周迎春

【摘 要】本文闡述了STEM教育的基本理論，提出了從社會、學校、家庭三個維度創(chuàng)設(shè)體驗空間，基于自身教育實踐，從開設(shè)創(chuàng)新課程、構(gòu)建“工作坊”教學模式、形成評價新機制、提供傳統(tǒng)的和開源軟硬件制作工具、吸納專業(yè)及背景廣闊的跨界導(dǎo)師、構(gòu)建線上線下互聯(lián)互通的融合空間這六個方面進行STEM教育的實施研究，以點燃學生創(chuàng)新造物的熱情，增強國家創(chuàng)新實力，解答“錢學森之問”。

【關(guān)鍵詞】STEM教育；Scratch編程；3D建模打印；創(chuàng)客教育

【中圖分類號】G633.67 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2017）04-0035-04

著名的物理學家錢學森曾提出這樣一個問題：“為什么我們的學校總是培養(yǎng)不出杰出的人才？”這一世紀之問引發(fā)了教育界的深入思考。毫無疑問，我們的學校能夠培養(yǎng)出來“人才”，只是錢老所說的“杰出人才”更強調(diào)的是具有創(chuàng)新能力的人才。特別是在世界多極化、經(jīng)濟全球化背景下，科技創(chuàng)新成為驅(qū)動經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵動力，科技人才是國家科技實力、創(chuàng)新實力和國家競爭力的重要體現(xiàn)，因此，培養(yǎng)科技人才、提升創(chuàng)新能力成為各國教育的重要內(nèi)容。而我國在應(yīng)試教育背景下，長期以來存在著重腦力輕手工、重理科輕工程的現(xiàn)象，相當多的學生眼高手低、高分低能。遠在大西洋彼岸的創(chuàng)新強國似乎可以為我們提供新思路：美國有“惠普車庫”“迪斯尼車庫”“亨利·福特車庫”“蘋果電腦車庫”“A Spec車庫”等這些為全球提供創(chuàng)新科技的“車庫”，于是便有了“車庫文化”一說。這種車庫文化體現(xiàn)了美國國民的“尚技重工”，推進了人類科技的進步，也潛移默化地影響著他們的下一代，這種“車庫文化”就是創(chuàng)客教育，它提倡自己動手DIY、鼓勵創(chuàng)新開拓的思想。同時，STEM教育被視為培養(yǎng)學生科技創(chuàng)新能力的有效方式，受到世界各國的廣泛關(guān)注。STEM 即科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四門學科的簡稱，于20世紀80年代末由美國科學基金會聯(lián)合科學家、技術(shù)家、工程師和數(shù)學家共同提出。STEM教育致力于培養(yǎng)和提高學生跨學科解決問題的能力，強調(diào)工程技術(shù)與科學、數(shù)學等學科的融合。雖然，創(chuàng)客教育與STEM教育的關(guān)系在學術(shù)界仍然存在爭議，但是在實踐中將學校內(nèi)的創(chuàng)客教育視為STEM教育，是一種平衡實踐和理性的辦法。美國的STEM教育實踐證明，STEM教育可以提升國民素質(zhì)，促進就業(yè)與收入分配的均衡化，增強國家經(jīng)濟實力，驅(qū)動創(chuàng)新。

創(chuàng)設(shè)STEM教育體驗空間

目前，我國的STEM教育逐漸蓬勃發(fā)展起來，2016年3月發(fā)布的《中國創(chuàng)客教育藍皮書2015》，體現(xiàn)了國家對STEM教育的重視。許多學校也相繼開展了STEM教育實踐，并取得一定的成果，如清華大學i.Center眾創(chuàng)空間、英特爾—西南交通大學大學生創(chuàng)客活動中心、溫州中學DF創(chuàng)客空間和北京市豐臺區(qū)第八中學創(chuàng)客空間。但是前進的道路不會是一帆風順的，筆者在基層了解到的許多學校的STEM教育運作模式是：當上級發(fā)文有創(chuàng)新競賽或者機器人賽事的時候，學校層面布置發(fā)動，購置賽事主辦方規(guī)定某贊助商所在公司生產(chǎn)的機器人，訓(xùn)練學生參賽拿獎。很多學校的STEM教育的實施現(xiàn)狀從實施時間上看是從文件頒布開始到拿獎狀結(jié)束；從內(nèi)容上看創(chuàng)新大賽往往嫁接了許多教師的創(chuàng)意，機器人比賽運用指定機型、指定軟件、指定方案進行設(shè)計；從受眾上看，僅是一小部分學生參與。因此，在STEM教育的實踐過程中存在著內(nèi)容形式化、創(chuàng)意虛假化、目的功利化的不足。教育是慢的藝術(shù)，它需要有一個普及的、持續(xù)的推動，因此STEM教育的實踐就必須建設(shè)體驗空間，讓每一名學生都有機會、有時間、有空間感受STEM教育的魅力，點燃創(chuàng)造激情。

