周爱萍

【摘要】基于STEM教育理念，在“学生发展核心素养”框架中，联系课堂教学实际，对STEM教育课堂如何实现“过程与结果并重”展开深入研究。本文以广州市江南外国语学校开展的STEM课程教学实践“航天时代”之《水火箭实验》为例，探索STEM教育核心特征：跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性、技术增强性等，并以此为据，摸索出了一套具有校本特色的STEM教育教學实施方案。

【关键词】STEM课程;实施策略;核心理念;过程与结果

加强对学生四个方面的教育是STEM课程的重点。一是科学素养，即运用科学知识来理解自然界并在这一过程中参与影响自然界的过程;二是技术素养，即使用、管理、理解和评价技术的能力;三是工程素养，也就是对技术工程设计与开发过程的理解;四是数学素养，即学生发现、表达、解释和解决多种情境下的数学问题的能力。可以看出，科学、技术、工程和数学知识进行简单叠加不是STEM教育的过程，STEM教育的过程是将原本分散的四门学科内容进行了一个有机融合，从而使得四门学科形成整体，进而使得学生学习的零碎知识变成互相联系的统一整体，培养学生创新能力。

STEM教育理念的核心特征体现在如下几方面：

第一，STEM教育的目标是提升学生的科学精神和创新能力，要有批判思维和逻辑思维，即不轻易相信任何观念，懂得运用理性思维去思考问题、使用多种不同的方法去研究问题。故此，学生可以通过科学实验、现场观察等方法去寻找解决问题的答案。在这一过程中，潜移默化地培养了学生勇于承担责任的意识和良好的劳动意识。

第二，STEM教育以寻找问题的解决方法为学习任务，进行任务驱动学习，进而培养学生的创造能力和面对问题时能够解决问题的能力。很多人把创造力等同于“产生一些奇思妙想”，这种解释是不完整的。其实，先仔细观察是创造力的一个很重要的方面，也就是先思考所面对的是什么，然后再去发挥自己想象，接着设计一个方案出来，到这一步时不能就此打住，还要分析所设计出来的每个方案的优点和缺点，同时可以思考和尝试把几个方案的优点组合起来，做出更加新颖的方案。

创造力不是一劳永逸的奇思妙想，而是长期进行观察、反馈和更新的一个过程。学生在这个过程中，要学会和懂得如何确定目标、怎么获得资源、如何建立路径、解决问题。此外，为了解决遇到的问题，学生要以任务为导向，在去完成任务的过程多加留意观察，寻求合理的证明，给出科学的解释，最终使得跨学科学习活动得以延续。

第三，STEM教育让学生在学习的过程中发现并整理出与解决问题相关联的不同学科的知识，并进行整合。在这个过程中提升了学生的规划能力，协调能力，研究能力，交往能力等等。

因此，STEM教育项目的完成应该为学生提供一个融汇贯通，锻炼沟通能力的机会。当学生完成任务做出成果后，教师要积极地鼓励学生把自己的成果作品介绍给大家。通过这一个环节可以看出如何获取知识、如何运用知识、是否能够与人沟通协作等等，将是人们在未来生活中需要具备的核心能力。

以下是笔者在广州市教育研究院《学校的STEM课程的教学实施策略研究》项目的实施过程。在广州市江南外国语学校开展的STEM课程“航天时代”教学实践时，笔者以《水火箭实验》课程为例，联系课堂教学实际，对STEM教育课堂如何实现过程与结果并重开展了深入研究，且摸索出了一套具有我校特色的STEM教育教学实施方法与方案，以期为同行提供借鉴。

一、学情分析

初一级的学生在注意力、记忆力、逻辑思维能力等多方面都已经进入一个快速发展时期。随着知识的积累和生活经验的丰富，学生对科学、技术、学科的认识正逐渐形成自己的认知框架。课堂中，教师要鼓励每个学生积极参与到STEM的活动中去，在活动中得到锻炼和学习的机会。此外，在教学时，由于每个学生都有自己的特点，教师要把每个学生的差异性纳入自己的思考范围，对不同层次的学生给予不同的指导，充分尊重学生的主体性。

