之一?？萍拣^不僅在場館布置上注重科學知識的傳播，而且鼓勵兒童動手參與其中。為了配合STEM素養(yǎng)的人才培養(yǎng)目標，科技館開發(fā)了聚焦兒童參與的課程活動，讓兒童在玩的過程中培養(yǎng)邏輯思維能力和推理判斷能力，啟發(fā)他們對數(shù)學問題的敏感性以及人與人之間的互動交流能力，這些能力的培養(yǎng)都為兒童的多元化發(fā)展提供了可能。重慶科技館的STEM教育引導兒童在實驗中自己認識并領(lǐng)悟常見的晶體，不僅能讓他們學到自然科學知識，而且對他們建立科學的思維邏輯有較大幫助[8]。上海科技館不僅設(shè)有科學類展覽、電影等類型的展覽活動，還設(shè)有“STEM科技館奇妙日”教育活動。例如，“迷你污水處理系統(tǒng)”課程讓兒童了解污水對環(huán)境造成的破壞，“混色電路”課程讓兒童了解電路的結(jié)構(gòu)。這些身邊的科學引導兒童關(guān)注生活中的科學原理，引發(fā)他們對生活環(huán)境的思考。與科技館角色一樣，作為社會教育機構(gòu)的博物館也具有啟迪兒童科學素養(yǎng)、發(fā)展綜合能力的職責。博物館應(yīng)借鑒科技館的經(jīng)驗，啟發(fā)兒童動手、動腦，在“玩中學”“學中做”。同時，博物館更應(yīng)該關(guān)注兒童在參觀過程中自然而然產(chǎn)生的STEM探索契機，并抓住這些契機與博物館自身的優(yōu)勢結(jié)合起來，開展兒童的STEM學習活動。

四、博物館中的STEM教育

博物館一直被看作民族文化基因的寶庫，肩負著傳承與弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的重任，以至于忽視了博物館本身蘊含的科技力量和對科學思維能力的培養(yǎng)。其實，從博物館的文物本身到與觀眾互動的設(shè)施都包含著STEM元素。

（一）通過文物進行STEM教育

文物是歷史的標本，記錄著人類發(fā)展的歷程。同時，文物本身也代表著當時社會的科技發(fā)展水平。比如，素有“入窯一色，出窯萬彩”美譽的鈞窯瓷器，之所以能呈現(xiàn)出色彩豐富的變化，這是因為瓷器燒制的過程中金屬著色劑產(chǎn)生了氧化還原反應(yīng);瓷器上獨具魅力的開片紋飾是燒制過程中熱脹冷縮原理的體現(xiàn);銅鏡的廣泛應(yīng)用是因為銅具有較好的光澤度和延展性。這些科學知識為博物館開展STEM教育提供了豐富的素材。

為了充分發(fā)揮博物館的社會教育功能，助力兒童成長，2013年，吉林省博物院創(chuàng)辦了品牌教育活動——“奇趣博覽大講堂”;隨后該博物館又開設(shè)了一系列研學實踐教育課程，如“瓷苑掇英，大美青花”“泥條盤筑話陶藝”“百花圖卷繪春色”等。在研發(fā)實踐教育活動的過程中，博物館融入了對兒童STEM能力的培養(yǎng)。博物館不僅向兒童傳播中國優(yōu)秀的歷史文化，還挖掘文物中的科學知識，注重多學科知識的交叉，而且十分重視兒童動手能力的培養(yǎng)。課程通過知識小課堂、頭腦風暴、趣味游戲、巧手制作等多個環(huán)節(jié)，讓兒童手腦齊動，加深兒童對文物的了解。