1. 從社會層面，培育有共同興趣愛好或利益的社會群體

如上海創(chuàng)客中心在內(nèi)的90家創(chuàng)業(yè)服務(wù)組織共同成立了上?！氨妱?chuàng)空間”聯(lián)盟，中國電子學會現(xiàn)代教育技術(shù)分會牽頭的全國中小學STEAM教育大會目前已召開四屆；柴火創(chuàng)客空間得到全球最大的創(chuàng)客集會Maker Faire 官方授權(quán)，以主辦方的形式從2012 年起開始每年舉辦深圳制匯節(jié)。社會作為一個大的環(huán)境，擁有豐富的資源和條件，社會群體的建立一方面可以吸引志同道合的學生聚集在一起激發(fā)熱情，彼此的想法碰撞出創(chuàng)造火花；另一方面有利于資源的整合和充分利用。利用學校以外的一些好的資源和服務(wù)，還會讓學校和學生暢通地享受高精尖技術(shù)帶來的視野和能力的躍升，以及以此為載體帶來的人際交流范圍的擴大，為其以后健康走入社會和生活奠定基礎(chǔ)。

2. 從學校層面，建設(shè)STEM體驗中心

最近江蘇、重慶、上海等地命名了一批STEM實驗學?；蛘逽TEM實驗工作室。學校是教書育人的主要陣地，因此非常有必要通過學校層面的引領(lǐng)來帶動STEM教育或者說創(chuàng)客教育的開展。在各校建設(shè)STEM體驗中心或者創(chuàng)客教室，對學生更開放，可以讓每一名學生都能動動手、動動腦，切實感受到STEM教育的魅力。

3. 從家庭層面，建設(shè)角落文化

創(chuàng)作需要有一個DIY的三維物理空間。美國有車庫文化，但許多中國家庭目前的住房條件或許都不具備?；诒緡鴩?，每個中國家庭里可以建設(shè)“角落文化”，并配置DIY的相應(yīng)工具器材，以供孩子們在空閑時間動手擺弄，在這小小的角落里說不定就能萌生大大的創(chuàng)意。

只有建立良好的創(chuàng)客教育大環(huán)境才能讓創(chuàng)客運動席卷全國。所以，要解決STEM課程的空間體驗問題，需要通過社會、學校、家庭的“三維驅(qū)動”才能有效打通邊界，使得社會之間、學校之間、家長之間的知識和智慧暢通流傳，以智慧生成智慧，最終服務(wù)于學生的健康成長與發(fā)展。

STEM教育的實施策略

1. 開設(shè)STEM創(chuàng)新課程

除了物理空間的創(chuàng)設(shè)之外，學校還應(yīng)該開設(shè)符合校本、生本的STEM創(chuàng)新課程，以及持續(xù)推進機制的建立。市場上一些公司推出的課程或許有些借鑒意義，但大都是美國的舶來品，在中國落地生根需要適應(yīng)、嫁接和改造的過程。筆者近幾年在實踐的基礎(chǔ)上先后編撰了《中小學生3D建模打印教程》和《面向STEM的Scratch創(chuàng)新課程》，并且在小學高年級全年級推進，受到了家長和同行的好評。具體策略是，在五年級開設(shè)3D建模打印社團，六年級成立STEM創(chuàng)新社團，全年級開設(shè)3D建模打印課程和Scratch創(chuàng)新課程，這樣五年級的社團成員到了六年級成為了教師小助手，STEM創(chuàng)新社團成員也成了Scratch創(chuàng)新課程實施中的好幫手。

2. 采用“工作坊”教學模式

開設(shè)創(chuàng)客空間，并設(shè)置有專門的創(chuàng)意課程，為學生們提供“讓想象落地”的平臺很重要。在實際教學中，探索適合這一嶄新課程的教學模式也需要一線教育者去實踐與思考。筆者在實際教學中采用“工作坊”的教學模式，取得了預(yù)期的成效。例如，筆者在2016蘇州市小學信息技術(shù)教學觀摩活動中的公開課“沙灘椅塑料構(gòu)件制作”，從孩子們熟悉的“沙灘椅損壞后如何修復(fù)”這一問題入手，讓學生體驗運用3D建模打印解決生活中的實際問題。教學過程中探索“工作坊”教學新模式，微課、學案、教材、小組協(xié)作結(jié)合運用，各環(huán)節(jié)在教師的主導(dǎo)下有序展開，整課以“課題競標”為主線，在PPT上實時評價記錄，教學容量大，節(jié)奏快，適合高年級學生的年齡特點，取得了良好的教學效果?！肮ぷ鞣弧钡慕巧腥N，分別為“參與者”“專業(yè)者”“促成者”，這里教師需要培育好“專業(yè)者”，這是工作坊教學模式成功的關(guān)鍵所在。3D建模課程是在六年級全年級進入課程的，之前的五年級開設(shè)了3D建模打印社團。這些“精英”到了六年級自然而然成為了“專業(yè)者”。在Scratch創(chuàng)新課程的學習中，學校STEM創(chuàng)新社團的成員們則也相應(yīng)地成為了“專業(yè)者”。工作坊的寬松環(huán)境有利于學生發(fā)散性思維的培養(yǎng)和學生間的協(xié)助活動的開展。

