陈坚宏

摘要：通过以STEM教育理念为引领，在科技制作活动和科技调查活动等方面探索出适合的教育新路子，才能使学生逐步形成科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，激发学生的科学潜能，培养学生热爱科学、崇尚科学的品质，养成不畏困难、勇攀高峰的科学精神。

关键词：STEM教育理念 科技教育 新探索

原全国人大常委会副委员长、中国科学院院长路甬祥在谈及我国科技发展的战略目标时曾提出，“在建党100周年前后，科技整体水平达到世界科技强国的中等水平”。要实现这一目标，关键是青少年一代的科技素养要大大提高，这就对中小学科技教育提出了明确的要求。因此，在中小学科技教育活动中，我们不仅要将包括自然科学、技术、工程和数学等多学科在内的多学科交叉融合的STEM教育理念贯穿其中，而且还要根据科技教育活动、实践活动的内容探索出适合科技教育传播的新路子。

一，以STEM理念为引领，探索科技制作活动的教育新路子

科技制作为人类创造出很多前所未有的新事物，是学校科技教育的重要组成部分。通过STEM教育理念为引领，才能在科技制作教育活动中探索出适合本校的新路子。

在最初阶段，应向学生介绍自然科学、技术、工程和数学等相关学科的基础知识，为学生STEM素养的养成奠定坚实的基础。在介绍这些学科知识的时候，不能单独地介绍某一学科知识，也不能纯粹地介绍知识，那样学生很容易厌倦而失去学习的信心，而应通过结合一些生动的例子将相关学科知识渗透其中。例如，结合广州塔，向学生介绍材质的化学成分及锻造、物理上力的平衡、技术含量、工程建造知识及所运用的数学知识等，达到学科知识的交叉融合，学生的兴趣也更加浓厚。

在学生正式进行科技制作前，应先进行STEM相关学科的基础操作和技能训练，为学生后续开展科技制作提供保障。学生从到实验室进行化学、物理、生物实验的基本操作开始，练习钳工、电动工具、数学工具等的使用。例如，通过“百变饮料：白酒-红酒-雪碧牛奶”趣味化学小实验，既可以让学生学习化学实验基本操作，又可以激发他们的兴趣。又如，通过“电子百拼”积木让学生感受电学的魅力，然后通过相对综合性的小实验如用废旧铁片制作一把尺子，将前面的操作综合运用起来，这样可以培养学生的STEM素养。

在前面的基础上开展各式各样的科技小制作、科技小发明活动，可以通过如下步骤充分挖掘学生综合运用STEM各学科知识解决问题的能力。

（1）通过引导确定科技小制作活动的题目。若是学生本身有自己的想法，只要行得通，就鼓励学生开展下去；而对于没有想法的学生，可以启发其从课堂演示的某些实验入手，进行实验改进，或者观察生活中的物品，发现存在的不足并进行改进。在活动中，有学生根据某些化学物质随温度变化而出现颜色变化的现象提出了“变色温度计”的题目，有学生根据课堂上演示的焰色反应现象不明显提出了“焰色反应改进”的题目，还有学生根据某些零件表面不平整提出了制作“零件打磨器”的想法。对于学生所提的題目，应要求他们找出相应的理论支撑，对违背理论的内容进行修改，这有助于培养学生严谨的科学态度，也是学生科学素养形成的途径之一。

（2）引导学生制订研究方案，准备相关材料和查阅资料。例如，在学生制作零件打磨器之前，先让学生上网查找目前市面上的各类打磨器，分析其中的不足，制订改进方案，在草稿纸上画出设计图并购买相应的材料。

（3）学生开始科技制作，在此过程中，教师要关注学生的进展情况，引导学生及时总结，发现问题，运用STEM知识调整研究方案并予以解决。例如，学生利用数学中的二面角原理制作出了直角打磨器（第1代，如图1a），通过测试发现打磨出来的切角确为直角。这时，我提问学生很多时候零件切面并不是直角，而是各种不同的角度，那么我们的直角打磨器就不能用了，怎么办？为此，学生开始研究能够适合于任意角度的产品。这时技术难题出现了，既要可以随意调整角度和板材高度，又必须在磨角时能够相对固定装置。此时学生已经能够自觉上网查阅资料，并设计出可拧紧的滑轮控制装置。经过一番努力，第2代作品——精简版任意角打磨器（如图1b）成功问世。但由于第2代作品相对不牢固，因此学生进一步对其进行优化，制作出第3代作品——精致版任意角打磨器（如图1c），它适用于打磨不同的切角，并带有刻度，亦可测定切角厚度。

（4）引导学生学会保护自己的作品成果，申报实用新型专利，将成果推向市场。

在制作零件打磨器的过程中，学生不仅需要保持方案和制作过程的科学性，解决利用切刀切割KT板、锉刀打磨、角度固定等技术问题；而且突破了打磨板不能更换，而采用单独的打磨板块，通过更换打磨板上的砂纸、砂布改变打磨面的目数等工程问题；还运用到数学中二面角等原理。极大地促进了学生的STEM素养的同步提高。