“瓷苑掇英，大美青花”是吉林省博物院社會教育的品牌課程之一。課程介紹了瓷器的產(chǎn)生過程、發(fā)展歷史和制作步驟，讓兒童了解我國在世界享有盛譽的青花瓷器的奧秘。在課堂授課環(huán)節(jié)，教師首先會向兒童展示陶質(zhì)、瓷質(zhì)兩種材質(zhì)的杯子，通過讓兒童用手觸摸、用耳朵聽敲擊聲、用眼睛觀察杯子裝滿水后是否有滲出現(xiàn)象等引導兒童描述它們材質(zhì)的不同，啟發(fā)兒童自己總結(jié)出瓷器光滑、堅硬、耐臟耐腐蝕等特點。然后教師提出問題，例如“在生活中見到過哪些瓷器”“古代瓷器是什么樣的”“瓷器有什么作用”“瓷器是如何制作的”，通過這些問題，教師帶領(lǐng)兒童進入課程主題。提問的方式就輕松地融入了STEM的學習體驗。在這一過程中，兒童培養(yǎng)的好奇心、溝通能力、自信、主動思考等都屬于STEM思維方式。在介紹不同時期的瓷器時，授課教師會展示某一時期瓷器的照片，引導兒童交流并討論出瓷器的特點，并用以點概面的方式梳理出瓷器的發(fā)展就是從“百家爭鳴”到“一家獨大”的過程。最后授課老師會通過快問快答、連連看等小游戲幫助兒童回顧從課程中學到的知識，讓兒童自己在頭腦中建立古代瓷器與現(xiàn)代瓷器的聯(lián)系。在巧手制作環(huán)節(jié)，兒童可以自己動手設(shè)計并繪制瓷盤，通過回顧古代瓷器的圖案紋飾與裝飾手法，結(jié)合自己的想象力與創(chuàng)造力，創(chuàng)作出獨一無二的瓷盤。這個過程提升了兒童的審美情趣，同時也是STEM教育中工程思維能力的體現(xiàn)。

（二）通過展項互動進行STEM教育

不僅文物本身蘊含著STEM知識，而且博物館展項的互動性和創(chuàng)新性皆符合STEM教育的本質(zhì)。互動展項是博物館展示的一種新模式，為博物館展示提供了一種新思路。目前，越來越多的博物館在各個方面的發(fā)展抓住了STEM的探索契機，增設(shè)了數(shù)字化、現(xiàn)代化的互動展項，有意識、有目的地把STEM元素融入其中。

博物館發(fā)展初期，常給人以莊重、嚴肅的印象，導致博物館觀眾少、在參觀過程中容易產(chǎn)生疲勞等現(xiàn)象，要改變這些現(xiàn)象，博物館需要通過科技手段幫助觀眾調(diào)動多感官來體驗和了解事物，從而構(gòu)建出新的知識體系。因此，幾乎所有的博物館都設(shè)有互動展項，努力為觀眾提供良好的參觀體驗。博物館不僅能讓觀眾領(lǐng)略文化的魅力，還能感受科技的力量。

在互動展項的設(shè)計方面，博物館要具有明確的目的性，以目的為基礎(chǔ)，減少操作方面的學習成本，使觀眾快速了解操作方法，短時間內(nèi)激發(fā)參與者的興趣。吉林省博物院為滿足觀眾的好奇心，設(shè)置了數(shù)字化互動展項——“琳瑯滿目、觸手可及”的電子魔墻、2017年全國十大考古新發(fā)現(xiàn)——寶馬城遺址3D復(fù)原場景、二維碼語音講解導覽系統(tǒng)等多種多樣的互動形式，這些互動形式都展現(xiàn)了STEM教育的重要價值，滿足了觀眾對文物的多種想象。

“琳瑯滿目、觸手可及”電子魔墻約20平方米，內(nèi)容融匯了吉林省博物院600余件（套）文物信息、圖片資料，魔墻技術(shù)利用復(fù)雜的算法處理，讓本來靜止的文物圖片“動”了起來。兒童可以根據(jù)自己的喜好選擇文物進行觀看。通過點擊、平移和旋轉(zhuǎn)等不同手勢觸摸屏幕，能更好地更全面地了解文物信息。STEM教育并不需要實施者具有高深的知識背景，也不一定要在工程師的指導下才能完成，STEM教育的重點在于讓兒童了解STEM教育并能主動探索，簡單的操作手勢就是兒童探索STEM的過程。由于文物的特殊性，有些文物不適合長時間展出，無法讓兒童一飽眼福，這一展示方式可以讓珍藏在庫房中的文物以一種數(shù)字化的展示方式被兒童了解?！皩汃R城遺址3D復(fù)原場景”采用了3D技術(shù)，把寶馬城的復(fù)原場景活靈活現(xiàn)地展現(xiàn)給兒童，使兒童有了更直接的感官體驗。3D技術(shù)的最大優(yōu)勢在于可以使畫面變得立體逼真，打破文物與觀眾的時空阻隔，以高科技手段呈現(xiàn)細節(jié)，讓兒童有身臨其境般的感覺。這種3D技術(shù)就是STEM中的工程與技術(shù)的體現(xiàn)。如今，二維碼語音講解導覽系統(tǒng)是應(yīng)用十分廣泛的導覽系統(tǒng)。相較于人工講解，使用手機掃描二維碼聽取講解詞既簡單又方便。二維碼語音講解導覽系統(tǒng)通過科技手段豐富了文物信息的傳播展示方式，既滿足了兒童對文物背后故事的好奇心，同時又體現(xiàn)了STEM的理念，即把科技帶到人們身邊，幫助人們了解和感受科技的力量?？萍嫉陌l(fā)展讓博物館變得有了溫度，讓沉睡千百年的文物活了起來。