3. 探索教學評價新機制

筆者在實踐中還對教學評價及獎勵機制進行了一定的探索，取得了較好的成效。

首先是改變學生的評價模式，在應(yīng)試教育的浸潤下，許多信息技術(shù)教師至今還用“考試”來決定學生的評價結(jié)果。這就造成學生一些平時學習的惰性，試圖與其他學科一樣，在最后的考試中僥幸過關(guān)。針對這一現(xiàn)象，筆者制定了平時成績占百分之九十，期末考核占百分之十的評價機制。每節(jié)課作品完成并通過作業(yè)提交系統(tǒng)上交的、項目推進明顯、回答難度系數(shù)較高問題等方面表現(xiàn)良好的即時加分。最后對總分進行排序，決定學生最終成績的評定。

在同樣的評價策略下，筆者又發(fā)現(xiàn)班級和班級之間存在著不小的差異?；诖送瞥霭嗉壸髌吠瓿膳判邪?，及時公布平行班各班的作品完成總數(shù)及完成率，喚醒班級的集體榮譽感。于是有的班級為了避免墊底，有的班級為了“一雪前恥”，有的班級則為了爭奪年級第一，紛紛找尋他們所謂的“潛力股”。這種你追我趕的氛圍的形成，顯然有利于教學目標的達成。當然，設(shè)立一些激勵機制是必要的，比如，每班的前五名可以獲得老師的簽名贈書，且可以進入學校的STEM創(chuàng)新社團等，這些激勵措施用來激發(fā)學生們的學習興趣。

4. 提供傳統(tǒng)的和開源軟硬件制作工具

在創(chuàng)客教室、STEM體驗中心，配備讓學生能實現(xiàn)創(chuàng)意、摸到夢想的3D打印機、Arduino等性價比高的硬件設(shè)備。Arduino是開源硬件軟件，它基本透明掉了硬件電子部分，只剩下軟件部分，把電子部分組成“模塊”，這種簡單易懂的軟件使得小學生也能輕松上手，理解使用。也正因如此，它的硬件價格低廉，軟件也無須購買。國內(nèi)許多公司化運作的機器人比賽，購買一個器材動輒幾千上萬，筆者撰寫的《面向STEM的Scratch課程》配套的可供全班學生使用的25套Arduino器材花銷總和不到2萬，而且由于硬件的兼容性好，傳感器通用性強，在需要升級“版本”時還可有效利用原有器材。

5. 吸納專業(yè)及背景廣闊的跨界導(dǎo)師

對于處在發(fā)展中的學生來說，擁有專業(yè)知識的教師的引領(lǐng)和指導(dǎo)是非常關(guān)鍵的。雖然中國目前還沒有出現(xiàn)類似創(chuàng)客之父一樣有影響力等級的人物，但是在學校層面已經(jīng)有景山學校的吳俊杰、溫州中學的謝作如老師等引領(lǐng)；所有這些都為我國跨學科整合性人才的培養(yǎng)創(chuàng)造了有利條件。

6. 構(gòu)建線下線上互聯(lián)互通的融合空間

為了更好地實施教學，需要打破傳統(tǒng)課程的時空限制。在課程的教學過程中，在學生機端建立“教學微視頻”文件夾，學生除了在工作坊中探討，尋求專業(yè)者的指導(dǎo)外 ，還可以從校本課程、教學微視頻等多渠道及時獲得跨越障礙的有效信息。有的學生遠程跟淘寶的傳感器賣家通過旺旺進行溝通，了解傳感器的性能、安裝及相關(guān)重要參數(shù)等。此時，網(wǎng)絡(luò)上的一些“專業(yè)者”也參與其間，交流將不再局限在課堂，也不再受到時間和空間的限制。

結(jié) 語

學校創(chuàng)客教育、STEM教育的課程開發(fā)者謝作如老師指出，中小學建設(shè)創(chuàng)客空間必要的條件有：足夠大的場所、足夠全的工具，以及足夠長的開放時間。這三個足夠解決物理三維空間和實施的時間四個維度的要素。實際上，就如本文所述，要有效地持續(xù)推進，還需要一線教師開發(fā)的適合校情生情的實驗課程，探索適應(yīng)教育新模態(tài)的教學模式及教學評價機制，給各實驗學校培訓(xùn)和配備STEM教育或者創(chuàng)客教育師資等。

1993年錢學森在寫給錢學敏的信中這樣描述未來的教育：“我在想，中國21世紀的教育是要培養(yǎng)18歲的大成智慧學碩士?！?010年我國在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中提出了戰(zhàn)略目標，即到2020年進入人力資源強國行列，我們也欣喜地看到“北京創(chuàng)客空間”“上海新車間”“深圳制匯節(jié)”都有的“大成碩士”的隱約身影。因此，我們有理由相信隨著創(chuàng)客運動的深入發(fā)展，相信會有更多的教育工作者對STEM教育進行實踐和研究，逐步形成突破時空界限、多場景無縫銜接與融合的全時空化學習情境，點燃學生的創(chuàng)新造物的火花，提升STEM素養(yǎng)，也最終將會找到錢老世紀之問的解決之道。

（作者單位：江蘇蘇州市吳江區(qū)鱸鄉(xiāng)實驗小學）