此外，在STEM教育中还可以渗透文化教育，比如结合地方和学校文化特色开展与端砚相关的科技制作活动。学生上网查阅端砚石的形成过程，运用化学知识设计探究端砚石主要成分的方案，对端砚石废料进行成分探究，得出结论，撰写实验报告。在此过程中，不仅培养了学生的STEM素养，还培养了学生热爱地方文化，达到情感态度价值观的全面提高。

二、以STEM理念为引领，探索科技调查活动的教育新路子

科技调查活动是科技教育的另一种形式，它是以调查报告或论文等形式进行呈现，在社会科学类研究中具有举足轻重的作用。在学校科技教育中，与科技制作摆在同样重要的位置。

在科技调查活动开始前要让学生学习调查的方法、数据统计分析的方法等，这是学生科学素养和技术素养形成的重要一环。科技调查活动的方法是否科学合理关系到最终结论的可靠性。对此我主要通过往届学生调查的例子介绍调查方法和数据统计分析的方法，着重介绍SPSS分析软件的使用，帮助学生更好地理解。

为了能够更好地与课本所学知识相联系，因此开展科技调查活动一定要及时，方能更好地培养学生的科学素养。例如，学生在学完氮、硫及其化合物之后，我设计了“肇庆城区主要空气污染物的调查”活动；在学生学了原电池之后，我设计了“废旧电池的回收与利用”调查活动；在学生学了有机合成材料之后，我设计了“别让‘白色成为校园的‘一景——中学生带白色饭盒进校园的调查”活动。这样才能使学生所学环保知识及时得到应用，环保意识得到巩固。

在前面的基础上以STEM教育理念指导学生开展科技调查活动，促进学生在科学、技术、工程、数学等方面素养的提高。下面以《肇庆城区初中生上下学方式与独立性的相关性调查及研究》为例进行介绍。首先，学生上网查阅研究现状，设计学生问卷和家长问卷，应用韦炜编制的“青少年的独立能力量表”调查城区初中学生的独立能力，并进行实地考察和个别访谈，这是保证调查科学性的第一步。其次，学生对收回的有效问卷进行编号处理，再用excel软件按学生、量表、家长的分类进行录入，进行数据分析，并用SPSS进行初中生上下学方式与独立能力的相关性分析。这可以培养学生的技术素养和数学素养。最后，学生就相关数据分析提出相应的结论和建议，撰写成论文。这时还可以设计一些问题让学生思考，比如“我们研究的目的是要了解初中生接送上下学与独立性的关系，还需要怎样的宣传工作？如果是全社会呢，该怎么做？”引导学生发挥计算机的作用，制作出内容充实的宣传海报在学校进行宣传，开展主题班会，制作网页在网上发布，让更多的家长正确认识接送孩子上下学可采用的方法和技巧。向社会宣传环节可以促进学生工程素养的提高，符合科技教育的要求。

三、以STEM理念为引领，探索其他科技活动形式的教育新路子

除了前面提到的科技制作、科技调查活动形式外，我还开展其他形式的科技活动，包括实践能力挑战赛、科普摄影、科普漫画等，拓宽学生的视野，从另外的角度培养学生的STEM素养。

在实践能力挑战赛中，我设计诸如“纸桥的力量”这样的题目，让学生用报纸做出规定规格的纸桥模型并进行承受力测验。学生在此过程需要借鉴真实桥体的设计思路，進行承受力点的相关计算等，综合考查了他们在科学、技术、工程和数学方面的知识。在科普摄影活动中，学生利用DV等拍摄出符合条件的科普作品。在科普漫画（如图2）中，学生充分发散了他们的思维，将未来的科技设想展现在漫画之中。这些设想要符合科学的要求，也是锻炼学生的STEM素养的好办法。

少年强则国强，科技强则国强，科技教育要从小抓起，教师要以STEM教育理念作为引领，加强对青少年的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养的早期综合培养，探索出一套适合科技教育的新路子，为学生未来走上社会提供技术支撑，为国家培养所需的后备科技人才。我相信，只要坚持以STEM教育理念为引领的科技教育，在所有科技教师的共同努力下，实现科技强国的目标指日可待，实现中华民族伟大复兴的“中国梦”也就不遥远了。

点评

就中小学科学教师和校内外科技辅导员而言，要想在科学教育中有所创新，一方面要坚持中国教育模式的深入实践和探索，另一方面则要注意吸收国外特别是一些发达国家的先进教育理念或教育模式。本文作者即是以源于美国的STEM教育理念为指导，结合自身实践从3个层面进行了探索：以STEM理念为引领，探索科技制作活动的教育新路子；以STEM理念为引领，探索科技调查活动的教育新路子；以STEM理念为引领，探索其他科技活动形式的教育新路子。论文叙述相对清晰，所描述“跨学科”培养青少年综合素养之做法，对广大科技辅导员具有一定的参考价值。

如果作者在上述论文中，能够对所依据的STEM教育理念有更深入的分析，对自身实践和探索的效果有科学数据予以支撑，则本文的科学性和学术性还有望获得提升。

——翟立原（中国青少年科技辅导员协会理论工作委员会副主任委员，第25届全国青少年科技辅导员论文征集活动评审委员会主任委员）