以STEM教育為例淺談中小學(xué)科學(xué)教育實施策略

黨的二十大報告提出，教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。黨和國家對優(yōu)秀科技人才的需求比以往任何時候都更為迫切。STEM教育是一種整合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科，旨在培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力、批判性思維和創(chuàng)造力的跨學(xué)科教學(xué)方法。STEM教育作為世界各國教育領(lǐng)域的研究熱點，是我國眾多學(xué)校探索科學(xué)教育實施路徑的重要突破點之一。本文將以太原市成成中學(xué)校STEM教育實踐為例，對當(dāng)前中小學(xué)科學(xué)教育實踐進(jìn)行研究，進(jìn)一步探尋現(xiàn)階段中小學(xué)科學(xué)教育的有效實施策略。一、太原市成成中學(xué)校大力發(fā)展STEM教育太原市成成中學(xué)校作為全國百所STEM領(lǐng)航校之一，投資建設(shè)了“青少年科創(chuàng)院”，旨在打造太原市乃至山西省的STEM輻射中心。學(xué)校結(jié)合校情形成了適用于STEM教育的“135EX”教學(xué)策略?！?”指一個教學(xué)目標(biāo)，即通過開展項目式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決實際問題的能力；“3”是指教師進(jìn)行三項研究，包括研究國家政策、文件、社會需求，研究國內(nèi)外論文、機(jī)構(gòu)教材及教學(xué)案例等，還有研究學(xué)情。“5EX”指STEM項目具體實施策略，包括進(jìn)入情境與提出問題、科學(xué)探究與數(shù)學(xué)應(yīng)用、工程設(shè)計與技術(shù)制作、聯(lián)系社會與創(chuàng)意設(shè)計、多元評價與學(xué)習(xí)反思等。學(xué)校朝著四個方向組織開展研究設(shè)計，包括STEM+人工智能、STEM+創(chuàng)意制作、STEM+3D打印、STEM+航天航空。研究學(xué)情之后，學(xué)校在高中學(xué)段開設(shè)了創(chuàng)意設(shè)計和人工智能社團(tuán)，在初中學(xué)段開設(shè)了航模和3D打印社團(tuán)。不同的STEM+課程有不同的課程體系以及不同的學(xué)習(xí)手冊和指導(dǎo)手冊。學(xué)校還將四大社團(tuán)的優(yōu)勢進(jìn)行了結(jié)合，在實踐探索過程中設(shè)計出了有發(fā)展?jié)摿Φ娜诤闲皂椖?。以智能家居項目為例，在STEM+人工智能的基礎(chǔ)上，運用人工智能技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，再結(jié)合創(chuàng)意設(shè)計和3D打印技術(shù)對房屋構(gòu)造及內(nèi)部家居形態(tài)等進(jìn)行規(guī)劃。防盜背包項目則將外殼創(chuàng)作設(shè)計和內(nèi)部功能設(shè)計兩大部分進(jìn)行了融合，嘗試用大項目融合小項目，穩(wěn)步推進(jìn)設(shè)計進(jìn)度。二、STEM教育助力中小學(xué)科學(xué)教育改革升級STEM教育有助于實現(xiàn)“教”與“學(xué)”的轉(zhuǎn)變。對于學(xué)生而言，若想要由學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變?yōu)樘魬?zhàn)者，需要具備自控能力與自學(xué)能力，例如自行組織并開展工作，學(xué)會時間管理等。對于教師而言，傳統(tǒng)的教授者形象會逐漸向項目情境的設(shè)計者、資源的管理者和過程的調(diào)控者轉(zhuǎn)變，這就需要教師在教學(xué)過程中有自我檢查、自我校正、自我強(qiáng)化的能力。STEM教育能夠幫助學(xué)生提升學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。STEM教育強(qiáng)調(diào)通過實踐活動讓學(xué)生親身體驗搭建、研究和解決問題的過程。STEM教育的最大特點是學(xué)科間的融合，這種融合使得學(xué)生可以在一個項目中學(xué)習(xí)多種知識，并從不同視角嘗試獨立解決問題，這種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方法可以提高學(xué)生的綜合能力和學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。