二、教学手段与技术准备

随着社会的发展，多媒体在教育教学中占据越来越重要的地位。多媒体在教学中的使用，为学生的学习和发展提供了良好的学习环境和学习用具，将教师教的过程和学生学的过程融为一体。这不仅激起学生的学习兴趣，还帮助学生理解学科知识的内容，掌握学科的重、难点。本节课教学手段主要采取借助多媒体电脑、网络等，开展多层次、多样化、开放式的教学，以达到优化课堂教学的最佳效果。

技术准备：乐课网教育互动学习客户端、电脑、PPT课件、图片、视频。近年来，笔者一直寻找一种快捷的、所有同学可以参与的评分工具，随着本校教学采用乐课网教学平台，这个问题得到较好解决。

三、教学目标

1.认知，技能，过程，方法

（1）培养收集处理信息，自主获取知识的能力。

（2）通过实验研究与观察、运用数学思想和技巧、选择策略，培养解决问题的能力。

（3）通过亲自设计，亲自试验，提升安排和组织资源的能力;使用工具和技术的能力;设计与制作的能力、操作与发明创造的能力等。

（4）通过提交研究报告，提升规划能力，协调能力，研究能力，交往能力，管理能力，表达能力，以及团队合作精神。

2.情感态度价值观目标：

培养环保意识、资源意识、人本意识、社会责任感、合作意识，以及良好的个人品质。

四、实施过程

STEM课程不仅要重视学生学习研究的结果，还要重视培养学生活动过程中的良好习惯。所以，STEM教育教学主要采取“过程+结果”的方式进行STEM课程的学习效果评价设计。故而，教师不仅要注重学生的学习成果，还要更多地注重学生求知、探究和努力的过程。STEM教育在评价内容上着重体现综合性，其中包括了对学生知识学习情况的评价;对学生学习态度、兴趣等方面的评价。此外，也包括对学生动手操作、独自创造、独立性思考等能力的评价。

所以在教学活动的组织过程中，应该充分尊重学生的自主性。老师通过扮演引领者的角色来鼓励学生主动研究、自由发挥，且在教学中设计了让学生尽可能、充分地自主体验研究、设计与表达的过程。学生用脑思考，筛选问题，自主设计研究计划与解决方法。最后师生一起研究探讨，共同定出评价方式方法，并充分运用STEM课程的特点，尝试主动性、开放性、合作性、信息技术与学科整合教學模式进行教学。

（一）教材重组：为STEM教育活动编制教材，我们深入研究、探讨、分析了美国STEM课程教材《设计航天器》，并对美国STEM课程教材《设计航天器》与我校传统校本课程《水火箭实验》教材作了重组，进而编组校本STEM课程讲义《航天时代》，且通过自学课件、微视频和实验器材，将知识点内容整合于一体开展STEM教学，展现其内容的跨学科，趣味性，科学性，技术性。这为我校开展STEM教育打下了夯实的基础。

（二）分组活动：STEM课程主要以分组活动的方式进行，全学期每个班以小组为单位完成活动任务，本课程制作水火箭分组方案，原则上每小组人数不能太多，考虑到实际情况，每个小组至少4人至多5人。

（三）一次评价：通过水火箭实验，形成研究报告。（满分30分）

一次评价评分标准：

（1）水火箭实验的目的是为了改良水火箭的飞行效果，因此我们制定的客观标准，是水火箭飞行距离，飞得越远成绩越好。（满分20分）

（2）学生提交的研究报告，数据与结论的科学性。（满分10分）

STEM课程《水火箭实验》活动的开展，由每小组自主选择研究课题，教师拟出如下研究课题供学生选择，同时，容许学生自己自主拟定自己喜欢研究的课题。规定每个课题必须完成三组以上的数据才能形成研究结论。