五、反思與展望

博物館在開展STEM教育中具有巨大的潛力，其價值不容被忽視。作為一種兒童的校外教育場所，博物館蘊含著豐富的科學知識，在培養(yǎng)兒童的STEM思維方面也具有得天獨厚的優(yōu)勢，有助于培養(yǎng)兒童的創(chuàng)造力和想象力，也能促進兒童以后的學習。

為了更好地發(fā)掘、提升博物館在STEM教育中的作用，全社會需要共同努力，讓博物館成為培養(yǎng)STEM人才的重要場所。

首先，政府應(yīng)該重視兒童參與STEM教育的重要性，在政策上給予支持。政府應(yīng)出臺相關(guān)的政策，引導社會力量大力支持博物館發(fā)展STEM教育，全面提升博物館STEM教育的專業(yè)化、高效化和可操作化。另外，政府需劃撥固定經(jīng)費用于博物館STEM教育活動的研發(fā)以及開展活動過程中所產(chǎn)生的花銷。

其次，支持學校和博物館的長期合作，發(fā)揮博物館在兒童科學啟蒙中的作用，更有效地培養(yǎng)兒童的STEM素養(yǎng)。館校合作是將博物館教育資源與學校教育有效銜接的途徑，國內(nèi)絕大多數(shù)博物館都舉辦過兒童STEM教育活動，在這類活動如火如荼進行的過程中也存在著一些問題，例如兒童群體相對固定，難以吸引新的小觀眾等。這些問題的出現(xiàn)，一方面是因為博物館自身存在宣傳不足、交通不便利、教育活動名額少等情況;另一方面是因為學生的課業(yè)負擔重，閑暇時間少，博物館教育沒有納入應(yīng)試教育考核體系等。在這種情況下，博物館走進校園，是一條讓學生接受博物館教育的有效途徑，能最大限度地做好在校學生的科學啟蒙工作。

最后，為博物館的工作人員提供培訓的機會?？梢圆捎靡M來、走出去相結(jié)合的方式培訓博物館的工作人員。例如，請一些STEM教育活動開展較好的博物館專家前來授課，傳授教學經(jīng)驗并介紹實際案例;或者組織館內(nèi)從事STEM教育的教育者到其他博物館實地參觀學習。只有從事STEM教育的教育者具有良好的教育功底，才能設(shè)計開發(fā)出更好的STEM教育活動。這樣才能充分利用博物館內(nèi)的教育資源，更好地培養(yǎng)兒童的STEM素養(yǎng)，吸引更多的兒童參與到博物館的STEM教育中來。

【參考文獻】

[1] 徐瀚云，陳沛.普通高中實施跨學科STEM教育探索[J].學周刊，2019（32）：42.

[2] 劉黨生.國際視域下的STEM眾籌式學習行動初探（四）[J].中國信息技術(shù)教育，2014（23）：60-63.

[3] 中華人民共和國教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的通知[EB/OL]. （2016-06-07）. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[4] 李娟，陳玲. 科技場館內(nèi)進行STEM教育的研究現(xiàn)狀與對策[C]// 中國科普研究所，湖南省科學技術(shù)協(xié)會.全球科學教育改革背景下的館校結(jié)合——第七屆館校結(jié)合科學教育研討會論文集.2015：7.

[5] 楊亞平.美國、德國與日本中小學STEM教育比較研究[J].外國中小學教育，2015（08）：23-30.

[6] 任秋燕.基于STEAM理論的大班兒童工程教育研究——以幼兒園“木工坊”為例[D].南京：南京師范大學，2018：32.

[7] 張祿，任健.高中STEM教育的現(xiàn)狀與對策——基于江蘇省高中STEM課程開設(shè)情況的調(diào)查[J].中國信息技術(shù)教育，2020（01）：65-68.

[8] 鄭詩雨.芻議建構(gòu)主義教育理念的科技館STEM課程[J].科學大眾（科學教育），2019（5）：18.