STEM教育助推科學(xué)教育改革升級?？萍嫉娘w速發(fā)展使得傳統(tǒng)的分科教學(xué)已不符合現(xiàn)代人才的培養(yǎng)要求，僅憑單獨一門學(xué)科的知識也無法更加高效、合理地解決現(xiàn)實生活中面臨的問題。STEM教育能夠打破各學(xué)科之間的壁壘，通過跨學(xué)科的教育教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和問題解決能力，助力學(xué)生實現(xiàn)全面發(fā)展，推動科學(xué)教育改革升級。三、STEM教育理念下中小學(xué)科學(xué)教育相關(guān)問題分析活動時間難以保證。學(xué)校社團(tuán)活動過程中曾遇到過無法保證活動時間的問題。例如航模社團(tuán)活動時需要先搭建好飛機(jī)骨架，然后進(jìn)行試飛練習(xí)，而四十分鐘的社團(tuán)活動時間僅夠?qū)W生完成第一步。又如人工智能社團(tuán)活動時一般要先進(jìn)行程序設(shè)計，再組裝相關(guān)硬件，最后再對程序進(jìn)行測試、修改。但在該社團(tuán)實際開展活動的過程中，學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計和硬件組裝時存在較大困難，使得社團(tuán)活動難以實現(xiàn)閉環(huán)?？茖W(xué)探究層次淺、不充分?？茖W(xué)探究是一個復(fù)雜的過程，需要以觀察現(xiàn)象、提出問題和假設(shè)作為探究起點，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析，最后對實驗過程和結(jié)果進(jìn)行反思、改進(jìn)。從以往的實踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)校目前組織開展的科學(xué)探究存在問題設(shè)定和現(xiàn)實生活聯(lián)系不緊密、缺少交流表達(dá)平臺等問題。從學(xué)生的角度看，科學(xué)探究活動在多數(shù)時候仍處于被動學(xué)習(xí)科學(xué)知識而非自主探索。但是，科學(xué)探究是一個開放的過程，需要與他人進(jìn)行交流并共同探究，如果這個過程不夠開放，則不利于科學(xué)素養(yǎng)和探索精神的培育。評價體系不完善。目前開展的科學(xué)探究難以達(dá)到以評促學(xué)，以評促教的效果。現(xiàn)行的STEM四大類課程采用不同的項目學(xué)習(xí)手冊，每個項目有不同的評價標(biāo)準(zhǔn)。例如在人工智能智慧小車項目中，評價范圍包括硬件搭建、功能編程的完成度等，評價角度較為單一。同時，教師通常作為評價主體在進(jìn)行評價時可能會帶有一定的主觀性，容易使得評價結(jié)果不夠客觀。四、中小學(xué)科學(xué)教育有效實施策略為切實改善科學(xué)教育實施效果，提升中小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，筆者嘗試提出以下建議。完善科學(xué)教育保障體系。相關(guān)部門及教師要始終以立德樹人為根本任務(wù)，不斷完善課程體系，修訂科學(xué)教育教材，改進(jìn)課程教學(xué)方法，同步探索利用人工智能、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)手段改進(jìn)教學(xué)過程和教學(xué)效率。此外，還要積極鼓勵社會力量共同參與，提升開展科學(xué)教育和科學(xué)探究的質(zhì)量及水準(zhǔn)。改進(jìn)STEM項目探究程序。學(xué)校及教師要繼續(xù)加大學(xué)科融合力度，創(chuàng)設(shè)與現(xiàn)實聯(lián)系更加緊密的探究情境，想方設(shè)法激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的探究熱情，并對學(xué)生的探究成果給予肯定，鼓勵學(xué)生就探究經(jīng)驗進(jìn)行分享與交流。進(jìn)一步完善評價機(jī)制。學(xué)校及教師應(yīng)根據(jù)不同項目的側(cè)重點設(shè)計不同的評價量表，將過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合，將自評與他評相結(jié)合。同時，評價機(jī)制要能全面反映學(xué)生學(xué)科知識、學(xué)科技能的習(xí)得情況，綜合評價學(xué)生跨學(xué)科知識運用能力和解決問題的能力。綜上所述，STEM教育作為一種跨學(xué)科教學(xué)方法，