（1）水火箭长短对飞行距离的影响

形成结论：

（2）水火箭水量对飞行距离的影响

形成结论：

（3）水火箭容量对飞行距离的影响

形成结论：

（4）水火箭发射角度对飞行距离的影响。

形成结论：

（5）水火箭尾翼形状硬度对飞行距离的影响。

形成结论：

（6）其它：（容许学生自己自主拟定自己喜欢研究的课题。）

形成结论：

（四）二次评价：（满分70分）

第一个环节：教师与学生讨论，共同制定评价标准，然后，每一小组填写STEM课程分组活动自评互评表，明确水火箭实验二次评价评分标准：

1. 难度（满分10分）

（1）课题需要制作或准备的水火箭数量：一个水火箭得7分，两个水火箭得8分，3个水火箭得10分。

（2）课题只需要制作一个或两个水火箭的，如果在尾翼或箭身设计上有创造性专门设计的，可酌情加分。

2. 分工、团队合作精神及部门协调能力（满分10分）

（1）本组至少亲自制作一个水火箭，与其他小组合作共准备三个水火箭的，可得8分以上。与其他小组无任何互动的，得分不能超过8分。

（2）现场解说本组分工合作情况，例如指出谁是主创，谁是设计，谁是美工等。有图有真相（照片或视频）的可以酌情加分。

3.材料利用，节约与环保（满分10分）

课堂展示自己的作品，对相关环节作出现场说明，说出你的评分理由。

4.浅谈你对作品原理的认知（必填）（满分10分）

现场解说。然后自行打分。

5. 设计思路，作品的科学性及美观实用度（可附页）（满分10分）

（1）课堂展示自己的作品，对相关设计作出现场说明，说出你的评分理由。

（2）出示设计图纸进行解说的可得9分以上，没有设计图纸的不得超过9分。

6.拓展、探究心得或研究论文（可附页）（满分10分）

要求说出自己接下来的研究计划：第一，是否写论文;第二，准备或已经参加那种类型的科技活动。有这两项活动之一的可得9分以上，否则不能超过9分。

7. 班级值日员检查评分：爱护设备器材与整洁卫生情况。

第二个环节：展示评价

1.以小组为单位自评：每个小组上台作自评报告，教师适当评价指导。

STEM课题《水火箭试验二次评价》分组展示活动要求：

（1）每小组派一个同学或两个同学上台作自评报告，也可以全体同学一起上。展示自己的研究课题，展示自己的作品。发言时间不得超过2分钟。

（2）每小组对自己的选题与相关作品进行现场说明，模拟向人推荐自己的作品，推销自己的产品。要注意突出作品的优点与特点。

（3）展示活动，同学们应注重配合，注重仪态，声音洪亮，要敢于表达，敢于表现。而且发言要有激情，有号召力，以培养领袖气质。（时刻准备着，成为未来的学术带头人，行业领军人物）

（4）自评过程要注意礼貌用语，礼貌环节。上台要向大家作出问候，下台要有谢幕动作，例如全体鞠躬，说谢谢大家。

（5）每小组上台发言，以及谢幕环节，其他小组不要吝啬自己的掌声，要学会欣赏他人，尊重他人。有友好合作的姿态，营造出良好的互相学习的氛围。

2.学生互评：每个小组每位学生通过《乐课网》教育互动学习学生端打分，后台自动统计成绩。（下转第16版）                                             （上接第15版）必须按要求给出评分，乱给分的没用，系统会自动规避，相当于弃权。

3.课堂小结：以奖励的形式，给出一、二、三等奖，余下的给予鼓励奖。

五、小结

STEM课程应注重活动生成过程而不注重结果。这使得学生的学习摆脱了分数和功利性带来的束缚，从而让学生更为主动积极地参与学习的各项活动，激发他们的学习兴趣，给与了学生学习方式变革一定的空间。在STEM课程教育中，四门学科的教学要互相联系、紧密结合，培养学生学习的技能和掌握知识的技巧，使得学生在遇到实际问题时能够进行灵活迁移应用和解决。由《水火箭实验二次评价》可见一斑，STEM课程具备的核心特征：

1.跨学科性：虽然跨学科强调学科的“混合”，但每个学科仍保持自己的特性和课程重点。在每一门学科的教学中，可能会出现不同学科的知识，教师的教学或多或少会涉及到不同学科的知识。此时，虽然会出现多门学科的教学，但是大家都能辨析各门学科知识领域，且会对某一特定学科特别重点关注。这可以看出，STEM教育的重心放在了特定的问题上，且对问题会有不一样的视角和对复杂问题相互关系有更深的理解。因此，在解决真实问题的过程中，学生会运用到跨学科知识和方法去解决，这使得学生的学科理解力与生活理解力得到了不断地发展，并掌握知识与技能。

2.趣味性：STEM 教育注重分享、创造，注重和强调让学生体验和获得分享中的快乐感与创造中的成就感。本课程在制作完水火箭后立即进行水火箭实验正式测试，学生们做好充分准备，清楚知道自己去测试水火箭的目的，带着研究课题与探究目标去测试水火箭，融趣味性与主观能动性于一体。

3.体验性：STEM 教育不仅主张学生通过自己学习或通过教师在课堂上授课而获取抽象知识，更强调学生的实践活动：动手、动脑，参与学习过程。STEM 提供了学生动手操作的机会，使得学生在面对现实世界的问题时，学会了应用所学的数学和科学知识解决问题。水火箭的制作与实验，通过实验研究与观察、运用数学思想和技巧、选择策略，培养学生解决问题的能力。学生通过提交研究报告，提升规划能力、协调能力、研究能力、交往能力、管理能力、表达能力、团队合作精神。

4.情景性：STEM教育强调把知识在实际生活情境中还原，提出与生活有关的有趣、具有挑战性的问题，从而让学生解决所提出的问题，而学生解决问题的过程也就是教学完成的过程。STEM 教育强调让学生获得将知识进行情境化应用的能力。水火箭制作与实验以及其评价环节，不仅让学生获得知识，还获得知识的社会性、情境性及迁移运用的能力。此外，解决情境性的问题，能够让学生体验生活的真实性，获得社会性的成长;能够在潜移默化中培养学生的环保意识、资源意识、人本意识、社会责任感、合作意识，以及良好的个人品质。

5.协作性：STEM 教育具有协作性，强调在群体协同中相互帮助、相互启发，进行群体性知识建构。STEM教育中的问题的解决与我们的生活是息息相关的，具有真实性，而真实任务的解决离不开各方的合作，如同学、教师或专家的互相合作。在解决问题的过程中，学习者需要与他人一起商讨如何完成活动任务。如水火箭制作与实验以及其评价环节是以小组成员的共同表现为参考，而不是根据个人的表现进行独立评价。这体现学生互相之间的协作成果，且在期间提升了学生的沟通能力、安排和组织资源的能力等等。

6.设计性：STEM 教育要求学习产出环节包含设计作品，通过设计促进知识的融合与迁移运用，通过作品外化学习的结果、外显习得的知识和能力。水火箭实验不仅让学生去研究水火箭长短、水量、容器容量以及发射角度等因素对飞行距离的影响，还对水火箭尾翼形状材料对飞行距离的影响有初步研究，提升学生设计环节的素质。

7.艺术性：STEM 教育的艺术性强调在自然科学教学中增加学习者对人文科学和社会科学的关注与重视。水火箭制作强调外型的美观，力与美完美的结合，且课程在对学生设计作品的评价中，加入审美维度的评价，提高学生作品的艺术性和美感。

8.实证性：STEM 教育注重科学的实证性，注重在跨学科情景中通过对问题或项目的探索，培养学生向真实生活迁移的科学精神和科学理性。水火箭实验让学生去研究简单的水火箭长短、水量、容量、发射角度、尾翼形状、材料等因素对飞行距离的影响，通过实验研究与观察，运用数学思想和技巧去探究问题，提升科学素质。

9.技术增强性：STEM 教育强调学生要具备一定技术素养，强调学生要了解技术应用、技术发展过程，强调学生要具备分析新技术如何影响自己乃至周边环境的能力。水火箭制作与实验，学生通过亲自设计，亲自试验，提升安排和组织资源的能力、使用工具和技术的能力、设计与制作的能力、操作与发明创造的能力等。通过STEM教育，有助于学生获得对数学和科学等内容更加深入的理解，同时也有助于培养他们获得在真实世界应用这些知识解决问题的能力。

[本文系廣州市教育研究院课题“学校STEM课程的教学实施策略研究”（课题编号：GZJY2017—044）研究成果]

参考文献：

[1]香碧颜.基于综合实践活动的STEM教育项目实施策略与评价[J].中学课程辅导·教师教育，2019（01）.

[2]杨博衍，顾卫.STEM教育策略与教学方案实施探究[J].中国教育信息化·基础教育，2018（09）.